一款插电式并联混合动力汽车性能的仿真研究

采用AVL Cruise软件与Matlab/Simulink软件可实现一款插电式并联混合动力电动汽车的建模。通过仿真计算得到的结果,为下一步整车控制策略的开发及动力总成匹配的优化奠定了基础。     

并联式混合动力电动汽车动力总成系统的仿真研究

详细建立了PHEV动力总成系统的各个组件以及汽车行驶动力学的数学模型,其中对发动机和电机的建模提出了"基于三维特性图的准线性模型"的概念,同时深入研究了PHEV动力总成系统的电力辅助控制策略,并应用MATLAB/SIMULINK语言对EQ6110混合动力客车的动力总成系统进行了仿真研究,先后研究了不同SOC初值和不同循环试验标准下的仿真结果.     

新型两轴驱动混合动力汽车动力系统设计

根据常见的混合动力汽车动力系统的分布结构,以某国产传统燃油车为研究平台,在保证原车整体结构不变的前提下设计了1种新型两轴驱动混合动力汽车动力系统,车辆前桥保留了原车的动力总成,而在后桥加装了1套完整的电驱动系统.结合乘用车排放与能耗测试标准以及实际的运行工况特点,对后桥电驱动系统的相关动力部件进行了参数匹配,并完成了整车控制策略的设计,利用AVL-Cruise车辆性能仿真软件搭建了整车模型并进行了仿真分析.结果表明:该新型两轴驱动混合动力系统可以灵活切换车辆驱动模式以适应不同的行驶工况需求,同时在动力性方面相比原车有较大提升,燃油经济性方面较原车提高10.58%,整车性能改善明显.     

纯电动汽车开发又有新突破

由天津大学承担的“纯电动汽车动力总成控制系统及其相关技术的开发研究”项目通过了天津市科学技术委员会组织的科技成果鉴定。该成果成功开发了纯电动汽车主控制器、车载记录仪以及车载智能信息单元等装置，建立了控制策略仿真分析、硬件在线测试、在线监控标定、数据记录及分析、无线远程调控等一系列开发工具，形成了完整的开发平台。     

发动机动力总成惯性参数的测量研究

车辆发动机动力总成惯性参数的准确获得对于发动机的设计和优化十分重要,普遍采用的扭摆法由于多次工装引入了大量的人为误差,同时降低了测量效率,亟待改进.本文介绍了一种新型发动机动力总成惯性参数测试实验台的测试方法,通过利用可倾斜平台改变发动机动力总成与转台主轴的相对位置,从而测量其质心、转动惯量、惯性主轴等惯性参数.     

插电式混合动力汽车传动系参数设计与控制策略研究

以某款CVT插电式混合动力汽车为研究对象,根据整车设计技术要求进行了动力传动系参数匹配设计。基于MATLAB/SIMULINK建立插电式混合汽车动力部件、控制策略及整车仿真模型。仿真结果表明,整车的动力传动系统参数设计能满足设计要求,控制策略设计合理,同时验证了建立的整车模型的准确性。     

ISG并联混合动力轿车最优转矩分配策略

能量管理策略对混合动力汽车燃油经济性的改善具有关键作用。因为ISG混合动力轿车发动机转速不是受控变量,转矩成为能量管理策略惟一的控制变量,使其实质为转矩分配策略。考虑动力总成部件之间能量传递转换效率得到电机等效燃油消耗量,由此得到不同待选分配点动力总成等效燃油消耗率,以动力总成等效燃油消耗率最小化为原则优化转矩分配,使整车燃油经济性达到最优。通过离线计算,使转矩分配成为根据整车需求转矩、发动机转速和超级电容电压进行简单查表的过程,解决了计算量大的缺点,方便了实际应用和实时控制。建立整车和控制策略模型进行仿真计算,基于中国乘用车城区瞬态循环,与传统逻辑门限值分配策略相比,整车燃油经济性改善提高了5.2%。     

