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基于工况频率分布特征的乘用车混合动力系统设计方法研究

基于工况频率分布特征的乘用车混合动力系统设计方法研究

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作者：肖尊元吉林大学

学位级别：硕士

在“碳达峰,碳中和”背景下,混合动力汽车是解决能源和环境问题的重要途径之一。混合动力汽车种类繁多,动力系统复杂,且用户使用工况多样,使得仅针对标准工况设计的产品无法充分发挥节能能力,而传统设计方法应用于高数据量的真实工况数... 详细信息

在“碳达峰,碳中和”背景下,混合动力汽车是解决能源和环境问题的重要途径之一。混合动力汽车种类繁多,动力系统复杂,且用户使用工况多样,使得仅针对标准工况设计的产品无法充分发挥节能能力,而传统设计方法应用于高数据量的真实工况数据时存在计算量大、耗时长的突出问题,快速准确地设计出面向真实使用场景的混合动力汽车产品成为行业的迫切需求。为了提高混合动力系统设计速度,本文提出一种基于工况频率分布特征的乘用车混合动力系统设计方法,主要内容包括:（1）提取工况有效信息并计算频率分布特征。行驶工况是混合动力系统设计的基础,以往研究中工况对能耗的影响机理研究不充分,无法从工况数据完整提取有效信息并过滤无效信息,造成信息冗余,影响计算速度。本文首先通过分析认为工况数据中影响油耗的有效信息为速度、加速度和加加速度（也称加速度变化率）,然后以频率分布统计的方式将工况的时间-车速信息转化为以“速度-加速度-加加速度”为网格的频率分布张量形式,称为“工况频率分布特征”。这种表示方式可将近似和重复的工作点合并处理,使得工况信息充分压缩,显著提高计算速度。（2）面向工况频率分布特征的混合动力系统建模及验证。混合动力系统种类繁多且复杂,本文建立面向工况频率分特征的纵向动力学模型,包括动力源、整车和能量传递关系,同时兼容传统工况表示方法。其中为体现工况瞬态过程对油耗的影响,使用考虑瞬态响应的发动机燃油消耗模型。在固定逻辑门限控制策略下验证模型精度,并综合考虑能耗精度和计算时间,选取合适的“速度-加速度-加加速度”网格尺度。（3）面向工况频率分布特征的最优能耗计算方法研究。工况频率分布特征无法直接适用常见的全局优化算法,因此本文提出一种面向工况频率分布特征的能耗计算方法,同时对最优能耗和最优控制进行求解,包括基于驱动瞬时电池能量平衡策略的能耗计算和基于全局电池能量平衡的能耗修正两部分。该方法在能耗误差可接受的前提下显著减少计算时间,提高设计速度。（4）应用多岛遗传优化算法优化设计参数。本文将面向工况频率分布特征的最优能耗计算方法代入多岛遗传优化算法,对混合动力系统设计参数进行优化,经验证结果基本可信。计算时间分析表明基于工况频率分布特征的设计方法可以使计算时间显著减少。对于高数据量的原始工况数据,基于工况频率分布特征的设计方法使得使用原始工况数据进行设计变得切实可行,从根本上避免工况构造及因此产生的误差。

关键词：工况有效信息频率分布混合动力系统计算时间

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