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原文传递增程式电动汽车能量管理与运行优化方法研究

论文题名：	增程式电动汽车能量管理与运行优化方法研究
关键词：	电动汽车;能量管理;增程器;运行优化
摘要：	环境污染与能源危机是我国汽车产业发展所面临的巨大挑战，大力发展节能与新能源汽车、实现汽车产业结构转型已经成为我国政府、企业和科研机构的共识，并初步确立了以“纯电驱动”作为我国节能与新能源汽车发展和汽车工业转型的发展导向。增程式电动汽车具有整车成本较低、无续驶里程限制、不需要复杂的机械传动装置并且清洁高效的优点，发展增程式电动汽车是一种适合我国汽车产业现状和整体国情的可行发展道路。针对增程式电动汽车能量管理与优化问题，本文从增程式电动汽车能量管理策略与增程器工作点运行优化两个方面着手，以提高整车的燃油经济性和排放性能为目标，展开了深入研究。本文的主要工作和创新点有: 　　1、对增程式电动汽车动力系统的结构特性、不同工作模式下的功率流特性、动力电池的工作特性以及整车关键性能参数进行了深入分析，进一步明确了增程式电动汽车能量管理与运行优化所要解决的问题、存在的难点和所要考虑的因素。　　2、针对增程式电动汽车工作在增程模式时，增程器输出功率的优化问题，从实际工程应用角度出发，提出了一种增程式电动汽车功率流优化策略，该策略综合考虑增程器输出功率的发电机效率修正、动力电池SOC(state of charge)修正和功率变化率修正，并根据增程器最佳油电转换效率曲线得出了发动机的目标转速和发电机的目标转矩，实现了对增程器输出功率流的优化。在三种典型循环测试工况下的实验结果表明，所提出的增程器功率流优化方法能够有效地避免动力电池SOC的持续下降，提高整车的燃油经济性，同时还降低了对发动机转速控制系统和发电机转矩控制系统的性能要求。　　3、针对在指定工作时间内如何使增程器高效的输出特定能量的问题，提出了一种基于PRP共轭梯度法的增程器燃油效率优化控制方法。该方法以产生给定能量燃油效率最高为优化性能指标，以发动机和发电机转矩为寻优变量，建立了增程器燃油效率优化控制问题的连续系统模型，从而将增程器燃油效率优化控制问题描述为一个固定始端、可变终端的最优控制问题，并对其进行了离散化处理。然后给出了采用PRP共轭梯度法求解增程器燃油效率优化控制问题的数值实现方法的详细步骤，同时在算法的实现过程中，综合考虑了发动机、发电机的转速限制以及发动机和发电机的最大转矩限制。最后仿真表明，所提出的方法能使增程器以较高的燃油效率运行。　　4、提出了一种基于动态综合成本的增程器运行优化方法。该方法首先根据发动机温度、三元催化器温度和空燃比对发动机的稳态油耗和排放特性进行修正，从而构建了增程器油耗和排放的准动态特性。其次通过将多个目标进行加权求和，构建了增程器的动态综合成本特性。然后，对增程器工作点优化问题所存在的三种约束条件进行了分析，并采用粒子群算法对基于动态综合成本特性的增程器工作点优化问题进行了求解。最后，通过台架实验验证了方法的有效性。　　5、针对加权求和法求解多目标优化问题时所存在的缺点，建立了含有增程器油-电转换成本、HC排放、CO排放以及NOx排放四个目标函数和三种约束条件的增程器油耗和排放多目标优化模型，并采用多目标粒子群算法和加权尺度法对模型进行了离线求解。台架实验结果表明，离线求解结果能够实现整车燃油经济性能和排放性能的综合优化。　　6、提出了一种自适应多目标差分进化算法(self-adaptive multi-objectivedifferential evolution algorithm，SAMODE)，该方法根据进化过程中的反馈信息自适应的调整差分进化策略和控制参数，增强了算法的搜索能力，采用自适应网格机制来保证解的分布性能。同时针对如何从Pareto最优解集中选取出一个最终解的多目标决策问题，提出了模糊优先性概念，并基于此概念提出了一种模糊多目标决策方法(fuzzy optimality decision maker, FODM)。在上述两项工作的基础之上，采用SAMODE算法和FODM多目标决策方法对包含增程器油-电转换成本、HC排放、CO排放以及NOx排放四个目标函数的增程器工作点多目标优化问题进行了求解，验证了所提出的SAMODE和FODM可以作为一种有效的增程器工作点多目标优化问题解决方法。　　论文最后总结了全文的主要工作和创新性研究成果，并对下一步的研究方向进行了展望。
作者：	申永鹏
专业：	控制科学与工程
导师：	王耀南
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文