基于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的增程型電動(dòng)汽車優(yōu)化與分析.pdf

1、電動(dòng)汽車由眾多與能量相關(guān)的子系統(tǒng)與部件所組成，其電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)擁有各種形式的動(dòng)力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇，從而導(dǎo)致在電動(dòng)汽車的各個(gè)子系統(tǒng)與部件之間的能量流動(dòng)路徑與流動(dòng)方向異常復(fù)雜。因此，對(duì)于電動(dòng)車輛及其相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化充滿挑戰(zhàn)。本文基于模型與優(yōu)化的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法論，對(duì)增程型電動(dòng)汽車進(jìn)行系統(tǒng)層級(jí)、子系統(tǒng)層級(jí)和零部件層級(jí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車最優(yōu)化的能量效率和車輛性能。
　　搭建基于能量流的電動(dòng)汽車整車仿真模型。采用Will

2、ans line方法參數(shù)化發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的仿真模塊，以便能夠與優(yōu)化算法結(jié)合從而獲得車輛系統(tǒng)所需的最佳能量特性?；贜issan Leaf的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)和AVL Cruise的仿真結(jié)果，分別從整車層面和子系統(tǒng)/零部件層面對(duì)所建立的整車能量流仿真模型進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證。結(jié)果顯示所建立的整車能量流仿真模型具有很好的仿真精度，可以用來下一步進(jìn)行電動(dòng)汽車的性能預(yù)測(cè)與優(yōu)化研究。
　　純電行駛里程是增程型電動(dòng)汽車的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)指標(biāo)。越長(zhǎng)的純

3、電行駛里程需要裝載更多的動(dòng)力電池，從而導(dǎo)致整車質(zhì)量的增加，因此會(huì)惡化車輛性能和能量效率。為了比較三種不同的典型純電行駛里程對(duì)于增程型電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)影響，采用多島遺傳算法分別對(duì)電量消耗工作模式和電量維持工作模式下的車輛能量效率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，基于人群出行統(tǒng)計(jì)概率分布，采用NSGA-II優(yōu)化算法對(duì)增程型電動(dòng)汽車的能量相關(guān)保有成本和能量相關(guān)全生命周期溫室氣體排放進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。研究結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度和動(dòng)力電池?cái)?shù)目這兩個(gè)設(shè)計(jì)變量與

4、純電行駛里程成正比例變化關(guān)系，最大變化幅度甚至達(dá)到230％。車體質(zhì)量較小時(shí)，多目標(biāo)優(yōu)化的trade-off關(guān)系愈發(fā)明顯，Pareto最優(yōu)解集對(duì)應(yīng)的純電行駛里程范圍也更偏向短距離。
　　本文研究了不同種類的純電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)車輛能量效率、保有成本和全生命周期溫室氣體排放的影響。建立優(yōu)化方案，對(duì)整車能量流仿真模型和動(dòng)力電池老化模型等模塊進(jìn)行整合。引入多個(gè)典型標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況模擬車輛行駛，最小化車輛單位里程的電能消耗，并根據(jù)中國電動(dòng)

5、汽車市場(chǎng)和公共電網(wǎng)狀況，計(jì)算出車輛的保有成本和全生命周期溫室氣體排放?；谲圀w質(zhì)量、電網(wǎng)碳排放強(qiáng)度和純電行駛里程對(duì)動(dòng)力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行敏感性分析。結(jié)果顯示輪轂帶減速器式動(dòng)力總成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擁有最高的能量效率，而急加/減速或者頻繁起停的循環(huán)工況都將增加車輛的保有成本和全生命周期溫室氣體排放。
　　為了改善增程型電動(dòng)汽車的油耗與排放，所搭載的增程器需要運(yùn)行于有限個(gè)固定工作點(diǎn)之上。本文基于Kriging無偏估計(jì)方法建立了增程器系統(tǒng)的發(fā)電功率

6、與燃油消耗預(yù)測(cè)仿真模型，并對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過仿真分析，確定了滿足5個(gè)發(fā)電功率需求的最佳油耗工況點(diǎn)。通過增程器系統(tǒng)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)和整車實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)單個(gè)發(fā)電功率運(yùn)行點(diǎn)和整車的燃油消耗進(jìn)行了測(cè)試。研究結(jié)果表明，單個(gè)發(fā)電功率運(yùn)行點(diǎn)油耗最大降幅達(dá)到了15.96%，而在兩種不同的車輛控制模式下整車能耗分別降低了4.62%和3.50%。
　　本文采用目標(biāo)層解分析算法，基于整車環(huán)境下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與電控參數(shù)匹配。在所建立的2