《B4_MichaelStapelbroek_Paper_Chinese》.pdf

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题目:《新型分轴式混合动力的控制策略》 作者/发言人: Dr.-Ing. Michael Stapelbroek (德国亚琛FEV 公司) Dipl.-Ing. Hans-Peter Lahey (德国亚琛FEV 公司) Dipl.-Ing. Jürgen Ogrzewalla (德国亚琛FEV 公司) 电子邮箱: Michael.Stapelbroek@ Herta.Dumitru@ 专题组: 驱动系统 / 动力总成 关键词: 运行策略,优化,混合动力电动车,分轴式混合动力,HEV, 离散动态程序,DDP 摘要: 相对于传统车辆,混合动力电动车可实现燃油经济性和降低排放的完美结合。 插电式混合动力电动车不仅可实现部分的零排放行驶,还能克服纯电动汽车续驶 里程短、充电时间长的缺点。所有的混合动力驱动系统都增加了一个自由度,即 第二个能量转换器,用来在各工况点上改善动力总成的运行效率。因此,车辆的 运行策略必须适应相关设计要求,如燃油或能量消耗率、排放性能和噪声性能等 的要求,并实现理想的驾驶舒适性。 在此领域中,FEV 采用持续开发流程定义混合动力的概念布局,并进一步优 化从概念到量产阶段的控制策略。FEV 通过专业的动力总成仿真以及数字优化技 术,如实验设计 DoE 和离散动态程序 DDP 技术,确定动力总成的优化方案和总 体优化控制策略。FEV 兼顾客户提出的车辆设计目标、油耗目标和可供选择的硬 件设备,据此寻找出最优设计方案。基于这一方案,FEV 再采用优化的控制策略, 实现燃油消耗目标和其他设计目标,如NVH 和驾驶舒适性要求等。 本文描述了分轴式混合动力概念的整个开发流程。首先,通过优化所有混合 动力总成组件的参数,寻找最优的动力总成布局。这里考虑到一系列的边界条件: 后轴电机的制动能量回收限值,发动机暖机过程和催化器起燃过程,由于机油低 温引起的变速箱摩擦增大,12V 车载电网的功率需求,以及电池、电机、发动机 和变速箱的效率等等。进而,在控制策略上考虑下列的功能模块的应用,如发动 机启停、电机辅助增速、工况点切换、增程器控制、纯电驾驶模式、制动能量回 收等等,确保仿真结果符合实际情况。采用优化方法,可以离线确定最优的全局 控制策略,并据此生成可以在车辆上应用的具体控制模块。最后,在车辆试验中, 控制策略的有效性得到验证,符合客户提出的燃油消耗率的目标。 该方案已经在某一典型的混合动力车辆上得到示范应用。 介绍 最近十年,中国已成为世界上最大的汽车市场,年增长率高达26%[1] 。但是 私人汽车的发展,给中国的大城市环境带来了CO2 和雾霾问题。持续已久的中国 首都北京空气污染问题,甚至引起了2013 年上半年[2]旅游市场的下滑,从而激 增了电动汽车发展的独立性和领导性目标压力。为应对挑战,2005 年,中国引 入了轻型车辆两阶段车辆燃油消耗率法规。计划在2015 年执行第三阶段法规[1]。 图1- 中国主要汽车制造厂平均燃油消耗率(CAFC )[1] 图1 是中国主要汽车制造厂生产汽车的平均现状,显示了各车厂的平均汽车 燃油消耗率与平均车重的比率。数据通过不同颜色和圆圈大小区分了自主品牌和 合资厂销售汽车的差别。 其中相对于合资品牌,尽管中国的自主品牌大多为轻型汽车,但是平均油耗 并没有显著降低。2010 年汽车平均燃油消耗率为7.7 L/100 公里。2002 年至2010 年[3],尽管中国已降低了15%的CO2 排放,但是,大多数汽车厂商还需继续降低 燃油消耗率,以满足2015 年(第3 阶段)的初始目标:6.9 L/100 公里。而且, 中国工信部(MIIT)将计划在2020 年逐步实现5.0L/100 公里的更低目标。 1 中国旅游数据显示,2013 年上半年,北京游客数量比上年同期下降了14%。 此计划非常接近欧洲,而且平均燃油消耗率更低。虽然略有不同,仍可以比 较同样市场的份额,汽车工业在相同的条件下发展:气候变化、法规压力和客户 需求。 众所周知的解决方案是通过混合动力以及纯电动汽车来替代

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