SC7130纯电动汽车参数匹配设计【含CAD图纸】
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SC7130
电动汽车
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译文综合节能减排管理的混合动力车的后处理 摘要混合动力车的能源管理通常涉及车辆动力总成,而排放管理跟内燃机和后处理系统是息息相关的。为了在燃油经济性和污染物排放方面取得最大的成绩,有人提出了集成动力（IPC）基本模型的概念。基于最优控制和等效消耗最小控制策略,本文提出了一种新的IPC策略为一系列混合动力电动重型车辆提供了SCR(选择性催化还原)DeNOx后处理系统。该策略利用动态控制模型合并双方的动力元件以及后处理系统。 仿真结果说明IPC如何能够权衡运营成本(包括燃料使用和AdBlue剂量)与尾气的排放量。1. 介绍混合动力传动系统与典型绿色环保标志有着密切联系，通过减少燃料的消耗和他们的二氧化碳减排。本着这个推理控制策略的研究主要是在混合动力系统主要能源管理策略。 目前,优秀的书籍和论文出现能源管理策略HEVs描述。大部分的工作评估控制目标减少二氧化碳的排放,在某些情况下,其他有害排放如碳氢化合物(HC)、氧化氮(NO)和可吸入颗粒物包含加权因子。然而,大多数策略被限制为engine-out排放量而不注重后处理系统动态的影响在最后尾气的排放。大多数策略引擎限制排放,而没有注意的动态影响后处理系统在最后尾气排放。 这些年来严格的立法在车辆尾气排放出现类型批准。介绍了催化转化器的后处理系统来减少危险排放至可以忽略的水平，对影响其性能的后处理系统主要是温度和催化剂砖的排气流动空间速度。一般而言,当转换效率低于起燃温度时它是一个较小的催化转化器。一个快速催化转化器的策略是可取的预热期间限制汽车尾气排放的污染。但是,这通常需要由内燃机产生的额外的热量。为了更好的平衡内燃机的燃料使用和减排管理、能源管理和排放管理将成为未来HEVs不可缺少的部分。本文提出了一种监督控制策略,并对提出了动力总成控制(IPC)采收率,合并两种能量流管理和排放管理。在冷排放期间排放管理起了主要作用,然而当后处理系统温度达到限制温度时，问题就转移到能量管理上。更确切地说,在满足对有害排放,剩余的自由性能会被利用,获得最大的性能在能源效率和相关的二氧化碳排放。类似的概念也进行了讨论。由于动力行为的后处理系统主导其转化效率,基于模型的方法是一种有效的IPC的策略。2. 系统描述 图1 .汽车动力总成和后处理系统本文提出一种基于IPC的策略是提出一种基于IPC策略是由重型不包括卡车的配备一个系列混合动力电动动力系统。选择性催化还原(SCR)技术用于排气后处理系统,能达到最小的零排放水平。动力系统的拓扑结构,结合策略合作关系SCR后处理系统,被描绘在图1。A.动力模型 汽车动力总成是一个复杂的动态系统。为了控制发展,然而,一个简化后的车辆模型用于描述车辆的主要特征。作为主要的能源是内燃机。内燃机的速度和转矩用rad/ s和N.m来计量,燃料质量流量g /s可从燃料消耗图中得到。内燃机的功率PW等于发电机通过高压总线和内燃机与供电装置连接，其功率（W）。损失出现在发电机模型中的静态效率：电机照顾推进电力(W)。类似于发电机、电动机的损耗在效率图中。在车辆减速,电机制动能量通过操作发电机模式。总之,由这些模型的电机有：电池可储存剩余能量。其模型可分解成两个要素:电池效率和模块存储设备(请参见图1)。电池效率：一个集成器是用于跟踪能量储存在电池中:最后,模型的高压直流母线脱离损失连接电机和发电机电池存储器:B. SCR后处理模型 策略合作关系SCR后处理系统是建立从钒催化剂AdBlue砖伴随着给药系统。模型存在的这个策略合作关系SCR技术,即生产模型考虑氨(NH3)存储在催化剂表面改进的反应,在瞬态情况下没有转换效率。由于精度比较高,这些模型一般用来发展AdBlue给药策略。然而,并不是所有的策略合作关系SCR系统细节时必须考虑发展策略。监督IPCP策略一般只考虑(慢动态)策略合作关系SCR特点,而给药策略AdBlue是考虑当时的化学反应和存储缓冲器在策略合作关系SCR系统。 在这些问题中,一个简化的模型是由复杂的策略合作关系SCR模式描述15。此降低了策略合作关系SCR模式包括两个组成部分:温度模型和NSR(规范计量比)图,没有转换比率。