重度混合動(dòng)力汽車油耗和排放綜合控制策略研究.pdf

1、混合動(dòng)力汽車在模式切換過程中發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停，造成排氣溫度和三元催化器蜂窩層溫度下降，催化轉(zhuǎn)化效率降低，影響其排放性能?；旌蟿?dòng)力汽車裝備有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩個(gè)動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩輸出或者發(fā)電，可以在滿足動(dòng)力性要求的前提下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，為加快三元催化器起燃、降低發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)階段的排放提供了更靈活的控制自由度；利用混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上的大容量電池和高電壓設(shè)備為三元催化器提供大功率的外接熱源，也可以為解決冷起動(dòng)階段的排放問題提

2、供一種新的解決方案。研究混合動(dòng)力汽車油耗和排放、尤其是冷起動(dòng)階段三元催化器出口排放的綜合控制，對(duì)于進(jìn)一步提高油耗和排放水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以某雙離合器重度混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象，以提高燃油經(jīng)濟(jì)性和改善冷起動(dòng)階段排放水平為研究目標(biāo)，開展了混合動(dòng)力汽車能量管理策略的優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體研究工作概括如下：
　　(1)建立了重度混合動(dòng)力汽車整車動(dòng)力學(xué)模型。以發(fā)動(dòng)機(jī)平均值理論為基礎(chǔ)，結(jié)合熱力學(xué)定律，建立了計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、油

3、耗與排放的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型和計(jì)算HC/CO催化轉(zhuǎn)化效率的三元催化器動(dòng)力學(xué)模型；在此基礎(chǔ)之上，基于經(jīng)典車輛縱向動(dòng)力學(xué)理論，建立了在NEDC工況下AMT以經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律進(jìn)行換擋的整車?yán)淦饎?dòng)排放仿真模型，并且分析了燃油補(bǔ)償控制對(duì)空燃比和三元催化器效率的影響。
　　(2)建立了重度混合動(dòng)力汽車油耗和排放多目標(biāo)全局優(yōu)化控制策略。首先建立了重度混合動(dòng)力汽車油耗和排放綜合控制數(shù)學(xué)模型，針對(duì)重度混合動(dòng)力汽車在運(yùn)行模式切換時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停的特點(diǎn)，在

4、建立油耗模型時(shí)考慮了發(fā)動(dòng)機(jī)起停的影響。然后依據(jù)Bellman最優(yōu)性原理，將混合動(dòng)力汽車在特定工況下的全局最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)單步、多階段決策問題，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法建立遞歸方程并進(jìn)行求解，得到最優(yōu)控制量。最后將最優(yōu)控制量在整車動(dòng)力學(xué)模型中正向求解，得到最優(yōu)狀態(tài)變量和多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。
　　(3)建立了重度混合動(dòng)力汽車油耗和排放多目標(biāo)實(shí)時(shí)控制策略。首先提出以加快三元催化器起燃為目的的能量管理模糊控制策略，通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度加快

5、催化器起燃，改善冷起動(dòng)階段的排放。然后提出利用重度混合動(dòng)力汽車的大功率電池對(duì)三元催化器進(jìn)行加熱以縮短其起燃時(shí)間的電加熱控制策略，并計(jì)算了電加熱型三元催化器EHCS(electrically heated catalyst system)冷起動(dòng)階段的蓄電池電量等效油耗，同時(shí)分析了EHCS電加熱功率和安裝位置對(duì)催化器溫度、起燃時(shí)間、HC/CO排放量、等效油耗和整車運(yùn)行模式的影響；最后依據(jù)龐特里亞金極小值原理，分別針對(duì)加速三元催化器起燃、降低

6、油耗與三元催化器出口處排放兩個(gè)不同的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，依次應(yīng)用時(shí)間最短控制和燃料最少控制方法，對(duì)目標(biāo)泛函求極值以得到相應(yīng)的最優(yōu)控制策略，并且對(duì)制動(dòng)、停機(jī)工況下的控制策略進(jìn)行比較，以分析發(fā)動(dòng)機(jī)起停優(yōu)化控制對(duì)整車油耗和排放的影響。
　　(4)建立了重度混合動(dòng)力汽車油耗和排放多目標(biāo)隨機(jī)最優(yōu)控制策略。首先在對(duì)沿固定線路上采集到的實(shí)際車速進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出將實(shí)際路況等效為一段標(biāo)準(zhǔn)路況與白噪聲隨機(jī)干擾的疊加，從而將實(shí)際道路條件下的混合動(dòng)力汽車

7、油耗和排放的控制問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)路況條件下的隨機(jī)白噪聲干擾最優(yōu)控制問題。然后以發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和三元催化器出口排放為多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)，建立了包含三元催化器溫度狀態(tài)的重度混合動(dòng)力汽車二次型狀態(tài)方程。最后采用隨機(jī)線性二次型最優(yōu)控制方法，對(duì)蓄電池SOC(state of charge)、車速、三元催化器溫度和出口排放等實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行卡爾曼濾波估計(jì)，以對(duì)電機(jī)功率和發(fā)動(dòng)機(jī)功率等輸出變量進(jìn)行最優(yōu)反饋，從而實(shí)現(xiàn)了重度混合動(dòng)力汽車的油耗與排放優(yōu)化控制。