功率分流混合动力系统模式切换连续瞬态冲击机理及其性能客观评价

针对功率分流混合动力系统模式切换过程连续瞬态冲击机理尚不明确且缺乏客观评价指标和方法的问题,本文探究了模式切换连续瞬态冲击机理及其性能客观评价方法。首先,结合动力传动系统高动态性能测试台架,建立了考虑转矩过零、齿轮副啮合时变刚度、齿隙及驱动电机转矩脉动的功率分流混合动力专用变速器(DHT)瞬态扭振模型;其次,研究了DHT模式切换过程转矩过零变化机理,提出了考虑转矩过零次数和模式切换时间的连续瞬态冲击性能时域评价指标,并采用短时傅里叶变换方法建立了基于冲击度时频特性的频域评价指标;最后,以纯电动向功率分流混动模式切换过程为例,采用变异系数法对不同加速踏板开度和齿隙影响下的连续瞬态冲击性能进行了客观分析评价。结果表明,功率分流DHT动力输出端转矩频繁过零和齿隙间的耦合作用是引发模式切换过程连续瞬态冲击的主要原因,减小齿隙可降低最大振幅频率100~200 Hz范围内的连续瞬态冲击;同时,根据综合评价得分对比,得到了模式切换过程连续瞬态冲击性能优化参数,本研究可为功率分流混合动力系统模式切换平顺性协调控制策略优化提供支撑。

功率分流式混合动力系统的多目标优化控制

采用传统的静态解耦和中间控制变量的方法对科力远混动系统(Corun hybrid system,CHS)进行控制,很难达到令人满意的控制效果。因此,针对CHS系统的特殊性,提出一种基于多变量模型预测控制的优化方法。这种方法根据系统两个输出的跟踪误差直接计算出两个电机的转矩指令,避免了简化过程,优化了多目标跟踪控制的质量。

基于负载补偿的功率分流混合动力系统模式切换性能测试方法

由于功率分流混合动力系统性能测试台架与实际车辆的动力学特性存在差异,导致测试台架难以精确模拟实车的行驶负载特性,使得功率分流混合动力系统模式切换性能测试的准确度不高。为此,本文提出一种基于负载动态补偿的功率分流混合动力系统模式切换性能台架测试方法。首先,建立了考虑实际车辆道路负载、模拟发动机、功率分流混合动力专用变速器(dedicated hybrid transmission,DHT)和测试台架传动系统的台架系统动力学模型;其次,针对纯电动至功率分流混合动力模式切换过程,对比分析了动力源的动态响应和台架系统模型的加载特性;然后,设计了基于转速闭环跟踪的转速前馈校正补偿器以提高负载模拟转速控制的抗干扰能力,并结合转矩前馈校正补偿器降低加载转矩的动态误差。最后,离线仿真和硬件在环台架试验结果表明:基于台架系统模型开发的负载动态补偿算法可提高测试台架加载精度32.67%以上,保证了功率分流混合动力系统模式切换性能测试的准确性。

双模功率分流式混合动力系统构型分析

功率分流式双模混合动力系统由输入分配式、输出分配式、复合分配式和串联模式中的两种模式组合来实现。本文中提出一种系统的分析方法对复合分配式和输入分配式组成的双模混合动力系统的构型进行分析。首先利用基于杆模型逆向拆分的分析方法从种类繁多的复合分配式构型中分析得出适用于混合动力车的所有可行构型,并通过将机械点设定在期望的传动比上,得到相应的复合分配式构型。在此构型的基础上,再结合离合器实现输入分配式模式和两个模式的切换,从而确定出双模混合动力系统构型。

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型。通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。

功率分流混合动力系统发动机停机优化控制

针对功率分流混合动力系统,为减小e-CVT混合动力模式与纯电动模式切换过程中发动机起停引起的整车纵向冲击度,提出一种发动机停机优化控制策略。首先,基于Matlab/Simulink平台建立功率分流混合动力传动系模型,确定最有利于发动机再次起动的曲轴转角为其最优停机位置;其次,利用动态规划算法设计发动机停机过程最优拖转转速轨迹,并在发动机转速小于200 r/min时协调控制电机与制动器对曲轴转角进行实时动态调节,使得发动机停止在最优目标位置附近;最后,通过仿真和台架试验对所开发的发动机停机优化控制策略进行验证。结果表明,所提出的控制策略可使发动机停止在最优位置±6°范围内,保证了发动机起、停阶段的整车驾驶平顺性。

功率分流式混合动力系统参数匹配优化研究

功率分流式混合动力系统部件参数的匹配优化对整车的动力性和燃油经济性具有显著影响。以某款功率分流式混合动力客车为研究对象,采用车辆系统动力学理论和经验公式对动力系统部件参数进行初步匹配,然后针对蜜蜂算法、遗传算法等具有优化周期长、寻优能力较差等特点,提出一种带精英策略的遗传算法和模拟退火算法的组合优化算法,利用组合优化算法对动力系统部件参数进一步优化,在中国城市公交典型工况下,使用Isight、Matlab/Simulink和Cruise软件进行500次联合优化仿真。结果表明:相比于优化前,500次优化后整车综合油耗降低了4.5 L/100 km,节油率达16.6%,同时优化后的发动机和二号电机的工作效率向高效区移动,验证了组合优化算法对动力系统部件参数优化的有效性。