温度模型集的能量流中催化剂，W和W。总之,温度模型的描述是:下面的微分方程 输入信号为策略合作关系SCR系统来自内燃机模块。因此,内燃机模块也包含了一个静态的查表发动机排气温度的K,没有排放(g / s)和排气g / s。没有排放的尾气g / s，当不在SCR系统时计算方式如下:NSR通过查表在(静态)描述了SCR转换效率。这NSR图取决于两个参数:速度和空间SV1 / hr。这种情况的典型事例图中所示图2。这种“全息性的空间表达率的速度尾气催化剂及其值与排气质量流接近：g /立方米是指密度和汽车排放的尾气(立方米)代表了催化剂的体积。 从NSR图还可以得知必要计量策略可以将其近似尿素的主要化学反应。水尿素溶液(NH2)2 CO + H2O)注入废气，分解成氨和二氧化碳。 在各种化学反应的催化剂表面间发生的氨氮和。主要反应用到一氧化氮和二氧化氮，相应的反应产物是元素氮和水： 应该指出的是,一氧化氮和二氧化氮在柴油机中的比例是无固定的。原始排放尾气中的一氧化氮远远超过二氧化氮的含量。因此,氧化催化剂是通常会应用SCR系统有利于形成二氧化氮: 这样，我们可以合理的假设NO进入SCR催化剂后NO和出现与均等分布，各占50%。为进行详细的分析NO/ NO2比率及其对没有转换效率,感兴趣的读者可以参考文献3。结合的化学反应(11)、(12)收益率之间的整体摩尔比NO和(NH2)2 CO为 2:1。这一比率是用来计算所需的净额降低尿素NO排放在可控硅系统: 式中摩尔质量g /mol和38.01g /mol。尿素溶液萃取AdBlue有一个溶解度为32.5%,这意味着32.5g(NH2)2)CO需要100g水来溶解。因此,相应的AdBlue 质量流变为为:3集成动力系统的控制 许多系列的混合动力汽车动力总成提供自由选择可运行的内燃机。本部分提出了满足IPC策略三个方面的要求： 1)减少运营成本； 2)氮氧化合物尾气排放的限制； 3)保证一定量的电荷。 当发展一个合适的IPC的策略时，主要的困难是一二两个要求与利益发生冲突。最小化的运营成本意味着低燃油消耗,而没有注意有害排放。然而,后处理系统需要热从汽车排放的尾气达到快速起燃温度时间和保持良好的转换效率。从控制的角度,IPC必须平衡软约束对最低运营成本和硬约束满足车辆类型没有排放的批准。大多数排放的预热阶段,期间出现的温度系统是低后处理。此外,极高发动机功率也促成了NO的排放，因为没有生产相结合的重要高空间速度。在这些情况下,SCR系统受制于较差的转换效率从而IPC将集中排放管理保持NO排放限制。到达一个合适的排放水平,IPC的主要任务将会放在能源管理上面。这剩下的自由处理能力会被充分利用,来保持低经营成本。这中完善的IPC方法会在接下来的段落进一步说明。A. 控制目标车辆运行过程中,发动机消耗柴油而，SCR系统的需求是尿素。IPC策略控制系统将会对两种消耗做一个很好的估计然后选择出一个合适的方案。当发动机燃料质量流g / s),并给出了柴油的价格欧元/ g)是已知的,从而燃料成本可以描述为：为了计算运营成本,燃料成本与费用增加SCR尿素给药策略。所需的AdBlue定量计算的图描述NSR(15)。其次,成本计算SCR给药策略参考的价格为AdBlue欧元/ g): 综上所述,下列目标函数即为最小化运营成本:受 （尾气排放的限制）（17） （剩余电荷量的限制） (18)式子（17）中值得注意的是,限制(g /千瓦时规定了就没有尾气排放总能量系统的要求。B. 内燃机高效运营线 混合动力汽车的驱动力通过电动机获取。这给内燃机保证一定的转速和转矩提供了一定的主导优势。当考虑内燃机燃油效率图,校录取线可以通过内燃机想、对于每个电力需求下的最少燃油消耗：在表示的集合操作分许用发动机的恒定的力量：图3. 内燃机的各种可视曲线 以类似方式,e-line为最小不可以被定义为: e-line为燃料和都可以在图中看到。接下来发现的对我们很重要，控制目标应用这些e-lines之间权函数 ： 这e-line代表一个符合成本效益,那里的价格而不得不被视为加权参数。欧洲参照价格2010年,拥有和相应的成本e-line同样显示在图3 在本文的其余部分，,内燃机就会局限与成本的有效e-line。这变量之间关系有着一个非常明确的发动机功率和输出信号和。这些关系将用于下一节来制定一个适当的IPC的策略。C. 综合能源和排放管理在本节的开始的目的是通过IPC策略定义的三个条件:运作成本、排放和电荷维持。