关键词：双行星排式混合动力汽车;;传动效率;;模糊优化;;粒子群算法;;燃油经济性
摘 要：混合动力汽车能够改善整车燃油经济性,同时具有动力性和续驶里程的优势,是当前新能源汽车领域的研究热点。尤其是采用双行星排式动力耦合机构的混合动力汽车,不仅能够实现发动机与车轮转矩转速的完全解耦,而且相较于单行星排式结构具有更优的高效传动区间。然而,双行星排式混合动力汽车在工作过程中可能产生功率循环,降低系统传动效率,不利于燃油经济性的充分发挥。针对这一问题,本文以一款双行星排式混合动力汽车为研究对象,通过揭示双行星排式动力耦合机构的工作特征,提出基于传动效率最优的混合动力汽车能量管理策略,在此基础上研究发动机输出转矩的优化方法,实现发动机工作点的优化,以期进一步改善整车燃油经济性。首先,借助杠杆法理论,系统地建立了不同功率分流式混合动力系统的转速转矩平衡关系,并基于电功率平衡思想揭示了系统传动比对混合动力系统传动效率的影响规律,通过深入分析发动机和两个电机的转速转矩关系,揭示了双行星排式动力耦合机构的功率循环机理,为能量管理策略的优化提供理论基础。其次,进行了双行星排式混合动力汽车能量管理策略的研究,提出了以混合动力系统传动效率最优为目标的机械点控制策略,确定混合驱动模式下最优发动机转速。借助AVL/Cruise和Matlab/Simulink仿真平台分别搭建整车模型和控制策略模型,联合仿真结果表明,相较于发动机最优曲线策略,机械点策略能够有效避开功率循环并尽量减少电机的功率输出,提高系统传动效率,使整车等效燃油经济性提高了3.46%。再次,针对双行星排式混合动力汽车机械点控制策略下发动机工作点分布较散且部分运行在低效率区间的问题,基于模糊控制算法设计了发动机转矩优化策略,定义了模糊控制器的输入输出变量,并进行了隶属度函数、模糊论域和模糊规则的设计,仿真结果表明,基于模糊算法的发动机转矩优化策略使整车油耗相比优化前降低了6.92%。最后,将电机电耗等效为燃油消耗,以整车等效燃油消耗最小为目标,借助粒子群算法对模糊隶属度函数和控制规则进行优化,以减小专家经验知识对双行星排式混合动力汽车能量优化分配的影响。研究结果表明,经粒子群算法优化后的能量管理策略优化了发动机工作点,使电池SOC最终值保持在理想的区间内,整车等效油耗相比于未经粒子群算法优化的又降低了3.59%。
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