基于燃料电池轿车动力系统技术的城市客车动力系统研发

摘要

随着城市化与汽车工业进程的加快，环境污染和能源匮乏日益突出，新能源汽车成为未来的发展方向，作为新能源汽车之一燃料电池汽车更因其显著的特点吸引着人们的目光。其中燃料电池城市公交客车更因为其定线、定时，易于管理、公益宣传效应好的特点，有可能成为新能源汽车战略推广及产业化的突破口。本课题基于燃料电池轿车动力系统技术和关键零部件，以燃料电池城市客车为研究对象，以上海市经委课题“燃料电池公交客车核心技术研究”为依托，着力于燃料电池客车动力系统的开发，研制样车一辆。以此论证燃料电池轿车动力系统技术向城市客车推广应用的可行性。首先，在分析燃料电池汽车多种动力能源混合形式的基础上，基于双燃料电池轿车动力系统整体方案，完成城市客车动力系统的选型、匹配，确定了动力系统的控制方法，完成了控制系统的模块化设计。在动力系统的控制策略方案设计中，提出了双动力系统既保证车辆动力性，又满足蓄电池组SOC值的稳定性要求，同时适应空调等附属系统恒压控制特性的前馈+反馈的双动力系统综合功率平衡控制算法。在分析城市公交客车制动特点的基础上，进行了制动能量回收的分析计算提出了一种简单实用的再生制动的模糊化设计方法。在系统地分析了整车可靠性需求的基础上，设计完成了燃料电池客车的在线故障诊断与离线故障诊断、处理体系。其次，针对整车经济性，探讨了燃料电池客车的双电机转矩优化分配方法，提出了一种基于经济性的混合式功率平衡控制策略，并通过仿真试验验证了该方法的的效性。最后，针对双动力系统的特点，为提高整车的可靠性，运用系统完整性的理论，建立了燃料电池客车动力系统安全性与完整性分析体系。并在此基础上，完成燃料电池客车动力系统完整性目标分析，提出部分主动和被动措施，并运用扩展卡尔曼滤波相关的理论，通过对永磁同步电机的状态估计，及相应的残差分析，以电流与位置传感器的故障为例，探讨了相关的故障诊断及容错控制方法。为适应将来燃料电池客车产业化所面临的可靠性要求，进行了有益的探索。关键词：燃料电池汽车，动力系统，容错，可靠性

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1引言

1.2研究背景及课题来源

1.2.1燃料电池汽车研究的必要性

1.2.2开发燃料电池客车的可行性

1.2.3上海发展燃料电池客车的现实性

1.2.4本课题来源

1.3国内外燃料电池客车研究现状

1.3.1国外燃料电池客车研究现状

1.3.2国内燃料电池客车研究现状

1.4课题研究内容及创新点

第2章 燃料电池客车双动力驱动系统的开发

2.1引言

2.2燃料电池客车双动力系统总成方案设计

2.2.1双动力系统基本结构及其特点

2.2.2燃料电池客车动力总成方案设计

2.3燃料电池客车双动力系统匹配

2.3.1燃料电池客车性能指标的确定

2.3.2燃料电池客车动力系统部件选型

2.3.3燃料电池客车传动系统参数确定

2.3.4燃料电池客车双动力合成与两档自动力变速箱方案设计

2.4燃料电池客车控制系统设计

2.4.1燃料电池客车控制系统实现

2.4.2燃料电池客车控制系统软件设计

2.5燃料电池客车总线结构设计

2.6本章小结

第3章 燃料电池客车功率平衡控制策略研究

3.1引言

3.2基于SOC的功率平衡控制算法

3.3基于模糊逻辑的回馈制动控制方法研究

3.4燃料电池客车的分级故障处理体系设计

3.4.1在线故障诊断系统

3.4.2离线故障诊断系统

3.5本章小结

第4章 燃料电池客车经济性优化控制策略研究

4.1引言

4.2燃料电池客车的双动力系统经济性优化分析

4.3燃料电池客车的双电机转矩优化分配方法

4.3.1燃料电池客车的双电机转矩优化方法

4.3.2转矩优化分配策略的在线实现

4.4基于经济性的功率平衡控制策略研究

4.5本章小结

第五章 燃料电池客车动力系统的安全性与完整性分析

5.1引言

5.2安全性与完整性分析体系的建立

5.2.1基于完整性分析的故障诊断与容错体系

5.2.2提高系统完整性方法

5.3燃料电池大巴动力系统结构和功能分析

5.3.1燃料电池大巴动力系统结构分析

5.3.2燃料电池大巴动力系统功能分析

5.4燃料电池大巴动力系统失效模式及其后果分析

5.4.1 FMEA理论基础

5.4.2在燃料电池大巴上运用FMEA

5.4.3 FMEA结果小结

5.5燃料电池大巴动力系统完整性目标分析

5.5.1被动措施举例及对动力系统完整性的提高

5.5.2提高完整性的主动手段

5.6本章小结

附表

第六章、燃料电池客车驱动系统故障诊断与容错控制探索

6.1引言

6.2基于状态观测卡尔曼滤波的故障诊断方法

6.2.1卡尔曼滤波理论

6.2.2容错控制技术

6.3驱动系统状态观测

6.3.1数学模型的建立

6.3.2基于扩展卡尔曼滤波的状态观测

6.4传感器失效故障的诊断与容错实施

6.4.1基于扩展卡尔曼滤波的传感器失效故障诊断

6.4.2基于状态重构进行的驱动系统容错控制

6.5本章小结

第七章、结论与展望

参考文献

致谢

博士生期间发表的学术论文

博士后期间发表的学术论文

个人简历

永久通信地址