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插电式混合动力汽车自适应等效油耗能量管理策略研究

张树彬  
【摘要】:插电式混合动力汽车(PHEV)具有发动机和电机两种动力源,并具有外接电网获取电能量的功能,因此PHEV兼具混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)的优点,即可以节约油耗降低排放,又有效地缓解了“里程焦虑”问题。对于PHEV,能量管理策略的作用是分配燃油和电池电能量的使用,是影响整车燃油经济性的关键因素之一。但目前的PHEV能量管理策略未能很好的适应工况的变化,本文针对这一问题,开发了能够自适应行驶工况里程和车辆动力电池SOC的瞬时优化能量管理策略,有效地改善了能量管理策略对工况的适应性,提高了整车的燃油经济性。本文以实际项目为依托,以同轴并联P2构型插电式混合动力汽车为研究对象,以提高PHEV的燃油经济性为研究目的,围绕整车能量管理策略对于行驶工况里程的自适应这一主题展开研究。主要研究内容如下:(1)基于规则的能量管理策略的研究。针对插电式混合动力汽车可以外接电网获取电能量,在运行过程中根据电池电量状态分为电量消耗(CD)阶段和电量维持(CS)阶段的特点,建立了基于规则的CD/CS能量管理策略;通过仿真实验分析CD阶段和CS阶段的燃油消耗和部件运行特点,得到PHEV在整个行程均工作在CD模式且充分利用电池电量而不进入CS模式的工作方式具有良好的燃油经济性这一结论;为了达到CD/CS策略适应行驶工况里程使整车在整个行程工作在CD模式的目的,通过改变CD/CS策略中逻辑门限值的方法,令整车运行在CD阶段的里程能够根据行驶里程改变,并进行仿真实验分析,得到了基于规则的自适应CD/CS能量管理策略对工况变化敏感,难以对行驶工况进行自适应的结论。(2)等效燃油消耗最小能量管理策略的研究。针对基于规则的CD/CS策略对工况变化适应性较差的问题,本文选用等效油耗最小策略(ECMS)替代整车能量管理策略中CD阶段的驱动策略,以改善能量管理策略对工况变化的适应性;建立了基于ECMS的能量管理策略模型,并对电池初始SOC和行驶工况里程与ECMS中的油电等效因子的关系进行了研究,通过仿真实验分析,得到了油电等效因子与电池初始SOC和行驶工况里程之间具有较强相关性的结论。(3)自适应等效燃油消耗能量管理策略的研究。针对当电池初始SOC和行驶工况里程改变时,ECMS的油电等效因子无法自适应改变的问题,本文开发了自适应等效油耗最小策略(AECMS),并采用遗传算法建立了油电等效因子随电池初始SOC和行驶工况里程变化的MAP图,解决了ECMS对电池初始SOC和行驶工况里程的自适应问题。(4)模型搭建与离线仿真验证。为验证本文开发的AECMS策略的有效性与优越性,搭建了AVL/Cruise和Matlab/Simulink环境下的仿真模型,对AECMS策略,CD/CS策略和ECMS策略进行仿真分析,仿真结果表明基于本文开发的AECMS策略的PHEV油耗水平接近ECMS策略,相比CD/CS策略节油6.73~8.52%,达到了本文提高PHEV燃油经济性的研究目的。


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