基于伪谱法的串并联式PHEV全局优化算法及参数匹配研究

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1、ResearchonGlobalOptimizationAlgorithmandComponentSizingofSeries-parallelPHEVBaseonPseudospectralMethodADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiangZhihaoSupervisor：AssociateProf.ZhaoKegangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：

2、U469.72+2学校代号：10561学号：201620101157华南理工大学硕士学位论文基于伪谱法的串并联式PHEV全局优化算法及参数匹配研究作者姓名：梁志豪指导教师姓名、职称：赵克刚副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：机械工程研究方向：汽车系统动力学论文提交日期：2018年4月15日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李礼夫（教授）委员：汪席文（高工）、姜立标（副教授）、曲杰（副教授）、石柏军（副教授）摘要能源危机和环境

3、污染是当今汽车工业面临的重大挑战，大力发展更加节能环保的新能源汽车成为各国政府的共识。在国内实施“双积分”政策的背景下，面向企业的研发需求，本文以某传统紧凑型轿车和串并联式混合动力构型为基础，开展了插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle,PHEV）的参数匹配研究。鉴于动力系统参数匹配和能量管理策略存在高度耦合关系，本文基于串并联式PHEV的能量管理策略全局优化，开展了双层嵌套式参数匹配优化工作。具体的研究内容如下：从功率流的角度分析了串并联式PHEV的结构特点

4、和工作模式，并结合整车的基本参数和设计指标，对动力系统的发动机、ISG电机、驱动电机、动力电池以及传动系进行了选型和初步的参数设计，为基于全局优化算法的参数匹配研究提供了参数基础。建立了面向最优控制的串并联式PHEV后向仿真模型，包括发动机、ISG电机和驱动电机的归一化效率模型、动力电池容量可变模型、离合器模型以及整车纵向动力学模型，为采用全局优化算法进行能量管理策略和参数匹配研究提供了模型基础。构建了离散形式的串并联式PHEV能量管理最优控制问题，并设计了采用动态规划（DynamicProgra

5、mming,DP）求解该问题的算法流程。为了缩短求解时间，通过预先剔除无效控制变量建立了容许控制集。针对动力电池SOC在工况前后保持不变的情况，采用罚函数的方法将动力电池的充放电平衡约束添加到性能指标中。针对串并联式PHEV能量管理最优控制问题非线性、多模式的特点以及DP算法求解时间成本高的缺点，提出基于Radau伪谱拼接法的全局优化算法。分别采用DP算法和Radau伪谱拼接法求解特定工况下的能量管理最优控制问题，对比验证了Radau伪谱拼接法应用在串并联式PHEV能量管理策略全局优化方面的可行性

6、和优越性。提出基于遗传算法和Radau伪谱拼接法的双层嵌套式参数优化方法。以NEDC工况下的运行成本为优化目标，采用该方法在初步设计参数的基础上进行全局寻优，得到了运行成本最低的动力系统参数，并确定了串并联式PHEV的最终动力系统方案。最后，基于试制样车燃油经济性实验结果，结合NEDC城郊工况下能量管理策略全局优化的仿真数据，提取了相关控制规则，为试制样车的控制策略优化提供了指导意见。关键词：插电式混合动力汽车；全局优化；参数匹配；伪谱法；遗传算法IAbstractEnergycrisisande

7、nvironmentalpollutionarethemajorchallengesofthecurrentautomotiveindustry.Ithasbecometheconsensusofgovernmentstodevelopmoreenergy-savingandenvironmental-friendlyvehicles.Underthebackgroundofimplementing‘dual-slope’policy,fromthepointoftheactualdemandso

8、fanenterprise,thisdissertationfocusontheresearchoncomponentsizingofaplug-inhybridelectricvehicle(PHEV)basedonatraditionalcompactcarandaseries-parallelhybridpowertrain.Inviewofthehighlycoupledrelationshipbetweencomponentsizingandenergymanagemen