基于路况信息预测的插电式混合动力汽车能量管理策略研究

【摘要】：插电式混合动力汽车同时具备发动机驱动和电动机驱动功能,动力电池容量较大,可以利用外部电网进行充电,能够实现一定的纯电动续驶里程,其内置燃油动力能够保证较长距离的行驶,这平衡了电力驱动短途行驶的不足。兼备了传统内燃机车辆的续驶里程和纯电动车辆的电能驱动清洁高效的优点,在纯电动技术瓶颈突破之前将在未来一段时间内作为汽车市场的主角。混合动力汽车能量管理策略是影响混合动力系统性能优劣的关键,其目标是协调混合动力系统中各个组件的工作状态,合理分配电池与发动机的功率,实现汽车在不同行驶工况下经济性能指标达到最优。本文依托国家自然科学基金资助项目“双离合器式单电机重度混合动力系统匹配与控制研究”(51305468),开展了基于路况信息预测的插电式混合动力汽车能量管理策略研究,本文主要从以下几个方面进行了研究:①分析了插电式混合动力汽车的结构及工作原理,对动力系统的各参数组件进行了参数匹配设计。重点采用工况统计分析法对电机参数进行匹配设计,利用统计学原理分析多种行驶工况的需求功率,在满足插电式混合动力汽车大部分驱动工况的前提下,尽量减小电驱动系统尺寸和成本。②制定了基于规则的插电式混合动力系统能量管理策略。进行了插电式混合动力系统效率分析,分别制定了电量消耗(Charge Depleting,CD)阶段和电量维持(Charge Sustaining,CS)阶段下的驱动模式切换规律和相应的换挡规律,保证了各工作模式下系统效率较高,为下一步对插电式混合动力系统控制参数进行优化奠定基础。③针对基于特定工况下对混合动力系统控制参数进行全局优化无法使车辆在实际行驶工况下达到最优控制问题,制定了基于行驶工况识别的能量管理策略,选取市区、郊区和高速工况三种类别的典型循环工况采用遗传算法对所制定的插电式混合动力系统模式切换控制参数进行离线全局优化,获得最优控制参数。对实际行驶工况提取一定时间的历史工况数据,提取特征参数向量,采用聚类分析识别出所属的工况类别,实现能量管理的实时最优控制。④考虑道路坡度对整车驱动需求的影响,提出了基于道路坡度预测的插电式混合动力汽车能量管理策略,为车载导航系统在整车能量管理策略中的应用作了初步探究。为保证车辆在坡道行驶时不会因动力电池亏电造成动力不足或过放电有损电池的使用寿命,根据车载导航系统提供的道路信息,建立了坡道行驶电量消耗预估模型,分别对行程中的CD阶段和CS阶段电池荷电指数(State of Charge,SOC)进行规划,提出行车预充电时刻规划准则,使车辆在坡道行驶前动力电池SOC达到预定值,并在上坡行驶结束后动力电池的SOC值下降到临界值,充分吸收制动回收的电能。⑤在MATLAB/Simulink仿真平台下,搭建了插电式混合动力汽车后向仿真模型验证制定的整车能量管理策略,其中包括行驶工况识别模型和道路坡度能耗预测模型,通过给定的组合工况进行仿真分析,验证了所提出的基于工况识别和道路坡度能耗预测的能量管理策略的有效性。

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