解决控制问题的方案是目标函数最小化(要求1),但此方案受要求2和3的约束。从最优控制框架的批评是采用来一种基于模型的控制策略。相关的控制模型需要一个状态空间描述组成的动态方程从(5),(8)、(9):与状态变量:内燃机的功率作为决策变量和模型方程的参考,从第二部分描述了状态从(23)可以改写为输入变量的功能。根据最优控制的原理,这是需要制定哈密顿函数从目标函数(16)和拉格朗日乘数有着状态动力学: Pontryagin最大原则所提出的两个最优性必要条件：第一个条件(26)产量最优控制输入PW。这是一个非线性方程,并将数值求解。第二个条件(27)提供的动态方程,为控制器计算方式如下:显然, 号和号为最优解的不变，但更重要的是注意到二是不固定的。该控制器不限制只能使用固定的时间窗(例如在冷启动时期)。这段时间过后,需要一个新的标定这样认为: = 0。 现在已经该控制器的结构,但如何选择初始值1(0),2(0)和3(0)仍然是一个未知数。在考虑(25)和(3)我们能得出如下的关系:1) 代表一个cost-equivalent因素/放电充电电池和一个较低的初始值,会导致更高的系统芯片(SOC)末端的驾驶循环。2) 权重SCR催化剂的温度，增加初始值快速起燃，SCR才能得以实现。3) 考虑了尾气排放累积和更高的初始值,将更多的反馈给原始内燃机输出排放。图4. FTP驾驶循环功率要求熟悉的雌蕊胞外基质法的读者6,会认识到这里选择了一个相似的方法。传统上主要能源管理和雌蕊胞外基质在考虑主要是电池的能量状态。通过状态方程包括这里的后处理系统、能源管理来扩展排放管理。特别是在预热期排放起着重要作用,但在这一时期过后SCR系统动力学依旧是重要的。一段时间后控制器状态2必须设置为零(例如当达到催化转化器温度)来保持控制器的稳定。4. 仿真结果将车辆置于一个混杂的道路工况中进行模拟。主要的组件中指定表1模拟FTP循环工况。这是一个暂时的发动机测功循环期,由于这基于城市测功机传动计划(UDDS),因此也适用于混合动力车辆的评价。相应的功率要求如图4。上一节的IPC策略将演示通过选择不同的的值以得到控制器初始状态。这种方法能有有效的解决运行成本和NO的排放。为了便于是(0)= 0,所以该分析不考虑快速起燃战略对SCR系统的影响。 图5. 之间的协调运行成本,不排放这种不稳定控制方式的控制器将被淘汰以及不需要改变沿驾驶循环的变化。选择(0)和(0)是通过考虑迭代完成的最终值电池能源。第一个(0)是选择和使用二分搜索算法进行多次模拟不同初始值为1。这样,一个唯一值的1可以发现那里认为结束时的驾驶循环正好等于其初始中值。从一个较低的值为(0),IPC战略建立一个高排放,低运营成本的运算策略。相反,一个高值的(0)产生低排放,但是更高的运行成本。这种折衷已经在图5显示出大范围的初始值。在图5看来NO排放也可以在更广泛的影响比运营成本。其原因是,这主要是运营成本有费用柴油决定和行驶FTP周期需要的总是最少的能量。改变混合动力总成控制对能量需求的影响是有限的。当内燃机运行在合适的范围时，SCR通过高效转换以减少NO的尾气排放。在预热后,混合动力总成能够使NO排放几乎保持在仅对驱动力需求的工况下排出。图6对这两个极端值曲线图5(即最低的运营成本和最小不排放)作了进一步分析。这后一种图显示内燃机的功率、SCR催化剂温度以及电池在FTP循环工况下的SOC值。我们可以看到,该控制器试图保内燃机在稳态运行点时的排放最小化。这是为了避免在高空间排放速度(伴随着高的发动机功率)不利于SCR系统的转化率。 图6. 仿真结果FTP驾驶循环当运行运营成本最小化的策略时,车辆使用电池非常有限，所以车辆使用大部分时间的在柴油电动模式。这是由于电池的损失太大了，仅从再生制动能量储存在电池中。在这个例子中很明显知道,这个额外自由的混合动力系统在降低排放方面的更有价值,而不是减少运营成本方面。5. 结论和展望一种基于模型的控制策略,研制开发一系列混合动力电动卡车。这个策略源于最优控制理论,并且能源管理和排放都纳入管理策略。因此,混合动力系统的动态特性以及后处理系统都会被考虑到。仿真结果给出一个已知的驾驶循环。这就使得它能够为控制器选择一个初始值,能量储存在电池里，驾驶循环结束之后还等于电池的初始值。需要另外的研
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