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《湖南大学》 2010年
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基于双离合器的插电式MPV混合动力系统匹配技术研究

李振磊  
【摘要】:汽车工业对原油的消耗及废气排放对环境的污染已成为制约现代工业发展的重要障碍。降低能源消耗,减少汽车废气排放,对汽车节能与减排技术进行研究,这些工作具有重要的战略现实意义。通过对汽车工业环保与节能技术的大量研究,结果显示,混合动力汽车(HEV)是目前最具有商品化、产业化前景的量产环保车型之一,得到了大量的关注。而插电式混合动力汽车(PHEV),通过采用大容量电池来提升混合动力汽车(HEV)的性能,进一步提升了人们的关注度。本文中,重点对某企业采用双离合器的插电式混合动力MPV进行探讨。 全文主要分7个部分: 1.基于混合动力汽车的节能机理、各零部件的节能贡献率和节能潜力,分析混合动力汽车的节能途径。研究与分析国内外混合动力汽车的研发趋势和政府扶持政策,确定混合动力汽车的研发方向。另外对目前混合动力的开发流程、开发工具、优化方法和试验设备进行讨论。 2.针对对不同类型、不同结构形式的混合动力汽车各自优缺点,分析并最终确定采用双离合器的插电式混合动力驱动系统方案。该方案中,电机位于两个离合器之间,解决了混合动力MPV跛行回家、安全性、换挡性能和制动能量回收等问题。 3.对混合动力汽车关键零部件对比分析,结合关键部件的发展趋势及企业目前技术水平,确定混合动力汽车的零部件类型。另外根据并联式混合动力汽车混合度的设计方法合理确定整车的混合度。 4.基于汽车关键部件的试验数据,采用理论建模与试验建模相结合的建模方式,在Matlab/Simulink环境下建立了双离合器的插电式混合动力MPV关键部件模型,它为MPV控制策略的研发提供必要的仿真平台。 5.插电式双离合器混合动力MPV的控制策略对整车的燃油经济性有巨大的影响,所以根据道路状况及电池状态对燃油经济性的影响,把发动机的工作区域划分成三个部分。本文重点探讨了整车动力驱动系统基本控制逻辑,如发动机的ON/OFF控制逻辑,纯电动模式与混合动力模式之间的模式切换及扭矩分配,另外变速器升降挡逻辑,再生制动模式与机械制动模式的切换及扭矩分配,以及电机和发动机的冷却系统管理策略。通过对插电式混合动力MPV的能量流动进行规划,合理分配发动机的扭矩,控制并使其工作在最佳效率区,为整车控制器控制策略参数的优化设计打下坚实的基础。 6.对混合动力汽车的控制策略参数进行全局优化设计。传统优化方法与专家经验在实际应用中面临开发成本高,优化时间长,局部最优等问题,所以本文采用试验设计——近似模型——优化设计的方法对混合动力汽车的控制策略参数进行优化。首先采用试验设计(DOE)对控制策略中10个试验因子进行敏感度分析,10个试验因子分别为A(起机SOC限值:SOC值低于该值时,发动机将起动工作),B(停机SOC限值:当SOC值高于该值时,发动机将起动工作),C(发动机起动保持时间限值:当发动机工作时,发动机持续工作的最短时间),D(发动机停机保持时间限值:发动机停机时,发动机保持停机状态的最短时间),E(发动机预起动时间限值:在发动机起动之前,车轮需求扭矩必须大于某一值的时间限值),F(发动机预停机时间限值:在发动机停机之前,车轮需求扭矩必须小于某一值的时间限值),G(发动机预起动最小功率限值:使发动机起动的最小功率需求),H(发动机预停机最大功率限值:使发动机停机时的最大功率需求),I(允许能量回收动力电池荷电状态限值:当SOC低于该值时,允许动力电池进行能量回收工作),J(禁止能量回收动力电池荷电状态限值:当SOC高于该值时,禁止动力电池进行能量回收工作)。选取混合动力整车的燃油经济性作为试验指标,试验因子的水平数采用101水平。通过对采用优化拉丁超立方抽样方法对试验因子进行主效应与交互效应分析,找到影响试验指标的主要因素。 通过对近似模型构造方法的分析,采用Kriging建模方法,根据DOE试验中输入与输出的关系建立近似模型,避免高强度仿真计算,减少迭代时间,预估输入输出参数之间的响应关系。随意选取任意5个试验点进行对比,结果显示仿真试验得出的整车百公里油耗结果与近似模型得出的结果误差一般低于5%,检验了近似模型直接代替仿真试验是可行的。 基于近似模型,本文利用利用全局优化算法(多岛遗传算法)对试验因子进行全局寻优,证明了采用试验设计——近似模型——优化设计的可行性和有效性。 7.根据全局优化算法的优化结果进行仿真分析。其中分析用发动机,离合器、电机和电池等参数均为台架试验值,另将分析用10×NEDC循环工况分成加速、减速和稳态三种工作状态,分别分析了不同状态下发动机、电动机的扭矩、转速、功率和效率分布以及动力电池的电流、电压、功率和效率分布。另外计算了插电式混合动力MPV在50×ECE,100×ECE,20×EUDC,10×NEDC,1×FTP,20×Japan1015,10×UDDS和10×US06等循环工况下整车的燃油经济性。最后对功能样车的纯电动和制动能量回收等基本功能进行了实车检验。 最后对全文进行总结,指出插电式混合动力MPV开发中可供参考的工程应用方法及思路,同时对有待深入研究的不足进行描述。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U469.7

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