混合动力电动汽车多能源动力总成仿真分析与优化

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1、摘要进入21世纪，对传统的内燃机为动力的汽车提出两个重要的问题：全球燃油存储的限制和因汽车排放导致的不断恶劣的环境污染。混合动力电动汽车(HEV，HybridElectricVehicle)是解决上面两个问题比较成功的方法。既能保持电动汽车超低排放的优点，又能发挥传统内燃机汽车的长处，因此在电池技术瓶颈未被突破的情况下，成为了2l世纪初世界各国汽车界的重要研究课题。研究混合动力电动汽车，主要是研究车辆的多能源系统，是解决低排放和提高燃油经济性的重要举措。关键问题是确定其多能源动力总成的硬件配置方案和系统的控制策

2、略，其中多能源总成的控制问题给驱动系控制工程提出了更高的挑战。模拟和仿真是评价所设计的新型HEV传动结构是否达到预定目标的一种方法。正确调整混合动力电动汽车传动系的主要目的为合理决策发动机的工作特性以及它与能量存储器间的能量流动。混合动力传动能量流动的最优控制要点在于根据具体的混合动力传动结构来决定其动态功率分配效率。HEV通过动力总成总体监控策略，决定车载动力源的功率流分配并管理储能器中能量储备状态。HEV的仿真可用于控制策略及系统在典型循环工况下的性能验证、多能源动力总成的优化匹配等多种目的。本论文主要内容

3、包括混合动力电动汽车多能源动力总成组成元件建模、制定统一的可优化的控制策略和建立整车性能仿真模型三部分。文中提出用流变量和势变量来统～对多能源动力总成不同元件的描述，根据威兰氏线性理论建立只与发动机和电机本身特征参数有关的可缩放的效率特性模型，对能量存储器模型作了理论探讨。本文提出的能量分配的控制策略以控制油耗最小为目标，将全局变量和全局准则局部优化，建立优化控制函数，并以充电状态保持型HEV为例阐述控制策略的具体应用，为了在更大的设计空间寻优，将控制策略目标函数进一步演绎成相对于HEV拓扑结构和组件规格尺寸都

4、适配可调的统～模型。再根据车辆动力学原理搭建整车性能仿真平台，仿真平台包括若干个子模块，可以根据用户需求进行二次开发。实例的仿真分析进一步验证了模型的可行性和控制策略对能量分配和管理的有效性，以设计一辆¨米混合动力客车为例，通过整车模型的仿真分析提出了优化匹配方案，并讨论了多种参数变化给车辆性能带来的影响。最后与SAE标准和ADVISOR的仿真结果比较分析本论文仿真模型的可行性。总之，建立可缩放的能量转换器模型和参数化的控制策略约束函数是本论文的研究重点，开发的HEV整车仿真模型解决了HEV多能源系统组件选型、

5、参数优化的问题，并可进行车辆性能评价以及根据用户要求二次开发。关键字：混合动力电动汽车；动力总成；仿真；控制策略；匹配优化ABSTRACTTwoimportantissuesareproposedaboutconventionalvehiclespoweredbyICE(InternalCombustionEngine)whenenteringin21“century：lackofglobalfuelstorageandbadlyenvironmentpollutionbyvehicleemissions．On

6、eofthebettermeanstosolvetheaboveproblemsisdevelopingHybridElectricVehicle(HEV)．Itcannotonlykeeptheultra—lowemissionsadvantagesofPureE1ectricVehicles，butalsotakethefulluseofICEgoodqualities。Asaresult，studyingHEVbecomesasignificantresearchprojectatthebeginning

7、of218‘centuryontheconditionthatbatterykeytechniquescannotbeworkedoutinshorttime．StudyingHEVmulti—powerdrivetrainisthemaintaskforHEVresearch，whichishelpfultodecreaseemissionsandimprovefueleconomy．Thekeyproblemsaresizingforthehybridpowertraincomponentsandmakin

8、gsystemsupervisorycontrolstrategy．Andthecontrolstrategiesgivethehigherchallengetothedrivesystemcontrolengineering．SimulationisawayinthatwhetherevaluatingthedesignedHEVpowertrainconfigurationgets