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原文传递行星排式多模混合动力系统模式切换序列控制研究

论文题名：	行星排式多模混合动力系统模式切换序列控制研究
关键词：	混合动力汽车;行星齿轮排;全局优化;模式切换序列;联合仿真
摘要：	近年来新能源汽车行业蓬勃发展，混合动力汽车市场实现巨大进步，技术升级需求日渐紧迫，而行星排式多模混合动力汽车具备工作模式划分精确，动力耦合高效的优点。行星排式机电耦合装置利用行星轮系节点连接关系和离合器状态切换划分出众多工作模式，针对不同运行工况合理分配工作模式，使混合动力系统动力元件始终工作在最佳时刻，达到高效、节能目的，故解决工作模式与道路工况的最优匹配是行星排式混合动力系统的重要问题。本文以行星排式机电耦合系统复杂模式切换问题为研究对象，基于考虑模式切换规则的全局优化方法，依托于国家自然科学基金面上项目“行星排式多模混合动力系统类分子拓扑综合及协同优选方法研究”，进行了以下研究：　　（1）基于动态规划（DynamicProgramming，DP）的行星排式多模混合动力系统全局功率流优化。本文以单排多模混合动力系统构型为研究对象，针对行星排式混合动力系统构型复杂、模式繁多的特点，引入混合动力汽车模型自构法建立系统各工作模式下的状态空间表达式，同时辅以整车动力学和系统各动力源部件数学模型的搭建，为后续DP算法优化过程中系统功率流计算与表达打下基础。并以主子模式切换规则为逻辑，引入模式切换惩罚，搭建行星排式多模混合动力汽车DP算法目标函数模型，建立考虑模式切换规则的行星排式多模混合动力系统功率流全局优化算法。　　（2）基于学习向量量化网络聚类（LearningVectorQuantization，LVQ）的模式切换序列图提取。以城市循环工况（UDDS）与高速公路循环工况（HWFET）为全局优化道路测试参数，分别采用DP算法全局优化进行对比分析，再选取覆盖面更广的UDDSamp;HWFET复合工况作为系统工作模式切换序列图的提取依据。基于复合工况下系统工作点分布图，利用LVQ神经网络聚类法，将工作模式点的分布数据作为输入量，以输入量原始数据类型为类别标记，将系统驱动主模式下的功率需求状态空间聚类划分为4个驱动子模式区域，得到驱动主模式下的模式切换序列图。通过聚类训练，单排多模混合动力系统最初的五大主子模式序列简化为满足城市、高速道路工况的驱动主子模式、辅助制动主子模式、停车充电模式序列，极大的简化行星排式混合动力系统模式切换规则。　　（3）基于DP-ECMS的行星排式多模混合动力系统模式切换序列控制策略及联合仿真验证。以单排多模混合动力系统模式切换序列图为能量管理规则，引入等效燃油消耗最小（EquivalentConsumptionMinimumStrategy，ECMS）实时优化控制算法，建立考虑模式切换规则的DP-ECMS实时能量管理策略，引入离散化ECMS（D-ECMS）思想，提高实时能量管理优化算法计算效率，满足行星排式混合动力复杂系统能量管理实时需求。搭建基于Simulink软件的整车控制器模型与基于AMESim软件的整车功率流模型，以DP-ECMS为实时能量管理策略。联合仿真结果证明，采用DP-ECMS控制策略的单排多模混合动力汽车在UDDSamp;HWFET复合工况下的综合能耗结果与DP全局优化结果增加了5.53%，符合预期目标，WLTC工况下的综合能耗相对复合工况有小幅增加，证明工况与模式切换序列匹配才能最大化挖掘该混合动力系统的能耗潜力。
作者：	周鑫
专业：	机械
导师：	邓涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023