功率分流式约束活塞混合动力系统能量管理策略研究

为改善功率分流式约束活塞混合动力系统的燃油经济性,设计了基于规则的能量管理策略。在分析混合动力系统结构的基础上,建立了功率分流式混合动力系统模型;对系统工作模式进行了分析,制定了基于规则的能量管理策略,实现各动力源的功率分配;在MATLAB/Simulink中建立仿真模型,验证能量管理策略的可行性与准确性。在新欧洲行驶工况下的仿真结果表明,该策略能够保证约束活塞发动机基本运行在最优工作区,并且可以有效地分配约束活塞发动机的输出功率,使系统具有良好的燃油经济性。

功率分流式混合动力系统的加速性能分析

为满足功率分流式混合动力汽车的加速性能设计要求,使用构型矩阵对双行星排构成的功率分流式混合动力系统进行穷举,并根据构型合理性及设计目标进行筛选。对于各种构型的双行星排功率分流系统,提出了其能够输出最大转矩的系统解法。利用求解结果对各种构型的系统进行百公里加速仿真,得出最优构型。

双模行星耦合式油电混合动力系统的参数优化

双模行星耦合式油电混合动力系统由两组或三组行星排构成,通过对离合器的控制实现输入分流式和复合分流式的切换,使得系统在全速比范围内效率较优。文章分析了现有不同类型功率分流式混合动力装置的输出特性与系统匹配参数关系,论证双模行星耦合式混合动力系统的优越性,提出了两种易于结构化实现的系统构型,以杠杆法为基础、以系统效率为优化目标进行了参数化设计。

基于规则的混联式混合动力系统控制策略

为了进一步提高配备混联式液压混合动力的城市公交车的燃油经济性,充分发挥液压混合动力系统高功率密度的优点,该文提出了一种改进的基于规则的控制策略。通过在Matlab/Simulink环境中建立混合动力系统仿真模型,研究基于规则的控制策略在城市客车用混联式液压混合动力系统的适应性、节油效果等。仿真结果表明:采用改进的基于规则的控制策略,配备混联式液压混合动力系统的城市客车可实现23.4%的节油率。

混合动力系统效率研究及控制策略优化

为了提高功率分流式混合动力系统汽车的燃油经济性,建立了混合动力系统物理模型和系统控制模型,利用优化初值的粒子群算法对混合动力系统的效率进行优化,仿真得到效率最优时的功率分流控制策略,并将其移植到搭载了该系统的某公交车上,进行了实验验证。结果表明,优化初值的粒子群算法可以有效提高动力系统的综合系统效率,降低整车油耗。

系统效率最优的功率分流式混合动力汽车非线性预测控制

针对一种基于双行星排构型的功率分流式混合动力汽车,建立系统动态模型,准确描述其转速转矩耦合关系,通过建立各部件的效率模型,分析不同模式下系统的工作效率.设计控制器结构框架,以系统工作效率和电池充放电平衡为目标,构建基于模型预测控制的优化问题,采用一步马尔科夫链模型预测驾驶员需求转矩及车速,将有限时域内的优化问题转化为非线性规划问题,基于序列二次规划算法实现优化求解.仿真研究表明,基于系统效率最优的预测控制器能够维持电池的充放电平衡,在美国城市驾驶循环(UDDS)下,当电池初始电池荷电状态(SOC)分别为0.50、0.55和0.60时,相较于以发动机燃油消耗最优为目标,车辆等效燃油经济性分别提高了7.17%、5.73%和10.11%,验证了控制器的有效性和优越性.

基于效率最优的混动汽车功率分流控制方法

为了提高混动车辆的燃油经济性,提出一种效率分析方法,通过确定车辆在不同工况点的发动机燃油消耗和电池荷电状态的关系,将电池功率折算成等效里程,以每一工况点的综合里程最长为目标,来计算系统在不同模式下不同工况点的最优效率,并寻优得出各模式下的最优效率图谱以及对应的扭矩分配或功率分流图谱,应用于实车控制策略,缩减标定开发周期。试验表明,电池荷电状态在预定范围内保持平衡,发动机运行工作点分布于高效区域内,能有效提高混动控制的实时性和整车燃油经济性,减少系统能量损失。该方法可以离线计算,不依赖于工程经验,为整车标定开发提供理论参考,大大缩减标定开发周期,降低成本,且应用于整车策略中实时性好。

混合动力汽车功率分流机构的控制与节能分析

采用行星排轮系的功率分流机构能最大限度地使发动机和电机运行在工作的高效区,节能减排效果显著。本文从混合动力汽车动力混合方式与节能的关系、功率分流装置的结构特性出发,阐述混合动力汽车功率分流机构的控制过程及节能原理。

