混合动力电动汽车运行状态切换过程动态控制研究

【摘要】：在现代社会能源与环境危机的大背景下，混合动力电动汽车应景而生，成为汽车行业研究的热点。混合动力电动汽车含有内燃机和蓄电池-电机两种车载动力源，两动力源间能量分配方式的不同产生纯电动驱动模式、发动机参与的驱动模式、再生制动模式、混合制动模式等多种运行模式。整车控制器根据能量管理策略确定车辆在不同行驶工况下的最佳运行模式，实现节能减排的目的。这一过程可能造成发动机与电机输出转矩的突变，由于发动机与电机的动态响应特性不同，发动机不能立即响应目标转矩的变化，而电机响应速度快。车辆运行状态发生变化时，如果单独按照各自的目标转矩进行控制来响应总的转矩需求，可能导致运行模式切换过程中的整车动力不足及震荡现象，影响车辆动力性及驾驶舒适性。由于电机与机械制动系统性能较稳定，只要合理控制电机变化率，避免电机突增负载造成的震荡，就能保证模式切换过程的平稳性。本文主要研究驱动模式切换过程中发动机与电机输出转矩的动态协调控制，保证该过程动力传递的平顺性。 研究过程中将混合动力系统驱动模式切换过程分为三类：发动机切入驱动系的过程(纯电动驱动模式向发动机参与的驱动模式的切换)、发动机退出驱动状态的过程(发动机参与的驱动模式向纯电动驱动模式的切换)和电动机提供动力补偿过程。切换过程中，利用电机响应快速的特点，对模式切换过程中发动机响应滞后造成的动力不足进行动态补偿，称为动力系统动态转矩协调控制。另外，并联混合动力系统在由纯电动驱动模式切换至有发动机参与的驱动模式的过程中存在发动机的调速控制问题。基于整个模式切换过程中速度调节的快速平稳性，本文提出可选择自适应模糊——PID控制算法用于发动机调速控制。 最后，在MATLAB/SIMUlink平台上建立混合动力系统仿真模型，分别对上述三类模式切换过程中转矩的动态控制进行仿真验证。结果表明动态转矩协调控制算法能够保证状态切换过程中变速器输入端动力需求，满足切换过程动力传递的平稳性要求。 【关键词】：混合动力电动汽车 驱动模式切换 转矩波动 转矩动态协调控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 混合动力电动汽车概述10-13
• 1.1.1 产生及发展10-11
• 1.1.2 结构及控制问题11-13
• 1.2 混合动力电动汽车整车能量管理策略13-17
• 1.2.1 串联式混合动力系统控制策略14-15
• 1.2.2 并联式混合动力系统控制策略15-17
• 1.3 并联混合动力系统动态协调控制问题17-19
• 1.3.1 动态转矩协调控制问题的产生18
• 1.3.2 动态转矩协调控制问题研究现状18-19
• 1.4 本文主要研究内容19-21
• 第2章 混合动力系统动力源建模21-33
• 2.1 发动机模型21-27
• 2.1.1 发动机建模方法21-22
• 2.1.2 发动机动态模型22-27
• 2.2 感应电机模型27-32
• 2.2.1 电动汽车用电机性能比较27-28
• 2.2.2 感应电机动态模型28-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 混合动力系统动态协调控制33-46
• 3.1 混合动力系统运行模式33-34
• 3.2 并联混合动力系统运行模式分析34-38
• 3.2.1 运行模式分类34-37
• 3.2.2 运行模式切换分析37-38
• 3.3 整车能量协调控制策略38-41
• 3.3.1 混合动力系统稳态转矩分配38-41
• 3.4 动态转矩协调控制策略41-43
• 3.5 发动机在线转矩估计43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 并联混合动力系统动态控制仿真分析46-63
• 4.1 发动机调速问题46
• 4.2 发动机调速控制器的设计46-54
• 4.2.1 PID 控制器设计46-47
• 4.2.2 模糊——PID 控制器设计47-48
• 4.2.3 可选择自适应模糊——PID 控制器设计48-52
• 4.2.4 发动机调速仿真模型的建立及仿真验证52-54
• 4.3 混合动力系统驱动模式切换过程仿真分析54-61
• 4.3.1 动态转矩协调控制仿真模型的建立54-55
• 4.3.2 动态转矩协调控制策略的仿真分析55-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果69-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

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