一种新型增程插电式混合动力控制策略的开发

针对一种新型增程插电式混合动力车辆,以实现该构型车辆的燃油经济性和整车动力性较优的特点为目标,开展了该构型车辆的控制策略开发的研究。建立了发动机、驱动电机和启动发电一体电机的等效燃油消耗模型,根据各部件效率离线计算出等效燃油最小下的需求扭矩分配系数。针对模式切换中的系统不连续性,设计了分阶段转矩协调控制策略。台架测试和实车道路测试结果表明,该整车混合动力控制策略能够保证车辆动力部件运行在效率最优区域,并且电控离合器闭合时间不大于1.5s,电控同步器闭合时间不大于0.2s,整车混合动力模式切换迅速和平稳。     

基于动态规划插电式并联混合动力汽车能量管理控制策略的研究

混合动力汽车能量管理策略会影响其动力性和经济性。为了寻找整车的最优节油点及控制策略,文章基于世界轻型汽车测试循环(world light vehicle test cycle, WLTC)工况,提出了利用动态规划算法优化插电式并联混合动力汽车能量管理策略。以发动机、电机的扭矩和角速度作为动态规划的控制变量,以保证电池荷电平衡和燃油最小为目标,建立动态规划模型。仿真结果表明,所提出的能量管理策略能使电池荷电状态(state of charge, SOC)保持在设定范围之内,且相对于基于标定经验规则的能量管理控制策略,节油率能达到5.78%,此方法对于整车厂(original equipment manufacturer, OEM)制定并联式混合动力汽车整车控制器能量控制策略及实车标定工作有一定的参考意义。     

混联混合动力车辆能量管理控制策略优化

在分析混联式混合动力车动力总成结构及超级电容的动态特性的基础上,提出了基于规则的混联混合动力车的整车分层式控制系统.对整车驾驶员意图识别、模式判断和驱动力分配策略进行研究,并通过实车试验对其进行验证与评价.以中国典型城市公交工况为目标循环工况,进行实车测试,测试结果表明整车动力总成燃油经济性提升10%.     

基于状态反馈的燃料电池轿车动力控制算法

建立了包括燃料电池发动机、电机及其控制器、动力蓄电池组在内的燃料电池轿车动力系统的动态数学模型.在该模型基础上,设计了基于状态反馈的闭环功率平衡算法.针对状态变量蓄电池开路电压在运行过程中无法测量的问题,构造了相应的渐进状态观测器.以蓄电池开路电压观测值反馈实现了蓄电池最佳荷电状态的控制,使算法克服了对蓄电池SOC（state of charge,荷电状态）估计值的依赖,实现了解析冗余,较好地解决了SOC估计过程中存在的初始值不易确定和累计误差的问题.离线仿真和实车转鼓实验的结果证明,所建立的动力控制算法达到既定的控制目标,并且能够充分考虑动力系统主要部件的动力性和经济性,具有一定的实用价值.     

燃料电池混合动力汽车控制策略研究

提出一种燃料电池功率主导轻型混合动力汽车的整车控制策略. 构建了燃料电池混合动力系统构型,建立了高压燃料电池发电系统控制约束模型,制定了7种工作模式和以燃料电池输出功率为主导、电池组SOC维持型的控制逻辑. 整车试验结果表明,燃料电池输出功率能很好地跟踪驾驶员踏板的功率需求,整车燃氢经济性为2.464 kg/100 km.     

阳极支撑型固体氧化物燃料电池电化学数值分析

根据阳极支撑平板型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的工作原理,建立了SOFC的三维热流电化学模型,研究燃料电池进气方式、进气速率、燃料气组成对其温度场、燃料利用率以及电池性能的影响.结果表明,相比于反向进气方式,采用同向进气,电池温度分布更均匀,热应力更小;适当提高阴极侧空气进气速率会降低电池平均温度和热应力,同时也有利于提高电池功率密度和燃料利用率;增加燃料气的进气摩尔分数,反应速率、系统温度梯度和功率密度随之加大,由于温度梯度的增大最终导致热应力增加.     

