并联式混合动力客车能量管理策略研究与仿真分析

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1、并联式混合动力客车能量管理策略研究与仿真分析ok3atedMechanicalTransmission,AMT)的并联式混合动力系统工作模式区域进行划分,并制定出相应的能量分配控制策略,计算出在中国典型城市公交工况下任意车速的需求功率,并将需求功率合理地分配给发动机与电机。同时,本文对中国典型城市公交工况下工作模式之间切换的转矩协调控制算法进行了研究。以上研究可以实现工作模式切换过程动力传递的平稳性控制和循环工况油耗最优控制[6]。1并联式混合动力系统结构本文研究的并联式混合动力客车的动力系统如图1所示

2、。系统中发动机输出轴与自动离合器、ISG电机、AMT相连,ISG电机集成在自动离合器与变速器中间,ISG电机既可作为发电机又可作为电动机,驱动力矩通过AMT输出,经车桥主减速器传递至车轮。通过控制发动机、电机、离合器、变速器的工作状态,该混合动力系统可实现多种工作模式,见表1。由表1可知,该混合动力系统可实现纯电驱动、发动机单独驱动、行车充电、停车充电、联合驱动以及制动回馈工作模式。2模式切换转矩协调控制并联式混合动力客车由静止启动,首先进入纯电驱动模式,当车速信号与加速踏板信号大于设定阀值时,车辆由纯

3、电驱动模式进入并联驱动模式。如果没有转矩协调控制,车辆由纯电驱动模式切换进入并联驱动模式时,离合器结合与变速器换挡会存在很大的冲击,驾驶舒适性很差。通过在模式切换过程中合理地控制ISG电机的转矩变化能够很大程度降低离合器结合与变速器换挡的冲击,进而改善驾驶舒适性。如图2所示,给出了工作模式切换的整个控制过程。3整车能量管理控制策略整车能量管理控制策略是以燃油经济性为主要目标,结合动力电池的SOC状态、车速信息、负荷信息等因素进行能量分配与工作模式切换的一种控制策略。其原则主要是通过[1][2][3]下一

4、页ok3ulink搭建整车能量管理策略模型,并将整车控制策略模型通过Interface接口与AVLCruise整车动力系统模型交互实现联合仿真。并联式混合动力客车整车动力系统模型如图5所示。表3中列出了并联式混合动力客车整车的基本参数。图6为整车控制策略中并联模式下的能量管理模型,此模型规定了并联模式下行车充电、纯发动机及混合驱动模式的能量分配情况。5仿真结果与试验结果对比分析根据系统效率最优原则,为了获得最低的油耗值,在标定文件中分别对Tm1、Te1、Te2三条临界负荷曲线乘以一个系数,得出aTm1、

5、bTe1、cTe2。基于纯电驱动电机效率、发动机燃油消耗特性以及SOC平衡的原则,通过调整a、b、c三个参数进而得到不同的纯电驱动、行车充电及混合驱动临界负荷曲线,分别进行仿真分析。表4中列出了三组不同参数下的仿真油耗值,对比之后在参数三(0.8、0.9、1.1)下的油耗值最低为28.8L/100km,进而获得了最优的临界负荷曲线。通过仿真分析,可以得到在整个循环工况下不同节油方式对节油率的贡献情况,见表5。基准传统车型工况油耗为42L/100km,通过减小发动机规格(由传统车6.7L发动机减小到3.8

6、L发动机)可以实现15.7%的节油率。在中国典型城市公交工况下,通过发动机快速启动可以实现在车速<10km/h时,发动机始终处于停机状态,进而可以实现5%的节油率。在中国典型城市公交工况下,通过低速纯电(10km/h以下为纯电工况)与制动回馈(当5km/h<车速<60km/h进行制动能量回收)可以实现10.7%的节油率。最终整车的节油率可到31.4%。将参数三下的发动机工作点、发动机的外特性以及发动机的万有特性曲线表示在同一图中,如图7所示。从图中可以看出,发动机90%以上的工作点都分

7、布在了发动机效率高于38%的区域。由此可见,其系统效率达到了最优值,中国典型城市公交工况下的燃油经济性能最好。将参数三(a3,b3,c3)对应的a3Tm1、b3Te1、c3Te2临界负荷曲线应用到试验样车中进行油耗试验,试验所得在公共典型城市公交工况下的综合油耗为28.9L/100km,相对基准传统车型油耗42L/100km,节油率达到了31.2%,节油效果明显。6结论通过分析并联式混合动力客车的动力系统结构特点,搭建了基于AVLCruise的整车动力系统模型以及基于Matlab/Simul下一页ok3

8、ulink进行联合性能仿真分析,计算整车基于中国典型城市公交工况下的油耗,并进一步在试验样车上进行试验验证,结果表明:(1)通过调节不同负荷临界参数(a、b、c),并联式混合动力客车在中国典型城市公交工况下的综合工况油耗能够降低到28.9L/100km,与基准传统车型相比,节油率达到了31.2%。(2)在中国典型城市公交工况下,通过驱动电机调节后发动机能够达到90%以上的工作点集中在高效区域,能够很大程度改善车辆燃油经济性。