双行星混联式客车的优化设计与动态控制

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1、—————————————————————双行星混联式客车的优化设计与动态控制—————————————————————Optimaldesignanddynamiccontrolofdualplanetaryhybridelectricbus作者姓名：杨南南领域（方向）：混合动力汽车关键技术指导教师：曾小华教授类别：车辆工程答辩日期：2015年5月31日摘要双行星混联式客车的优化设计与动态控制作为公共交通的重要组成部分，城市公交客车的节能减排意义重大，而其混合动力化仍是中短期内的重要解决途径。行星混联式是当前最具节能潜力和综合优势的混合动力系统。这种系统通过行星齿轮机

2、构解耦发动机和路载，能真正实现发动机的最优控制。将行星混联系统应用于城市公交客车，必将带来良好的经济和环境效益。本文旨在探究一种双行星混联式系统应用于城市公交客车，拟解决其系统参数设计、优化控制及动态协调控制等关键问题。首先，本文建立了动力系统的传动效率模型，综合考虑机电传动效率特性、工况需求和系统基本优化控制思想，提出一种集成多因素的参数匹配方法，并基于国内某款典型混合动力客车整车参数完成参数选型工作，并在Cruise软件中建立整车模型，在Matlab/Simulink中建立发动机最优控制策略模型，联合仿真验证整车动力性和燃油经济性。第二，由于该系统始终存在功率分流现

3、象，本文基于分离因子概念，综合考虑系统中三动力源的效率特性和传动效率特性，以系统综合效率最优为目标提出最优分离因子概念。同时，针对其本身具有的非线性特点，设计二次迭代方法求解最优因子，获得整个传动系统的瞬时最优控制方法，并基于联合仿真平台，对比分析瞬时最优控制策略和发动机最优控制策略的控制效果。第三，由于系统包含三动力源非线性高度耦合，而各动力源的动态响应特性各不相同，稳态能量管理策略下，模式切换过程中各动力源的介入与退出都容易使系统产生冲击，影响平顺性和安全性。基于此，本文建立该系统的动力学模型，分析和提出系统冲击度产生的根本原因，并结合系统动力学模型和非线性转矩观测

4、器的基本原理建立发动机转矩估计算法，最后基于模型预测控制技术，提出结合预测模型和状态反馈控制的动态协调控制策略。随后，为更好的反映各动力源的动态特性，在AMESim软件中重新建立整车模型，在原有Simulink控制策略模型的基础上修正得到动态协调控制策略，基于中国典型城市工况进行联合仿真测试。各项仿真结果表明，相比于传统车型燃油经济性显著提升，动力性优异，验证了混联系统的参数设计方法的合理性；瞬时最优控制策略相比于发动机最优控制策略，燃油经济性提高4%以上；而动态协调控制策略中，发动机转矩估计准确，系统冲击度被有效限制到5m/s3以下，系统纵向平顺性明显提升。综上所述，

5、本文所提出的参数设计方法、瞬时最优控制策略和动态协调控制策略，完善和拓展了混联式I混合动力系统的的设计理论和控制方法，为后续的实车试验奠定理论基础，以促进该产品的应用推广。关键词：混合动力客车，双行星排，瞬时最优，动态协调IIAbstractOptimaldesignanddynamiccontrolofdualplanetaryhybridelectricbusAsamainpartofthepublictransportation,theenergysavingandemissionreductionofcitybusareimportant.Hybridelect

6、riccitybusisstillthemostmeaningfulwaytorealizethegoalofenergysavingandemissionreductioninshorttomid-term,takenintoaccountthatthebatterycostisstillhighandthedrivingrangeoftheelectricbusislimited.Currently,themostpromisinghybridelectricsystemisundoubtedlytheplanetaryhybridsystem,whichisabl

7、etodecoupletheenginefromtheroadloadandrealizetheoptimalcontrolofengine.Therefore,applyingtheplanetaryhybridelectricsystemtocitybusmustbringbigenvironmentalandeconomicbenefits.Thecurrentdissertationaimstoimprovetheoverallperformanceofadualplanetaryhybridelectriccitybus.The