并联混合动力公交车动力系统匹配优化

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1、第35卷第1期河南科技大学学报:自然科学版Vol．35No．12014年2月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology:NaturalScienceFeb．2014文章编号:1672－6871(2014)01－0030－06并联混合动力公交车动力系统匹配优化高建平，位跃辉，刘振楠(河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003)摘要:混合动力公交车动力系统参数匹配对整车动力性和燃油经济性影响显著。首先，基于工况分析对混合动力系统进行初步匹配，然后使用Isight优化软件集成AVL-Cruise和Matlab，采用多岛遗传算法和序列

2、二次规划法建立组合优化算法进行匹配参数优化。优化匹配结果表明:在保证整车动力性和动力电池SOC工作范围前提下，燃油经济性较优化前提高了10．92%。关键词:混合动力公交车;工况分析;动力系统匹配;组合优化算法中图分类号:U469．72文献标志码:A0引言混合动力汽车(HEV)通过多种动力源的组合，可以在不降低车辆动力性能的前提下降低油耗和减少排放。多能源动力系统的高效运行首先依赖于混合动力系统的合理匹配，而对匹配参数进一步优化也是提高整车性能的关键。文献［1－3］通过传统汽车理论匹配方法进行了混合动力系统参数匹配，只满足特征工况要求，没有考虑典型循环工况;文献［4］通过工况分析法对混合

3、动力汽车动力系统进行匹配，满足特征工况和典型循环工况要求，但是没有考虑工况适应性;文献［5－7］把正交优化的实验设计方法引入混合动力系统匹配，但仅是对有限的参数组合进行比较，节油效果也未必最佳;文献［8－9］通过遗传算法(GA)和自适应混合遗传算法(AHGA)对混合动力系统匹配参数进行优化，但是局部优化能力不足，后期优化速度慢;文献［10－11］使用DIＲECT直接法进行优化，但是精度不高，对于高维问题搜索缓慢。本文提出混合动力公交车(HECB)动力系统匹配优化，首先基于特征工况、循环工况和工况适应性分析对混合动力系统初步匹配;其次使用Isight优化软件集成AVL-Cruise和Ma

4、tlab进行动力系统匹配参数优化，使用多岛遗传算法和序列二次规划法建立组合优化策略，提高全局和局部搜索能力，达到最佳节油效果。1混合动力系统结构和整车参数本文采用单轴并联式混合动力系统，具有结构简单、易于实现、动力传递效率高、工作模式灵活的优点，其结构如图1所示，相关参数如表1所示。由于电机前后增加离合器，易于实现怠速停机和纯电动驱动模式;除此之外，还有纯发动机驱动模式、行车充电驱动模式、混合驱动模式、滑行回馈模式和制图1单轴并联混合动力公交车动力系统结构图动回馈模式。2混合动力系统匹配混合动力汽车参数匹配必须建立在混合动力汽车工况分析和设计指标基础之上，工况包括:特征工况、典型循环工

5、况和工况适应性。本车工况分析和设计指标如表2所示。基金项目:国家“十二五”863计划基金项目(2012AA111603);河南科技大学研究生创新基金项目(CXJJ－YJS－Z004)作者简介:高建平(1976－)，男，河南洛阳人，副教授，博士，主要研究方向为新能源汽车．收稿日期:2013－01－09第1期高建平等:并联混合动力公交车动力系统匹配优化·31·表1单轴并联混合动力公交车整车参数参数项参数值参数项参数值整备质量ma/kg12600滚动阻力因数f0．013满载总质量m/kg18500传动系效率ηT0．9326．6车轮静态半径r/mm452迎风面积A/ma空气阻力因数CD0．55

6、车轮动态半径rd/mm473表2单轴并联混合动力公交车工况和设计指标参数名说明要求最高车速/(km/h)≥80特征工况0～50km/h加速时间/s≤2015km/h爬坡度指标/%≥12典型循环工况中国城市典型公交循环工况路径跟踪绝对误差/(km/h)≤310km/h、7%坡度纯电动行驶距离/km≥1工况适应性40km/h、4%坡度行驶距离/km≥1000～18km/h加速时间/s≤5节油率指标循环工况百公里节油率/%≥30混合动力系统参数匹配主要是对动力系统总功率、发动机、驱动电机、动力电池、变速箱速比和主减速比等参数进行匹配。(Ⅰ)动力系统总功率动力系统总功率必须满足车辆各项动力性指

7、标要求:P≥max(Pvmax，Pacc，Pi_max，Pi_l，Pcycle)+Paux，(1)式中，P为最大总功率;Pvmax为最高车速功率需求;Pacc为加速性能功率需求;Pi_max为最大爬坡度功率需求;Pi_l为工况适应性中等车速低爬坡功率需求;Pcycle是典型循环工况功率需求;Paux为附件功率。特征工况的最高车速、加速性和最大爬坡度，典型循环工况和工况适应性的功率需求可由车辆行驶功率平衡方程式(2)求得:21CDAvdvP=(m