混合动力城市客车控制策略与试验研究

节能、环保和安全是当今世界的三大主题。汽车是当今人们的主要交通方式之一,也是能源消耗大户。在我国,以北京市为例,2005年每年交通运输消耗石油占总消耗量的45%,产生的排放物占总排放量的70-80%,每年交通事故造成的人员伤亡占各大伤亡的首位。因此,有效地解决汽车燃烧和排放问题,对缓解能源造成的压力,改善汽车排放对城市和人们生存环境具有重要意义。 如何提高汽车性能来降低能耗和排放是当今汽车技术研究的重要内容。十多年来,电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等解决上述问题的新的汽车技术成为人们研究的热点。与当今汽车技术水平相适应,发动机与电机混合驱动的混合动力汽车技术在改善汽车性能、降低汽车排放等方面效果明显,短期内有望成为低能耗、低排放汽车的替代技术。 本文针对混合动力城市公交车结构和驾驶循环特点,首先确定了EQ6110HEV混合动力城市客车为并联式结构,并对混合动力系统参数进行了匹配,提出了利用正交试验设计方法,从基本正交优化和综合正交优化两个方面对混合动力系统总成、结构参数以及控制策略进行全面深入的优化。根据正交试验结果及其方差分析,明确了混合动力系统各部件参数对整车燃油经济性影响的主次关系,获得了混合动力系统部件参数与控制策略及其参数的最佳组合。其次,依据理论建模和试验数据建模相结合的方法,对发动机、电机、动力电池及附件系统等对汽车性能影响大的部件采取试验建模,对一般部件采取理论建模,建立了以发动机驱动为主、电机驱动为辅的并联混合动力客车仿真模型,并从循环油耗、发动机瞬态扭矩与瞬态比油耗等方面进行模型精度校验,仿真与试验结果偏差约3%,因此,仿真模型精度满足要求。第三,从使用、驾驶循环等方面详细分析了汽车性能的主要影响因素,提出并设计了兼顾燃油经济性和排放的扭矩均衡分配控制策略,并通过不同驾驶循环、不同控制策略的仿真结果与试验结果的对比分析,验证了扭矩均衡控制策略能有效地节约燃油6.7%。为了进一步提高混合动力汽车的性能,论文深入地探讨了控制策略的优化问题,提出了效率优先扭矩均衡分配控制策略,并设计了以汽车需求扭矩Tdrv和电池SOC为输入变量的模糊控制程序。仿真结果表明,效率优先扭矩均衡分配控制策略可使汽车的燃油经济性改善11.9%,并从不同汽车配置、不同驾驶循环等方面验证了该控制策略的有效性、适应性和强的抗干扰性。最后,论文阐述了混合动力汽车多能源控制系统设计与调试过程。利用设计的多能源控制器对EQ6110HEV并联混合动力系统各种工作模式进行了单独调试和联合调试,并通过台架试验和道路试验进一步验证了混合动力系统具备并联混合动力汽车的所有工作模式,各种模式工作正常,模式间切换平稳。根据设计的混合动力系统及控制策略,在不开空调的条件下,武汉实际城市公交驾驶循环油耗试验平均值为36 l/100km,与传统客车平均油耗42.9 l/100km相比,平均节油率达19.1%。若采用效率优先扭矩均衡分配控制策略,在同等条件下混合动力城市客车循环油耗仿真值为33.4 l/100km,节油率达27.3%,从而验证了EQ6110HEV并联混合动力城市客车系统结构合理、控制策略优良可靠,达到了预期的设计目标。