混合动力汽车动力总成参数匹配方法与控制策略的研究

【摘要】： 随着全球能源与环境问题的日益突出,开发低油耗、低排放的新型汽车成为当今汽车工业发展的首要任务。混合动力汽车(HEV)融合了内燃机汽车和电动汽车的优点,是解决能源短缺和改善环境的有效手段之一,也是当代汽车发展的重要方向。作为一种新型的多能量源交通工具,其动力总成参数匹配与控制策略设计是混合动力汽车的核心技术,也是提高整车动力性能与经济性能的重要手段。因此,对其进行深入研究是十分必要的。本文深入研究了混合动力汽车动力总成各个部件的工作特性,并在此基础上,对HEV的系统建模方法、动力总成的参数匹配以及整车控制策略等理论和应用问题进行了研究。 为分析混合动力汽车各个动力总成的工作特性,解决HEV在开发初期动力总成参数匹配的问题,并为HEV整车控制策略的研究提供平台,本文结合HEV动力总成系统的结构特点,提出一种依据理论建模和实验数据建模相结合的方法对HEV系统进行建模和分析。针对HEV系统结构复杂的特点,对动力总成接口参数进行了规格化,使模型的能量流动情况变得更加清晰、直观,更具条理性,为开发HEV的控制策略、研究各总成的参数匹配与工作特性奠定了基础。 为解决混合动力汽车两大动力源发动机与电机功率的合理分配问题,本文对动力总成参数匹配与整车动力性能和经济性能的关系进行分析研究,在对混合动力汽车动力总成工作特性分析的基础上,研究了动力总成参数匹配对整车动力性能的影响;结合具体目标行驶工况,研究了动力总成参数匹配对混合动力汽车经济性的影响。在此基础上,提出了一种动力总成参数匹配方法,在满足整车动力性指标要求的前提下,不仅考虑了发动机效率,而且充分考虑了电机系统的效率问题,将多目标优化转为单目标优化,为HEV的初始设计与系统参数优化提供参考和依据。 为确定混合动力汽车合理而有效的控制策略,提高系统效率,获得最佳的燃油经济性,对HEV主要的两类控制问题进行了分析研究。在对各动力总成效率特性分析的基础上,提出了变速器的换挡控制策略,并对工作模式切换的问题进行了研究。在对基于规则的能量管理策略与基于动态规划全局最优能量管理策略分析的基础上,充分考虑电驱动系统效率,提出了基于实时优化的能量管理策略,并对HEV在不同能量管理策略下的燃油消耗以及各动力总成的工作特性进行了对比分析。 设计了基于TMS320F2812为核心的混合动力汽车整车控制平台,提出了控制系统硬件和软件的设计方案。同时给出了整车控制策略算法在该平台上的软件实现流程。最后对混合动力样车进行了实验研究,验证了本文所建立仿真模型以及所提出整车控制策略的正确性和有效性。 【关键词】：混合动力汽车 混合动力系统 参数匹配 模型建立 控制策略
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-32
• 1.1 课题研究的目的和意义14-15
• 1.2 国内外混合动力汽车研究现状15-23
• 1.2.1 混合动力汽车动力总成结构15-18
• 1.2.2 国外混合动力汽车研究现状18-20
• 1.2.3 国内混合动力汽车研究现状20-23
• 1.3 混合动力汽车动力总成参数匹配的研究23-27
• 1.3.1 发动机特性分析23-24
• 1.3.2 电机特性分析24-25
• 1.3.3 发动机参数匹配25-26
• 1.3.4 电机参数匹配26-27
• 1.4 混合动力汽车控制策略的研究现状27-31
• 1.4.1 基于规则的控制策略28-30
• 1.4.2 基于系统优化的控制策略30-31
• 1.5 本文的主要研究内容31-32
• 第2章 混合动力汽车动力系统仿真模型的建立32-56
• 2.1 引言32
• 2.2 混合动力系统的结构32-33
• 2.3 混合动力系统模型的建立33-34
• 2.4 整车动力学模型的建立34-39
• 2.4.1 动力传动系统模型34-36
• 2.4.2 车速计算系统模型36-39
• 2.5 动力传动系统关键部件模型的建立39-49
• 2.5.1 发动机模型39-43
• 2.5.2 电机模型43-45
• 2.5.3 电池模型45-48
• 2.5.4 变速器模型48
• 2.5.5 主减速器模型48-49
• 2.5.6 驾驶员模型49
• 2.6 多能源整车控制器模型49-53
• 2.6.1 工作模式的切换51
• 2.6.2 转矩/功率的分配51-53
• 2.7 仿真模型的验证53-55
• 2.8 本章小结55-56
• 第3章 混合动力汽车动力总成参数匹配方法的研究56-78
• 3.1 引言56-57
• 3.2 HEV 整车动力性能对动力总成参数匹配要求的分析与研究57-64
• 3.2.1 整车动力性需求分析57-58
• 3.2.2 最高车速对参数匹配的要求58-59
• 3.2.3 最大爬坡度对参数匹配的要求59-61
• 3.2.4 加速性能对参数匹配的要求61-64
• 3.3 HEV 整车经济性能对动力总成参数匹配要求的分析与研究64-75
• 3.3.1 行驶工况的分析65-66
• 3.3.2 整车经济性对发动机的特性与控制的要求分析66-68
• 3.3.3 整车经济性对电机的要求与电机特性的确定方法68-73
• 3.3.4 混合度对整车经济性的影响分析73-75
• 3.4 动力总成参数匹配的原则与方法75-77
• 3.4.1 参数匹配的原则75
• 3.4.2 参数匹配的方法75-77
• 3.5 本章小结77-78
• 第4章 混合动力汽车控制策略的研究78-106
• 4.1 引言78
• 4.2 HEV 控制策略的设计78-79
• 4.3 HEV 动力传动系统效率的分析79-85
• 4.3.1 发动机单独驱动模式下的系统效率分析80-81
• 4.3.2 发动机与电机联合工作模式下的系统效率分析81-84
• 4.3.3 能量回馈制动工作模式下的系统效率分析84-85
• 4.4 HEV 动力性控制策略的研究85-89
• 4.4.1 变速器换挡策略的研究85-88
• 4.4.2 动力系统模式切换问题的研究88-89
• 4.5 HEV 能量管理策略的研究89-105
• 4.5.1 HEV 动力总成需求转矩的确定89-90
• 4.5.2 基于规则的能量管理策略90-95
• 4.5.3 基于动态规划理论的全局最优能量管理策略95-99
• 4.5.4 基于混杂系统理论的实时优化能量管理策略99-105
• 4.6 本章小结105-106
• 第5章 HEV 整车控制系统的设计及实验研究106-118
• 5.1 引言106
• 5.2 混合动力汽车整车控制系统分析106-107
• 5.2.1 HEV 整车控制系统功能106
• 5.2.2 HEV 整车控制系统拓扑结构106-107
• 5.3 混合动力汽车整车控制系统设计107-111
• 5.3.1 HEV 整车控制系统硬件设计107-108
• 5.3.2 HEV 整车控制系统软件设计108-111
• 5.4 混合动力汽车的实验研究111-117
• 5.4.1 动力性能实验111-112
• 5.4.2 经济性能实验112-113
• 5.4.3 特定工况下各动力总成的功能实验113-117
• 5.5 本章小结117-118
• 结论118-120
• 参考文献120-127
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果127-129
• 致谢129-130
• 个人简历130

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