差速耦合式混合动力汽车模式切换的协调控制

【摘要】：针对搭载差速耦合动力系统的新型混联式混动力汽车在研发过程中所遇到的动态协调控制问题进行分析,这一问题正逐渐在实际的整车研发过程中被重视,特别是模式切换的过程,如果无视动态协调控制将会造成整车的动力传递中断或是产生巨大的冲击,这都将严重影响混合动力汽车的耐久性、动力性以及舒适性。因此使混合动力汽车具有良好的动态协调控制是混合动力汽车从试验阶段走向实用化阶段的重要技术之一。 本课题的研究主要以国家自然科学基金支持项目“新型混联式混合动力系统驱动机理与控制理论研究”为依托,进行了如下一些研究工作： 第一,本文首先不仅系统的分析了差速耦合式混合动力汽车整车的特性,还系统的分析了发动机、电动机、发电机的动态特性以及差速耦合动力系统的特性,同时还给出了模式切换协调控制效果的评价指标冲击度,也为后续章节对模式切换的研究奠定了基础。 第二,对差速耦合式混合动力汽车在实际运行中的全部模式进行了具体分析,并且全面介绍了其中12种不同的运行模式。将模式切换的过程分为带有发动机启动的模式和不带有发动机启动的模式,并分析了有无发动机起在模式切换时所处的位置,有助于动态协调控制算法的建立以及稳态控制模型的搭建。 第三,本文详细分析了发动机、电动机和发电机在模式切换过程中的状态变化,并确定了模式切换时各个动力源的目标转矩。对差速耦合式混合动力汽车的整体结构进行动力学分析,并提出“电动机和发电机转矩闭环+发动机转矩开环+电动机转矩补偿+发电机对发动机转速调节”的动态协调算法,并且确定了电动机转矩补偿的目标转矩、发电机对发动机控制的目标转矩以及对三大动力源转矩变化率的斜率进行控制的算法,为以后搭建动态控制策略模型提供了理论依据。 第四,利用AVL/Cruise搭建差速耦合式混合动力汽车的整车物理模型,并根据丰田普锐斯(Pruis)混合动力汽车的相关参数对整车物理模型进行配置,主要包括发动机、电动机和发电机的参数。再利用Matlab/simulink搭建整车的稳态控制模型以及动态控制模型,稳态控制模型主要包括：整车需求转矩计算模块、转矩分配模块以及由Matlab/state所搭建的模式切换模块；动态控制模块包括转矩补偿模块和三大动力源转矩变化率的斜率控制模块两个部分。利用两款软件自带的接口对差速耦合式混合动力汽车进行联合仿真,并对几个具有代表性的模式之间的切换进行仿真分析,通过冲击度数值的对比,验证了之前对差速耦合式混合动力汽车模式切换过程的动态协调控制思想的可行性和有效性。 综上所述,本文对差速耦合式混合动力汽车模式切换进行了优化研究,提出了针对差速耦合系统的动态协调控制思想、模式切换的评价指标以及相应的控制策略,并对其进行了仿真实验验证。本文的研究内容及其研究结果对差速耦合式混合动力汽车推广和应用具有一定的理论指导意义。 【关键词】：差速耦合式混合动力汽车 混联式 模式切换 动态协调控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 内容提要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 差速耦合式混合动力汽车11-12
• 1.2 差速耦合式混合动力汽车控制问题12-13
• 1.3 差速耦合式混合动力系统模式切换过程协调控制问题的提出13-14
• 1.4 差速耦合式混合动力汽车模式切换过程的协调控制问题的研究现状14-17
• 1.4.1 国内研究进展14-15
• 1.4.2 国外研究进展15-17
• 1.5 本论文研究的意义17
• 1.6 论文的主要内容及工作17-19
• 第2章 差速耦合式动力系统的特性分析及平顺性评价指标19-34
• 2.1 整车特性分析19-29
• 2.1.1 发动机动态特性分析20-22
• 2.1.1.1 发动机稳态特性与动态特性的差异20-21
• 2.1.1.2 发动机起动特性分析21-22
• 2.1.2 电动机动态特性分析22-24
• 2.1.3 发电机动态特性分析24
• 2.1.4 耦合系统动力传递特性分析24-29
• 2.1.4.1 传统差速器工作机理24-26
• 2.1.4.2 三大动力源的布置方案26-27
• 2.1.4.3 行星齿轮结构动力传递特性27
• 2.1.4.4 差速耦合系统动力传递特性分析27-29
• 2.2 模式切换效果的评价指标分析29-33
• 2.2.1 冲击度31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 差速耦合系统模式切换时的协调控制分析34-52
• 3.1 差速耦合式混合动力汽车基本运行模式34-37
• 3.2 协调控制算法37-51
• 3.2.1 转矩管理策略37-44
• 3.2.1.1 确定差速耦合系统的总需求转矩37-39
• 3.2.1.2 确定差速耦系统的状态切换条件39-41
• 3.2.1.3 确定三大动力源的目标转矩41-42
• 3.2.1.4 转矩管理策略小结42-44
• 3.2.2 动态协调控制算法44-51
• 3.2.2.1 驱动模式的动力学分析45-47
• 3.2.2.2 动态协调的控制算法47-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第4章 协调控制的仿真研究52-71
• 4.1 差速耦合式混合动力汽车仿真模型的建立52-53
• 4.2 控制策略模型的建立53-58
• 4.2.1 转矩管理控制模块53-57
• 4.2.2 动态协调控制模块57-58
• 4.3 模式切换时动态协调控制的仿真研究58-69
• 4.3.1 包含纯电模式的模式切换的仿真59-62
• 4.3.1.1 不含转矩补偿的仿真59-61
• 4.3.1.2 包含转矩补偿的仿真61-62
• 4.3.2 含有发动机模式之间的模式切换62-69
• 4.3.2.1 发动机驱动模式和联合驱动模式62-64
• 4.3.2.2 发动机驱动模式和充电模式64-66
• 4.3.2.3 充电模式和联合驱动模式66-67
• 4.3.2.4 特殊模式和联合驱动模式67-69
• 4.3.3 有无协调控制的对比69
• 4.4 本章小结69-71
• 第五章 全文总结及展望71-74
• 5.1 全文总结71-72
• 5.2 未来工作建议72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78

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