1、 硕士学位论文 增程式电动客车辅助功率 单元控制策略研究 姓 名： 学 号： 所在院系：汽车学院 学科门类：工学 学科专业：动力机械及工程 指导教师： A dissertation submitted to Tongji University in conformity with the requirements for the degree of Master of Engineering Dynamic Control Strategy Research for Auxillary Power Unit of Range-Extended Electric Bus Candidate: S
2、tudent Number: School/Department: Discipline: Major: Supervisor: School of Automotive Studies Engineering Power Mechinery and Engineering 增 程 式 电 动 客 车 辅 助 功 率 单 元 控 制 策 略 研 究 同 济 大 学 同济大学 硕士学位论文 摘要 摘要 近年来，汽车工业发展迅猛，世界范围内汽车保有量持续增加，能源短缺和环境污染等问题日益突出，一定程度上制约了传统汽车工业的发展。增程式电动汽车具有燃油消耗低、排放低等优势，同时又克服了纯电动汽车续驶
3、里程短的弊端，越来越受到汽车研究机构和生产厂商的关注与重视。动态控制策略对增程式电动客车来说很重要，它的好坏直接影响了整车动力性和舒适性。本文设计了基 于转矩模型的动态协调控制策略，在保证辅助功率单元 (Auxillary Power Unit， APU)切换过程工作在最佳等效燃油消耗曲线附近的前提下，缩短了工况切换 过 程的时间，降低了 APU 系统的转速超调量和转矩超调量。本文主要工作及研究成果如下： (1) 建立了增压中冷柴油机瞬态模型。选取 189 个稳态工况点对模型进行标定，保证在每个工况点的转矩、功率、有效燃油消耗率、涡前压力与温度、压气机压比，及进气质量流量与试验测量值的误差基本
4、不超过 10%。在此基础上，通过对喷油系统和燃烧模型进行修改，建立了增压中冷柴油机瞬态模型。 (2) 设计了基于转矩模型的动态控制策略。通过 Simulink 与 GT-Power 联合仿真，分析了 APU 系统在加速加载切换过程和减速减载切换过程的动力学规律。结果表明，基于转矩模型的动态协调控制策略，能够快速稳定地实现三点式能量管理策略需要的切换过程。 (3) 建立了用于验证上述动态协调控制策略的控制系统。基于 MotoHawk 快速原型开发平台，在动态协调控制策略 Simulink 模型的基础上，加入传感器、 执行器及通信的软件接口模块，使用编译器自动生成代码，最终开发了一款基本 的 HC
5、U (Hybrid Control Unit)控制器和 APU 控制系统。 (4) 通过 APU 台架对基于转矩模型的动态协调控制策 略和控制系统实物进 行验证，并分析了 APU 在起动加速暖机、加速加载切换过程及减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量，以及 CO、 HC、 NOX 和颗粒物排放特性。结果 表明： (a)可以通过提高发动机怠速转速的方法加速暖机过程，而且怠速转速的提高并不会引起发动机起动过慢的问题。起动过程中， CO、 HC、 NOX 和颗粒排放基本与喷油量正相关，喷油策略对排放的控制比较重要。 (b)为了降低系统的油耗，可以在发动机起动初期适当降低喷油量甚至断油，而不影响发
6、动机的起动性能。但不恰当的初始喷油量可能会带来 APU 系统转矩波动幅度大、起动过程偏慢等问题。(c) 本文提出的基于转矩模型的动态协调控制策略能够保证 APU 系统在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线附近运行，并且切换用时比较短， I 同济大学 硕士学位论文 摘要 转速超调量和转矩超调量比较低。 (d) 在加速加载的切换过程中，发动机排放总体上会有所升高；而在减速减载的切换过程中，污染物排放总体呈下降趋势。加 速加载过程中，缸内燃烧状态较差，空燃比也较低， CO、 HC 和颗粒物排放较高， NOX 排放较低；减速减载过程中，缸内燃烧状态较好， CO、 HC 和颗粒物排放较低， NOX 排放较高。 关键词： 增程式电动客车，辅助功率单元，混合动力专用发动机，瞬态模型，动态控制策略 II
