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HCNG串联式混合动力城市客车动力系统搭建及控制

韩强  
【摘要】: 采用清洁燃料和使用新型动力系统是目前切实可行的可同时改善车辆经济性和排放的两种重要手段,而二者的结合应用无疑潜力更为巨大。在这样的背景下,本论文承担了中国科技部同美国能源部合作的氢天然气(HCNG)串联式混合动力城市客车项目中整个动力系统搭建和控制的任务。论文工作可分为动力系统搭建、控制系统硬件及底层软件开发、控制算法开发、动力系统模型开发及仿真、试验验证等五部分。 在系统搭建中,本文详细论述了对辅助动力单元(APU)中主要部件发动机和发电机的选型分析,并对选型结果进行了校核。其中,重点为服务于发电机选型的对串联式混合动力中电力系统的分析研究。论文还创新性地在串联式混合动力的APU中使用了电控离合器,彻底解决了发动机起动冲击过大问题,并使所有需要发动机频繁起停的控制策略成为可能。在完成部件分析选型后,文章对整个动力系统中机械及电力部分的连接也都进行了设计和最终部署。 控制系统开发包括了硬件开发和软件开发两部分,其中论述重点为软件的开发。本文将控制系统软件分为上层控制和底层驱动两部分,并分别在Matlab Simulink和Codewarrior下进行开发。二者间接口为Matlab RTW自动代码生成工具。在上层算法开发中,APU控制被作为独立模块从整车算法中提出,并采用了基于状态的控制方式进行算法结构组织;整车算法则围绕驾驶员意图、系统当前负荷能力和系统优化工作状态展开。 论文建立了可用于控制算法调试的整个串联式混合动力系统的前向模型,包括发动机模型、发电机及整流器模型、离合器模型、电池模型、电机模型和负载模型等。模型中的机械部分使用Matlab的SimDriveline工具箱搭建,而电力部分则使用SimPowerSystems工具箱搭建。为满足电池建模需要,对SimPowerSystems中的电阻、电容和电感元件都进行了二次开发。 最终,论文实现了所搭建的整个动力系统在所开发的控制算法控制下正常运转。而且,试验结果同软件仿真结果一致性较强。


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