功率分流混合电动车辆模型的演算和实验论证

由于环保和效率等原因混合电动车辆(HEVS)已经具有很大的吸引力。一个典型的HEV由两个动力系统:一个是普通的动力源如一台汽油机、一台柴油机或一组燃料电池和一个电动系统(包含一台电动机和一台发电机)组成,它可能产生比普通车辆高的燃油经济性。而且,这样的车辆不需要外部充电,而在其内部存在燃料基本设施。HEV的功率分流动力系统构造的独特的HEV动力系统结构串联和并联型式的优点。但是操纵功率分流HEV动力系统要求一个完善的控制系统。设计这样的控制系统要有适当精确的HEV装置的平面模型。对于串联和并联型式的大量研究已经开发了许多动力平面模型。但一个完整的和有效的功率分流HEV动力系统的动力模型尚处于初期阶段。本文提出了在不同传动条件下可实际地和重复所有静态和瞬态现象的功率分流动力系统HEV的动力模型。首次表明了数学推导和这种平面模型和构件的表达,其次是通过计算机仿真分析、验证及性能鉴定和试验车辆在Ford公司性能道路试验实测进行比较。该模拟和实验结果的极好的吻合证实所引导的平面模型的精确性和正确性。因为该平面模型是综合用型谱方法论的系统定向子系统建立的,它很容易改变子系统的功率。开发该平面模型是用来分析和了解动力系的控制动力学,子系统和构件间的干扰以及由于工况和波动的影响的变化的系统瞬变。该平面模型也可用于车辆系统控制器的开发,能量管理战略的估价,结果的解析,编码算法的证明,及其中其他许多目的。

基于AMESim与MATLAB的混合动力汽车联合仿真平台设计

针对一款搭载新型复合功率分流式动力系统的混合动力汽车基于AMESim和MATLAB设计了联合仿真平台。其中,整车物理模型在AMESim中实现,包括整车基本参数,发动机、电机、变速箱和动力学模型;逻辑控制模块在MATLAB中实现,包括电机与发动机转矩、锁止器与离合器和挡位控制信息。该仿真平台在WLTC和NEDC工况下进行验证,结果显示WLTC工况下油耗6.76L/100km,电耗0.1661kW·h,NEDC工况下油耗5.2L/100km,电耗0.1342kW·h。

基于多岛遗传算法的功率分流式双模混合动力客车参数优化

协调优化混合动力系统设计参数和控制策略参数是提高功率分流式双模混合动力系统综合性能的关键。针对现有多目标遗传算法、粒子群算法以及模拟退火等优化算法实施难度高、求解周期长的问题,以汽车动力性能和电池SOC平衡为约束条件,将油电转换系数引入目标函数,提出一种基于多岛遗传算法(Multi-island genetic algorithm,MIGA)的动力系统设计参数和控制参数集成优化方法。利用Isight仿真平台进行建模仿真,结果表明,在保持车辆动力性、车速跟随以及电池SOC平衡的基础上,相较于优化前,在中国典型城市公交工况下系统等效油耗降低了0.21L/100km,对应节油比例为1.3%。对参数优化后的经济性仿真结果分析发现,优化后发动机向着高负荷区域移动,工作情况得到改善;电机MG1和MG2效率均有不同程度的提高,较好的验证了所提出的参数优化方法的有效性。

多源信息融合的车速预测方法及整车能量管理

为了进一步挖掘功率分流混合动力汽车的节能潜力,提出了一种融合驾驶意图、车间运动特征及工况历程特征信息的车速预测方法。在此基础上,以燃油经济性最优为目标,建立了基于模型预测控制的整车能量管理优化模型,并采用动态规划算法在有限时域内进行求解,实现了各动力源转矩的实时最优分配。通过MATLAB/simulink软件平台仿真验证表明:在城市道路循环工况下,车速预测精度在不同预测时域都得到了进一步的提升。相比于参数优化后的规则策略,该整车能量管理策略在3种典型工况下,燃油消耗量分别降低了28.53%、23.40%和26.42%,从而验证了该车速预测方法和整车能量管理策略的有效性。

基于实际道路工况的PS-HEV控制策略参数优化研究

为解决混合动力公交车以标准循环工况制定整车控制策略并不能充分发挥整车节能潜力的问题,通过实车采集该线路公交车真实运行数据,根据短行程划分、主成分分析及模糊C-均值聚类算法,构建能够反映此公交线路公交车真实运行的代表工况。采用MATLAB/simulink软件搭建整车控制策略,采用Cruise软件搭建对应的功率分流式混合动力整车模型,通过加载构建的真实运行工况,利用多岛遗传算法与非线性序列二次规划的组合算法对控制策略关键参数进行寻优。结果表明,整车控制策略优化后相比优化前,整车燃油经济性提高8.3%,并通过半实物仿真试验平台验证了所优化后的整车控制策略的合理性和有效性。