混合动力电动汽车性能的优化研究续.pdf
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1、天津汽车 摘要混合动力电动汽车(H y b r i d E l e c t r i c V e h i c l e s , H E V) 一方面融合了传统汽车成熟的 技术和现有的工业基础, 另一方面融合了电动汽车低排放和低油耗的特点, 使其在当前 很长一段时间内具有广阔的市场前景。为了达到优化H E V性能的目的, 文章以E Q 6 1 1 0 混合动力客车为研究对象, 在建立的E Q 6 1 1 0 H E V性能优化问题求解模型基础上, 完成 了对E Q 6 1 1 0 H E V动力系统部件功率参数和电力辅助控制策略控制参数的优化, 并且对 优化前后的结果进行了对比分析, 结果表明优化后
2、的整车性能有较大改善。 关键词混合动力电动汽车(H E V) 优化设计控制策略仿真 T h e S t u d y o f H y b r i d E l e c t r i c V e h i c l e P e r f o r ma n c e O p t i mi z a t i o n ( S e c t i o n ) A b s t r a c t : H y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e s i n t r o d u c e t h e t r a d i t i o n a l m a t u r e t e c h n o l
3、o g i e s a n d e x i s t i n g i n d u s t r i a l b a s eo f a u t o m o b i l e , o nt h eo t h e r h a n dH E Vh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so f e l e c t r i c v e h i c l e s l o w - e m i s s i o na n dl o w - f u e l c o n s u m p t i o n ,s o t o t h e c u r r e n t l o n g p e r i
4、 o do f t i m e H E V w i l l h a v e b r o a d m a r k e t p r o s p e c t s .F o r t h e p u r p o s e o f o p t i m i z i n g t h e v e h i c l e s p e r f o r m a n c e ,t h e o p t i m i z a t i o n m o d e l o f E Q 6 1 1 0 H E Vw a s c o n s t r u c t e d . B a s e d o n t h i s m o d e l , t
5、 h e o p t i m i z a t i o n h a d b e e nc a r r i e do u t f o r t h e E Q 6 1 1 0 H E Vp o w e r p a r a m e t e r s a n df o r t h e c o n t r o l p a r a m e t e r s o f P o w e r A s s i s t e dC o n t r o l S t r a t e g y .A f t e r c o m p a r i n g t h e o p t i m i z e dr e s u l t s w i
6、t ht h e f o r m e r r e s u l t s , t h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h e p e r f o r m a n c e o f t h e E Q 6 1 1 0 H E Vh a d b e e n i m p r o v e d g r e a t l y . K e y w o r d s :H y b r i d e l e c t r i cv e h i c l e ( H E V )O p t i mi z a t i o nC o n t r o ls t r a t e g y S i mu
7、 l a t i o n 引言 面对能源危机和 环境保护问题,人们 对代用燃料和新型内 燃机的研究热情与日 俱增。 在此情况下, 混 合动力汽车(H E V) 因 能提高每升燃料续驶 里程,减少排放而倍 受关注。 另一方面, 混 合动力汽车融合了传统汽车成熟的技术和现有的 工业基础, 并且绕开了目前电动汽车技术瓶颈和经 济成本的难题, 这使其在当前很长一段时间内具有 广阔的市场前景。 在计算机技术比较发达的今天, 建立数学模型 并利用计算机对车辆实际运行情况进行仿真分析, 不仅便于灵活地调整设计方案,优化设计参数, 而 且可以降低科研费用, 缩短开发周期。本文采用了 仿真软件A D V I S
