重度混合動力汽車油耗和排放綜合控制策略研究.pdf

1、混合動力汽車在模式切換過程中發(fā)動機頻繁起停，造成排氣溫度和三元催化器蜂窩層溫度下降，催化轉(zhuǎn)化效率降低，影響其排放性能。混合動力汽車裝備有發(fā)動機和電動機兩個動力源，電動機輔助發(fā)動機進行轉(zhuǎn)矩輸出或者發(fā)電，可以在滿足動力性要求的前提下對發(fā)動機工作點進行優(yōu)化，為加快三元催化器起燃、降低發(fā)動機冷起動階段的排放提供了更靈活的控制自由度；利用混合動力電動汽車上的大容量電池和高電壓設(shè)備為三元催化器提供大功率的外接熱源，也可以為解決冷起動階段的排放問題提

2、供一種新的解決方案。研究混合動力汽車油耗和排放、尤其是冷起動階段三元催化器出口排放的綜合控制，對于進一步提高油耗和排放水平具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文以某雙離合器重度混合動力汽車為研究對象，以提高燃油經(jīng)濟性和改善冷起動階段排放水平為研究目標，開展了混合動力汽車能量管理策略的優(yōu)化設(shè)計，具體研究工作概括如下：
　　(1)建立了重度混合動力汽車整車動力學模型。以發(fā)動機平均值理論為基礎(chǔ)，結(jié)合熱力學定律，建立了計算發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩、油

3、耗與排放的發(fā)動機動力學模型和計算HC/CO催化轉(zhuǎn)化效率的三元催化器動力學模型；在此基礎(chǔ)之上，基于經(jīng)典車輛縱向動力學理論，建立了在NEDC工況下AMT以經(jīng)濟性換擋規(guī)律進行換擋的整車冷起動排放仿真模型，并且分析了燃油補償控制對空燃比和三元催化器效率的影響。
　　(2)建立了重度混合動力汽車油耗和排放多目標全局優(yōu)化控制策略。首先建立了重度混合動力汽車油耗和排放綜合控制數(shù)學模型，針對重度混合動力汽車在運行模式切換時發(fā)動機頻繁起停的特點，在

4、建立油耗模型時考慮了發(fā)動機起停的影響。然后依據(jù)Bellman最優(yōu)性原理，將混合動力汽車在特定工況下的全局最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為一個單步、多階段決策問題，采用動態(tài)規(guī)劃算法建立遞歸方程并進行求解，得到最優(yōu)控制量。最后將最優(yōu)控制量在整車動力學模型中正向求解，得到最優(yōu)狀態(tài)變量和多目標函數(shù)的最優(yōu)值。
　　(3)建立了重度混合動力汽車油耗和排放多目標實時控制策略。首先提出以加快三元催化器起燃為目的的能量管理模糊控制策略，通過提高發(fā)動機排氣溫度加快

5、催化器起燃，改善冷起動階段的排放。然后提出利用重度混合動力汽車的大功率電池對三元催化器進行加熱以縮短其起燃時間的電加熱控制策略，并計算了電加熱型三元催化器EHCS(electrically heated catalyst system)冷起動階段的蓄電池電量等效油耗，同時分析了EHCS電加熱功率和安裝位置對催化器溫度、起燃時間、HC/CO排放量、等效油耗和整車運行模式的影響；最后依據(jù)龐特里亞金極小值原理，分別針對加速三元催化器起燃、降低

6、油耗與三元催化器出口處排放兩個不同的優(yōu)化目標函數(shù)，依次應(yīng)用時間最短控制和燃料最少控制方法，對目標泛函求極值以得到相應(yīng)的最優(yōu)控制策略，并且對制動、停機工況下的控制策略進行比較，以分析發(fā)動機起停優(yōu)化控制對整車油耗和排放的影響。
　　(4)建立了重度混合動力汽車油耗和排放多目標隨機最優(yōu)控制策略。首先在對沿固定線路上采集到的實際車速進行分析的基礎(chǔ)上，提出將實際路況等效為一段標準路況與白噪聲隨機干擾的疊加，從而將實際道路條件下的混合動力汽車

7、油耗和排放的控制問題轉(zhuǎn)化為標準路況條件下的隨機白噪聲干擾最優(yōu)控制問題。然后以發(fā)動機油耗和三元催化器出口排放為多目標優(yōu)化函數(shù)，建立了包含三元催化器溫度狀態(tài)的重度混合動力汽車二次型狀態(tài)方程。最后采用隨機線性二次型最優(yōu)控制方法，對蓄電池SOC(state of charge)、車速、三元催化器溫度和出口排放等實際狀態(tài)進行卡爾曼濾波估計，以對電機功率和發(fā)動機功率等輸出變量進行最優(yōu)反饋，從而實現(xiàn)了重度混合動力汽車的油耗與排放優(yōu)化控制。