插電式混合動(dòng)力城市公交大客車關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車依靠電池獨(dú)立驅(qū)動(dòng)可連續(xù)行駛20~80km,超出該續(xù)駛里程采用發(fā)動(dòng)機(jī)與電混合驅(qū)動(dòng)行駛,并可使用220V工頻電源對(duì)動(dòng)力電池組直接充電。此外,中國(guó)典型城市公交循環(huán)工況是啟停與加減速頻繁,行駛速度低,續(xù)駛里程短,發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)間長(zhǎng)燃油效率低,排放污染大。由此,普遍認(rèn)為在目前電池性能瓶頸下,由于插電式混合動(dòng)力城市公交大客車兼顧混合動(dòng)力與純電動(dòng)兩類電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn),適用于在城市公交工況下運(yùn)行,是從傳統(tǒng)燃油城市公交到純電動(dòng)城市公交過

2、渡的最優(yōu)方案之一。然而,插電式混合動(dòng)力城市公交大客車在動(dòng)力總成選型與匹配集成、整車能量管理控制、制動(dòng)能量回收以及整車設(shè)計(jì)與制造等方面還存在諸多亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題,導(dǎo)致目前在國(guó)內(nèi)外城市公交大客車市場(chǎng)上還鮮有實(shí)車運(yùn)行。
　　本課題圍繞插電式混合動(dòng)力城市公交大客車動(dòng)力總成選型與匹配設(shè)計(jì)、整車控制策略、電池管理系統(tǒng)以及制動(dòng)能量回收等關(guān)鍵技術(shù)開展算法與應(yīng)用創(chuàng)新研究,具體地:
　　1)針對(duì)動(dòng)力總成匹配計(jì)算與選型,基于中國(guó)典型城市公交

3、循環(huán)工況需求,提出了一種基于NSGA-II改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配優(yōu)化及選型方案。首先確定傳動(dòng)系統(tǒng)為并聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配研究。進(jìn)而基于NSGA-II改進(jìn)多目標(biāo)遺傳算法對(duì)變速器各檔位傳動(dòng)比進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終給出傳動(dòng)系統(tǒng)部件的具體型號(hào)和參數(shù)。結(jié)果表明該方案在滿足動(dòng)力性需求的同時(shí),顯著提高了整車經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。
　　2)針對(duì)整車能量管理控制,提出了一種基于規(guī)則的整車控制算法,結(jié)果表明該策略能保證整

4、車動(dòng)力性并改善燃油經(jīng)濟(jì)性。首先建立了基于CAN總線的整車分布式控制系統(tǒng);然后設(shè)計(jì)了一套工況切換控制邏輯,以及一組純電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、純發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、純電動(dòng)運(yùn)行、純發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、充電運(yùn)行,電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)運(yùn)行以及再生制動(dòng)等工況的控制算法;進(jìn)一步建立了發(fā)動(dòng)機(jī)外特性、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率與效率特性,以及電池充放電與荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)等仿真計(jì)算模型,建立了動(dòng)力總成傳動(dòng)系統(tǒng)建模;最后基于開發(fā)的燃油經(jīng)濟(jì)性仿真程序完成了動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)。

5、　　3)針對(duì)電池管理系統(tǒng),提出了一個(gè)基于V流程的電池管理系統(tǒng)中荷電狀態(tài)(SOC)估計(jì)模塊的快速開發(fā)方法。首先,基于Matlab/Simulink軟件平臺(tái),完成電池建模與基于擴(kuò)展卡爾曼濾波方法的SOC估計(jì)算法開發(fā),通過離線仿真完成功能驗(yàn)證。進(jìn)而,通過Matlab實(shí)時(shí)工作間(RTW)代碼自動(dòng)生成工具將算法的Simulink模塊轉(zhuǎn)化為目標(biāo)代碼,基于前期開發(fā)完成的MPC555嵌入式平臺(tái),完成快速原型開發(fā)。最后,對(duì)通過快速原型測(cè)試的算法代碼進(jìn)行實(shí)

6、車搭載并在線標(biāo)定,完成動(dòng)力電池SOC估算功能模塊的實(shí)際測(cè)試。結(jié)果表明,基于擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的SOC估計(jì)方法能夠改善SOC估計(jì)精度,基于V流程的快速開發(fā)方法能夠顯著提高開發(fā)效率。
　　4)針對(duì)制動(dòng)能量回收,提出一種回收能量最大化的復(fù)合制動(dòng)控制策略,建立摩擦制動(dòng)子系統(tǒng)與再生制動(dòng)子系統(tǒng)的仿真模型,兼顧ECER13制動(dòng)法規(guī)、電動(dòng)機(jī)、鋰離子電池與傳動(dòng)系統(tǒng)特性約束,開展典型制動(dòng)工況下復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)力分配控制策略仿真實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,各典