轮式装载机发动机节能控制研究

轮式装载机广泛应用于重要的工程领域,作为其唯一动力来源的发动机的运行状态对装载机的 经济性有较大影响;针对国内某型轮式装载机瞬态油耗较高的问题,提出了发动机瞬态节能控制的控制方 法,其通过限制发动机角加速度,降低加速踏板行程突然增大时的瞬时油耗;针对 V 字形工况下,燃油经济 性差以及未考虑装载机工况识别控制发动机转速的问题,提出了整机两作业模式节能控制,主要通过模式选 择开关设置作业模式,在实现工况识别的同时,也尽可能使发动机工作点分布在燃油消耗率较低的区域;通 过实车的实验结果表明:在控制策略下,动力模式时整机能拥有较好的动力性,经济性也有所提高;在经济模 式下,动力性有所降低但经济性有较大提升     

车用大功率燃料电池发动机动力系统平台

为了测试城市客车用燃料电池发动机的性能,开发了200 kW燃料电池发动机动力系统平台。该平台采用了水阻负载结合电动负载的组合式负载结构。其中,电动负载由DC/DC变换器、感应电动机和测功机组成,可以模拟车用燃料电池发动机实际工况。该文研究了平台的部件匹配及保护问题,建立了车用燃料电池发动机的试验工况。实验结果表明该平台可以满足大功率车用燃料电池发动机的性能测试需求。     

燃料电池混合动力轿车控制策略与参数优化

以某国产经济型轿车为平台,对其动力总成进行了燃料电池混合动力驱动系统的虚拟改装．为提高其整车的经济性和动力性,使用ADVISOR软件对整车性能进行仿真分析,研究了燃料电池混合动力驱动系统开关控制模式和功率跟随控制模式的特性,确定功率跟随控制模式为适合该车型的控制策略．分析了4种典型驱动工况下不同混合动力度的整车经济性及动力性,其中50％的混合动力度是适用于该车型燃料电池混合动力驱动系统最优配置．在此最优配置下,以最小氢气燃料消耗为目标,优化主减速比、燃料电池的最大和最小工作功率以及蓄电池的充电功率,得到了燃料电池混合动力系统的最佳工作点．     

基于催化燃烧辅助供热的燃料电池低温启动过程研究

提出了一种解决燃料电池系统低温启动的策略,将氢气和空气预混合气体在燃料电池外部进行催化燃烧,然后将燃烧后的尾气通入燃料电池阴极流场和水流场以加热燃料电池系统.基于此低温启动策略,搭建了低温启动试验平台,研究了反应物混合气流量、氢气体积分数等参数对燃料电池低温启动过程的影响.试验结果表明:增大反应物混合气流量或增加氢气体积分数均能缩短低温启动时间;当流量为3L.min-1,氢气体积分数为5%时,电池内部温度在540s内上升到冰点以上温度,可以初步满足低温启动的要求.     

氢能发电及其应用前景

氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组成。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟，氢能发电技术即将获得广泛应用，特别是PEMFC发电系统还具有工作温度低，无烟气排放，伪装性能优良，在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。阐述了氢能发电系统的组成及控制系统结构，介绍了燃料电池工作原理、氢气制备方法、储运方式及金属储氢材料的安全性、电力电子变换技术以及氢能发电技术的研究发现状与应用前景。     

Modeling and Experimental Study of PEM Fuel Cell Transient Response for Automotive Applications

This paper presents an analysis of the dynamic response of a low pressure proton exchange membrane (PEM) fuel cell stack to step changes in load, which are characteristic of automotive fuel cell system applications. The goal is a better understanding of the electrical and electrochemical processes when accounting for the characteristic cell voltage response during transients. The analysis and experiment are based on a low pressure 5 kW proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack, which is similar to those used in several of Tsinghua's fuel cell buses. The experimental results provide an effective improvement reference for the power train control scheme of the fuel cell buses in Olympic demonstration in Beijing 2008.     

基于两阶段控制的铝-空气燃料电池最大功率点跟踪方法

铝-空气燃料电池作为一种新兴的金属燃料电池,具有比能量高、安全静默、高效环保等优点,但其发电功率水平较低、资源利用率不高,且对其最大功率点跟踪控制方法的研究较少。基于此提出了一种两阶段控制的最大功率点跟踪方法。该方法根据铝-空气燃料电池输出特性,第一阶段基于电阻匹配的最大功率传输理论,通过实时检测燃料电池输出端口电流,对其施加增量扰动寻优,以较大步长接近最大功率点阈值;第二阶段基于模糊控制理论,通过设置功率变化和占空比步长变化的隶属度函数,进一步逼近最大功率点并实现稳定控制。仿真和实验表明,所提方法跟踪精度高、跟踪效果好,具有较强的工程应用价值。