搭载CVT或DCT变速箱的PHEV能耗经济性对比研究

摘要

为改善汽车与日剧增的石油消耗以及造成的环境污染等问题，各国政府正推出愈发严格的排放法规。插电式混合动力汽车在一定行驶里程范围内，与纯电动汽车一样，由动力电池提供行驶所需的能量，可以减少对环境造成的污染；当需要纯电动汽车当前难以实现的高续航里程时，可以通过油电混合驱动实现，相比于传统内燃机汽车，减少了对燃油的消耗。　　插电式混合动力汽车与传统内燃机汽车一样，通常需要搭载一台变速箱以调节动力源工作状态从而获取较好的能耗经济性。目前插电式混合动力汽车可搭载数种变速箱，在不同的构型、循环工况下，难以直接判断何种变速箱在能耗经济性上更优。本文根据企业要求，针对工程上某款插电式混合动力汽车，为确定搭载候选变速箱 CVT 和DCT 中哪一种能获取较优的能耗经济性，本文进行了如下的工作。　　①分析插电式混合动力汽车的构型，确定出插电式混合动力汽车存在的六种工作模式。对主要部件建立基于试验或理论的模型，为后续能量管理策略的制定以及能耗经济性的对比分析奠定基础。　　②分析各工作模式下发动机、电机等部件的工作状态和能量流向，建立各工作模式下的整车系统效率模型。根据插电式混合动力汽车动力电池的使用特点，将能量管理的阶段分为CD阶段和CS阶段，制定了基于系统效率的工作模式划分流程。基于Matlab的m文件，将各工作模式下的整车系统效率模型与工作模式划分流程相结合，制定出插电式混合动力汽车搭载 CVT 或 DCT 的基于系统效率的规则式能量管理策略，包含工作模式区域划分和部件运行参数确定(变速箱速比分配、发动机扭矩分配以及电机转速分配)。　　③采用强化学习方法优化基于系统效率的规则式能量管理策略，建立了强化学习算法优化能量管理控制策略的模型。综合考虑强化学习网格参数对训练速度/能耗经济性的关系，根据定量分析结果设置综合效果较优的网格参数。以插电式混合动力汽车在NEDC 循环工况下行驶一百公里为例，采用优化后的能量管理策略，插电式混合动力汽车搭载 CVT 或 DCT 的发动机工作点更集中在高效区，能耗经济性均得到一定提升。　　④在21种循环工况下对比了插电式混合动力汽车在搭载CVT或DCT条件下的能耗经济性，对比结果表明插电式混合动力汽车搭载DCT有更稳定的能耗经济性。采用了决策树分析工况特征与插电式混合动力汽车为获取较好能耗经济性时CVT或DCT选择结果之间的相关性。分析结果表明，城市工况下插电式混合动力汽车应搭载DCT以获取较好的能耗经济性；当工况车速较高且较为平稳时（如城郊工况），插电式混合动力汽车应搭载 DCT 以获取较好的能耗经济性；中高速工况且加减速频繁（如国Ⅵ标准采用的WLTC 测试循环工况）的条件下，插电式混合动力汽车应搭载CVT以获取较好的能耗经济性。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.3 国内外插电式混合动力汽车能量管理研究现状

1.3.1 基于规则的能量管理策略

1.3.2 基于优化的能量管理策略

1.4 CVT或DCT对插电式混合动力汽车能耗经济性的影响

1.5 本文研究对象与研究内容

2 插电式混合动力汽车构型分析与建模

2.1 引言

2.2 插电式混合动力汽车系统结构及参数

2.3 动力系统主要部件建模

2.3.1 整车动力学模型

2.3.2 发动机模型

2.3.3 电机模型

2.3.4 电池模型

2.3.5 无级变速器建模

2.3.6 双离合自动变速器建模

2.3.7 驾驶员模型

2.4 本章小结

3 基于系统效率的规则式能量管理策略

3.1 引言

3.2 PHEV搭载CVT或DCT在各工作模式的效率模型

3.2.1 纯电动模式1的效率模型

3.2.2 纯电动模式2的效率模型

3.2.3 发动机驱动模式的效率模型

3.2.4 发动机和电机转速耦合驱动时的效率模型

3.2.5 发动机和电机转矩耦合驱动时的效率模型

3.2.6 发动机和电机转矩耦合行车充电模式的效率模型

3.3 基于系统效率的规则式能量管理策略工作模式划分流程

3.4 PHEV搭载CVT或DCT基于系统效率的工作模式划分及部件运行参数

3.4.1 PHEV搭载CVT基于系统效率的工作模式划分及部件运行参数

3.4.2 PHEV搭载DCT基于系统效率的工作模式划分及部件运行参数

3.5 本章小结

4 基于系统效率的规则式能量管理策略强化学习优化

4.1 引言

4.2.1 强化学习算法概述

4.2.2 基于系统效率的规则式能量管理策略强化学习优化模型设计

4.2.3基于系统效率的规则式能量管理策略强化学习优化模型搭建结果

4.3.1 智能体形式的选择

4.3.2 智能体网格参数对优化结果的影响分析

4.4 基于系统效率的规则式能量管理策略强化学习优化结果分析

4.5 本章小结

5 PHEV规则式能量管理策略优化后的能耗分析

5.1 引言

5.2 搭载CVT或DCT的PHEV在标准循环工况下的能耗经济性对比

5.3 应用决策树分析工况特征与CVT/DCT选用结果的相关性

5.3.1 工况特征提取

5.3.2 决策树构建算法选择

5.3.3 决策树构建及工况特征与CVT/DCT选用结果的相关性分析

5.4 本章小结

6 全文总结

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致谢