【摘 要】
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混合动力汽车在节能减排方面具有明显的优势,成为当前各大汽车厂商的重点研发产品。在混合动力系统开发中,需要对比不同混合动力构型的性能表现,其中系统参数和能量管理策略会影响构型的性能发挥,进而对构型的最终评价和选择造成影响。同时,由于混合动力系统构型结构愈发复杂,考虑目标逐渐多样化,系统参数匹配和能量管理策略两者相互耦合和相互影响的现象愈发突出,对开发要求逐步提高。本文面向车企构型对比分析需求,为有效
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混合动力汽车在节能减排方面具有明显的优势,成为当前各大汽车厂商的重点研发产品。在混合动力系统开发中,需要对比不同混合动力构型的性能表现,其中系统参数和能量管理策略会影响构型的性能发挥,进而对构型的最终评价和选择造成影响。同时,由于混合动力系统构型结构愈发复杂,考虑目标逐渐多样化,系统参数匹配和能量管理策略两者相互耦合和相互影响的现象愈发突出,对开发要求逐步提高。本文面向车企构型对比分析需求,为有效挖掘构型的最优性能,提出了一套能量管理策略和参数匹配协同优化的方法,有效运用于两种混联式构型的对比分析。论文的主要研究内容如下:针对混合动力汽车能量管理最优控制问题多模式、分阶段、多目标的特点,首先分析了此类多变量多目标分阶段决策问题的数学模型和解集特征,并构建了非支配排序动态规划法（Non-dominated Sorting Dynamic Programming,NSDP）。为验证NSDP的算法性能,以改造的多目标优化问题FON测试函数为例,分别应用NSDP和精英非支配排序遗传算法（Non-Dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,,NSGA-Ⅱ）进行求解。结果表明,阶段数较多时,NSDP的求解效率和质量都优于NSGA-Ⅱ,其中在500阶段数下NSDP用时仅是NSGA-Ⅱ的37.1%。分析功率分流式构型的结构和工作模式,根据整车动力性能指标进行初步参数匹配。通过实验建模的方法,建立了功率分流式混合动力系统的仿真模型。基于NSDP方法,以燃油经济性和电池寿命为优化目标,构建了功率分流式构型的能量管理优化问题和求解流程。为改善NSDP算法中模式切换频繁及求解效率不足的问题,引入模式切换惩罚函数,确定状态变量离散精度并缩减状态空间。在WLTC工况下,基于正交实验方法设计系统参数优化实验,以NSDP求解得到的优化目标结果为评价依据,优化功率分流式构型参数优化后构型的油耗和电池寿命表现分别提高了2.8%和21.5%。对串并联式混合动力构型进行建模,根据理论性能指标初步匹配参数后,基于NSDP方法,构建了串并联式混合动力能量管理最优问题的求解流程,并根据正交实验方法进行参数优化,优化后构型的油耗和电池寿命表现分别提高了6.3%和12.1%。对于参数优化后的功率分流式构型和串并联式构型,首先分析了两种构型的动力性能,随后对比了多种行驶工况下两者的燃油经济性和电池寿命表现,最后对两种构型的工作特点和适用车型进行综合评价,并给出构型设计优化建议。
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