8、 O R, 以E Q 6 1 1 0 H E V并联式混合动 力城市客车为研究对象, 进行了整车性能的优化设 计。E Q 6 1 1 0 H E V动力总成系统属于典型并联式结 构, 发动机与电机在离合器之后耦合, 采用的是后 轮驱动。 1优化过程概述 混合动力电动车辆有2种或2种以上的动力 源, 发动机的工作区域、 电机的工况、 蓄电池的充放 电特性及电压等都会对车辆的燃油消耗和排放产 生影响。如何有效地协调好各子系统、 控制各子系 统间的能量流动、 实现整车的最佳燃油经济性和排 放并兼顾整车的成本是一个复杂的系统设计及优 化过程。本文基于优化设计的思想, 将重要的系统 参数( 动力系统部件
9、参数和控制策略参数) 作为设 计变量, 确定目标函数和约束条件, 建立混合动力 汽车性能优化问题的数学模型。在系统的优化匹配 模型建立后, 采用适当的优化算法, 对混合动力汽 车的优化问题进行数值求解, 图1为优化结果求解 的总体流程图。 2优化模型的建立 本文的优化研究是根据对汽车的加速性能和 爬坡性能等约束的要求, 对汽车部件和控制系统的 参数进行调整, 以达到优化汽车性能的目的, 其优 化设计包括动力系统参数的优化设计和控制策略 参数的优化设计。H E V动力系统参数的优化设计是 指对发动机、电动机和蓄电池的参数进行优化匹 配, 使其在满足约束条件的前提下, 达到某一设计 目标的最优值。
10、控制策略参数的优化设计是对电动 汽车多能源控制系统中的关键控制参数进行调整, 达到提高汽车燃料经济性和运行效率的目的。优化 模型的建立过程主要包括: 目标函数的确立, 优化 变量的选择和适当约束条件的选定。 王 颖 亮 于 海 生 张 欣 ( 北 京 交 通 大 学 机 电 学 院 ) 混合 动 力 电 动 汽 车 性 能 的 优 化 研究 ( 续1) 汽车技术 2 0 2 0 0 6年第5期 图1优化过程总体框图 2 . 1优化前的假设 为了将实际的H E V系统简化成可进行求解的 优化设计模型, 作出如下假设: 1) 车辆总质量为定值; 2) 动力系统配置优化和控制策略参数优化两过 程彼此
11、独立; 3) 车辆配置离散变化而非连续变化。 2 . 2目标函数 目标函数是以设计变量来表示设计所要追求 的某种性能指标的表达式。目标函数的选取与混合 动力电动汽车优化设计任务直接相关, 通常设计所 要追求的性能指标较多, 应以其中最重要的指标作 为设计追求的指标, 建立目标函数。当设计所要追 求的目标不止一个时, 可以取其中最主要的目标作 为目标函数, 其余列为设计约束; 也可以有多个目 标函数, 采用多目标函数的最优化方法求解。 基于上述思想,对于E Q 6 1 1 0动力系统的优化 设计, 在满足加速性能和爬坡性能等动力性能指标 的条件下,使整车动力系统各个部件功率达到最 小,即动力系统
12、部件功率最小化作为设计目标; 对 于E Q 6 1 1 0控制策略参数的优化设计,由于节能和 降耗是目前阶段亟需解决的问题, 所以优化的目标 为燃油消耗量应尽可能的小。 2 . 3优化变量 优化变量是影响设计结果的可变参数。如果将 所有能影响设计质量的参数都列为设计变量, 将使 问题复杂化。因此, 应对影响设计指标的所有参数 进行分析和比较, 从中选择对设计质量有显著影响 且能直接控制的独立参数作为设计变量, 其它参数 则作常量处理。 对E Q 6 1 1 0 H E V动力系统部件参数优化时, 选 取如表1参数作为优化变量;对E Q 6 1 1 0 H E V能量 管理控制策略优化时, 选取
13、如表2的控制参数作为 优化变量。 2 . 4约束条件 在工程实际中, 大多数设计都受到各种因素的 制约,设计参数的选择也就受到各种条件的限制, 致使参数的寻优过程必须在一定约束条件下进行, 同时, 为使目标函数在可行域中不出现多峰值的情 况, 也要对寻优变量及某些有相互关系的参数给予 约束。适宜选取对优化变量影响较大, 而取值范围 又受到限制的函数作为约束条件。 表1动力系统部件优化变量 优化变量 发动机的最大功率 电机的最大功率 电池模块的数量 说明 本文优化对象E Q 6 1 1 0 H E V以发动机作为主要 的动力源,发动机的最大功率是反映发动机动 力性能的最重要指标 电动机主要作为功
14、率均衡装置,为车辆提供加 速功率和爬坡功率 电池组中每个电池模块所具有的能量一定, 电 池总能量正比于电池模块的数量。电池总能量 决定持续加速能力和续航能力 表2控制策略优化变量 优化变量 S O C值上下 限值 充电扭矩 发动机工作 的最低车速 发动机关闭 扭矩系数 发动机最低 扭矩系数 说明 该值是指允许电池工作的最大S O C值和最小S O C 值, 限制了电池工作的区间, 这个区间范围内电池的 充、 放电电阻均达到最小, 减少能量的损失, 提高电池 的工作效率 发动机在维持H E V正常工作的情况下通过该扭矩对 电池充电, 使电池的S O C值维持在S O C值上下限之间 在车速低于该
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- 关 键 词:
- 混合 动力 电动汽车 性能 优化 研究
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