气动-燃油混合动力汽车系统建模与混动控制策略研究

摘要

能源缺口的不断加大和环境污染的不断恶化，促使汽车行业不断寻求能够替代化石能源的车辆驱动系统解决方案。包括电动汽车、燃气汽车、燃料电池汽车、生物质能源汽车、太阳能汽车等多种能源形式在内的新能源汽车行业正处于多元化的发展时代。本文研究的是一种低排放、低能耗的并联型气动-燃油混合动力汽车，这种混合动力系统综合了气动发动机低速大扭矩和内燃机高速高效率工作的特点，二者优势互补，提升了车辆在行驶过程中的能量利用效率。本文在对气动发动机数值模型分析的基础上，提出了基于可变配气相位的气动发动机控制策略;对气动-燃油混合动力汽车的系统结构和控制策略进行了研究，对混动系统在特定驾驶循环下的驾驶表现和节能潜力进行了仿真分析;设计了一种适用于气动发动机的可变配气机构，并对配气机构进行了初步的试验分析。
　　本文的具体工作内容如下:
　　1)对气动发动机的工作原理进行了分析并建立了基于热力学分析的气动发动机数值仿真模型。针对气动发动机四个配气相位角优化时存在的耦合关系，通过敏感性分析方法计算各相位角的一阶敏感性和总体全局敏感性，发现进气提前角和排气提前角对发动机输出表现影响较小，在优化过程中作为可忽略因素忽略其对发动机工作的影响，因此选取进气关闭角和排气滞后角作为主要优化对象。以在一定进气压力、转速和需求扭矩下发动机的效率值作为优化指标，分析了进气关闭角和排气滞后角对发动机输出表现的影响，并计算出在一定条件下发动机效率最大时配气相位取值，为气动发动机运行状态的控制提供了指导。
　　2)对气动-燃油混合动力系统的系统结构、数学模型以及控制策略进行了探索性研究，在气动发动机工作特性分析的基础上提出了基于逻辑的混动系统控制策略。建立了气动-燃油混合动力系统仿真模型，对混动系统在NEDC(New EuropeanDriving Cycle)标准工况下的行驶表现进行了仿真研究。仿真表明，在NEDC工况下，气动燃油混合动力汽车能够实现节油40.19％，降低25％的能耗，表明气动-燃油混合动力系统有着巨大的节能潜力和发展前景。
　　3)在对气动发动机的工作特点分析的基础上，提出了电控气动先导式的发动机可变配气机构的设计方案，建立了配气机构的数值仿真模型，对配气机构的关键参数进行了优化设计，并进行了实验验证。实验结果表明，所设计的气动先导式可变配气机构的最短动作时间小于10ms，能够满足气动发动机在1200rpm设计转速下的工作需求，为气动发动机的控制实现提供了解决方案。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题背景

1．2 研究现状

1．2．1 气动发动机研究现状

1．2．2 气动混合动力系统研究现状

1．2．3 气动发动机相关系统研究现状

1．3 主要研究内容

2 气动发动机数学建模及控制策略研究

2．1 气动发动机原理及其数学模型

2．2 气动发动机结构参数影响分析

2．2．1 排量对气动发动机性能影响研究

2．2．2 程径比对气动发动机性能影响研究

2．2．3 缸头余隙对发动机性能的影响

2．2．4 气门直径对发动机性能影响

2．2 气动发动机控制策略简述

2．2．1 Sobol全局敏感性分析

2．2．2 配气相位敏感性分析与优化

3．2．3 气动-燃油混合动力系统仿真

2．3 本章小结

3 气动-燃油混合动力系统控制策略研究

3．1 气动-燃油混合动力系统控制策略概述

3．2 气动-燃油混合动力系统仿真

3．2．1 气动发动机功率参数匹配

3．2．2 内燃机原理及其数学模型

3．2．3 气动-燃油混合动力系统仿真

3．3 本章小结

4 气动发动机配气机构研究

4．1 配气机构工作要求

4．2 配气机构研究方案

4．3 配气机构数值仿真

4．4 配气机构参数优化

4．5 配气机构实验研究

4．5．1 配气机构响应特性研究

4．5．2 配气机构落座缓冲控制

4．5．3 配气机构压力控制实验

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文工作总结

5．2 今后工作展望

参考文献