串聯(lián)型液壓混合動力汽車的能量管理策略研究.pdf

1、近年來，隨著經濟的發(fā)展，公路運輸規(guī)模和運輸汽車數量都在不斷增加，運輸汽車的燃油消耗量也相應地大幅增長，因此提高運輸汽車燃油經濟性的需求越來越強烈，這極大地促進了與運輸汽車相關的新能源汽車的研究和發(fā)展。在這些研究中，采用液壓混合動力技術來提高運輸汽車的燃油經濟性非常具有吸引力。其一，運輸汽車一般質量較大，需要的驅動功率也較高；其二，液壓系統(tǒng)的一些優(yōu)秀性能，比如液壓泵/馬達具有很高的功率密度和效率，液壓儲能器能夠在其整個工作范圍內進行快充和

2、快放等，使其非常適合應用于運輸汽車的混合動力系統(tǒng)中。因此，液壓混合動力技術被視為能有效降低運輸汽車耗油量的最可行的技術。然而，液壓儲能器的能量密度低也給這項技術的應用帶來一些挑戰(zhàn)。正是液壓混合動力技術所面臨的這些機遇和挑戰(zhàn)使其成為目前混合動力汽車研究領域的熱點之一。
　　液壓混合動力系統(tǒng)的結構形式大致可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型。其中串聯(lián)型液壓混合動力系統(tǒng)能夠使發(fā)動機與汽車傳動系統(tǒng)解耦，進而可以大幅提高發(fā)動機的操作柔性和使用性能。再者，串

3、聯(lián)型液壓混合動力系統(tǒng)具有更好的提高運輸汽車燃油經濟性的潛力?；谝陨峡紤]，本文以串聯(lián)型液壓混合動力系統(tǒng)作為研究對象，并針對當前該研究中存在的需要解決的問題，主要從以下幾個方面展開研究：
　　（1）高精度的發(fā)動機仿真模型。目前混合動力系統(tǒng)研究中采用的發(fā)動機模型普遍將油耗與發(fā)動機運行狀態(tài)視為靜態(tài)映射，這種方法難以準確估計發(fā)動機處于瞬態(tài)時的油耗。本文所建立的發(fā)動機仿真模型描述了發(fā)動機的進氣動態(tài)和輸出力矩動態(tài)，并根據發(fā)動機電子控制單元的工

4、作方式來修正瞬時油耗。實驗結果表明該模型能夠精確估計各種情況下的發(fā)動機瞬時油耗，并能夠準確描述發(fā)動機的工作動態(tài)。
　?。?）分層遞階的控制系統(tǒng)結構在串聯(lián)型液壓混合動力系統(tǒng)中的應用。本文所建立了分層遞階的控制系統(tǒng)結構包含兩個層級，共三個子控制器。頂層的子控制器即為整個混合動力系統(tǒng)的能量管理策略。底層控制器包含兩個子控制器，一個用于控制發(fā)動機和與發(fā)動機相連的液壓泵，另一個用于控制汽車驅動馬達和機械制動器。這種控制系統(tǒng)結構使得系統(tǒng)中的全

5、部被控對象和需要特殊考慮的各種特殊情況都能被有效控制和管理。
　?。?）基于模型預測控制的能量管理策略在串聯(lián)型液壓混合動力系統(tǒng)中的應用以及和其它策略效果的對比。目前混合動力系統(tǒng)能量管理策略種類繁多，根據其發(fā)展順序和特點，大致可分為三類，即基于規(guī)則的、基于離線優(yōu)化的（包括確定型動態(tài)規(guī)劃法、隨機動態(tài)規(guī)劃法等）和基于在線優(yōu)化的（即模型預測控制方法）。其中基于模型預測控制的能量管理策略提出較晚，而且目前該策略在液壓混合動力系統(tǒng)中的應用尚未

6、見諸于文獻。本文設計并應用了這三種類型中各自最具代表性的能量管理策略，即基于液壓儲能器荷能狀態(tài)調節(jié)的規(guī)則式能量管理策略（Rule Based，RB），基于隨機動態(tài)規(guī)劃方法的離線優(yōu)化式能量管理策略（Stochastic Dynamic Programming，SDP）和基于模型預測控制的在線優(yōu)化式能量管理策略（Model Predictive Control，MPC），并分別研究其特點和應用效果。結果表明無論從提高燃油經濟性還是從改善汽車