详情

原文传递复合电源EPS系统的匹配设计与能量管理研究

论文题名：	复合电源EPS系统的匹配设计与能量管理研究
关键词：	商用车;电动助力转向系统;复合电源;参数匹配;能量管理
摘要：	随着道路交通安全和车辆排放污染等问题日益突出，国家有关部门出台了关于道路运输车辆技术性能要求、车辆燃料消耗量限值等方面的政策法规，这些政策法规都在引导着国内的商用车向安全可靠，节能环保的方向发展。目前，商用车仍普遍沿用传统的液压助力转向系统（HydraulicPower Steering system，HPS），无法同时保证低速转向轻便性与高速转向稳定性，影响行驶安全，而且HPS存在大量的无功损耗。近些年，电动助力转向系统（ElectricalSteering Power System，EPS）以其安全、节能、环保的优点广泛应用于乘用车。然而，由于重型商用车前轴载荷大，EPS需要的转向功率高，超出整车电源大功率放电能力，因此EPS在重型商用车领域的应用难以实现。针对目前整车电源制约EPS应用于重型商用车的问题，提出了复合电源EPS系统（Hybrid Power-EPS，HP-EPS），为了保证复合电源的功率分配效率，本文重点对复合电源的匹配设计与能量管理策略开展研究。　　本文主要研究内容如下：　　（1）介绍了复合电源EPS的系统构成与工作原理，对EPS助力电机的额定电流参数进行了匹配计算并设计了助力特性曲线；根据综合工况下实车试验采集的转矩、车速信号推算得到了综合工况下的EPS需求电流，统计分析了综合工况下EPS和其他车载用电器负载电流的分布规律，据此对超级电容的电容值与DC/DC变换器的参数进行了匹配计算，并通过对比确定了复合电源的系统构型。　　（2）分析了电动助力转向系统的动力学特性，建立了包括机械部分、电动助力部分的电动助力转向系统的数学模型；对比了多种超级电容的模型结构，考虑模型精度与复杂度建立了超级电容经典RC模型；在分析双向Buck/Boost变换器工作原理的基础上搭建了双向Buck/Boost变换器的数学模型与控制模型。　　（3）对比分析了不同的复合电源能量管理策略，根据复合电源EPS的需求电流分布规律，为复合电源系统设计了基于优化规则的能量管理策略。为了降低整车电源输出电流的波动，以整车电源输出电流的总偏差为目标函数，运用粒子群优化算法，优化了能量管理策略参数。仿真结果表明：所提出的基于优化规则的能量管理策略能有效抑制整车电源输出电流的波动，同时使整车电源输出电流降低了33%。　　（4）分别对超级电容模型、DC/DC变换器模型以及能量管理控制模型进行了仿真分析，验证了模型以及参数匹配设计的正确性；在综合试验工况下，对复合电源EPS进行了仿真，结果表明能量管理控制系统能够实现复合电源的功率分配，使整车电源工作效率提高了12.41%。通过复合电源EPS的台架试验，验证了超级电容在复合电源中的辅助作用以及能量管理策略的有效性。　　综上所述，本文提出的复合电源EPS的系统匹配设计与能量管理策略实现了复合电源的功率分配，显著优化了整车电源的输出电流。本文的研究成果为EPS在重型商用车上的应用提供了理论与技术基础，有利于提高重型商用车的行驶安全性和燃油经济性。
作者：	张迪
专业：	车辆工程
导师：	唐斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文