CVT混合动力汽车的设计与控制策略仿真研究

【摘要】：本文主要研究工作是紧密围绕湖南大学“985工程”二期建设项目汽车先进设计制造技术科技创新平台混合电动汽车电控系统来开展研究的。 论文首先阐述和分析了研究新型电动汽车技术的重要意义和紧迫性，详细分析了纯电动汽车、燃料电池车和混合电动汽车等各种新型电动汽车技术的优缺点。对目前各种混合电动汽车架构进行了详尽的分析和评价，给出了最适合该项目的混合动力电动汽车的整车方案。对混合电动汽车上各部件间的信息流进行详细分析，并自主设计和实施了整车的CAN总线网络及其应用层协议。 设计制作完成了基于DSP的能量总成控制器，对系统的硬件设计和软件设计进行了详细的分析，并给出了车载系统设计的注意事项和经验总结，提出了模块化的设计想法，使得硬件和软件的开发更加简单化，减少了许多重复的工作。论文接下来讨论了基于模糊逻辑的混合动力电动汽车的控制策略。该控制策略的算法主要对发动机的工作区间以及工作效率进行了优化，对整车性能的提高起到了关键性的作用。同时，针对制动时的能量回收策略也进行了模糊优化算法，把电池的工作特性也纳入了控制范围。同时建立了针对HEV混合动力电动汽车的仿真模型，特别对整车控制策略进行深入的研究和分析。采用模糊算法等智能控制方法，着重研究了发动机和电机之间出力匹配的优化、CVT的优化控制以及制动能量回收的控制。针对美国UDC工况进行了基于Cruise／Matlab的仿真，仿真结果表明本文提出的算法是有效可行的，使目标参数油耗和排放都得到了很好的优化。 在最后，论文开发设计了能源总成控制器的上位机配套监控软件，方便试车调试和数据的收集处理分析，为今后进一步的深入研究打下了坚实的基础。 【关键词】：并联型混合动力电动汽车 控制策略 模糊逻辑 CAN总线 DSP技术
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 项目背景10
• 1.2 新型汽车比较10-11
• 1.3 国内外研究情况11-15
• 1.3.1 国外研究情况11-13
• 1.3.2 国内研究情况13-15
• 1.4 本论文的主要研究内容和创新点15-16
• 1.4.1 主要研究内容15
• 1.4.2 创新点15-16
• 第2章 整车系统的选型分析16-24
• 2.1 整车动力系统选型分析16-20
• 2.1.1 串联型混合电动汽车动力系统16-17
• 2.1.2 并联型混合电动汽车动力系统17-19
• 2.1.3 混联型混合电动汽车动力系统19-20
• 2.2 影响选型的因素20-21
• 2.2.1 性能要求20-21
• 2.2.2 技术基础21
• 2.2.3 持续开发性21
• 2.2.4 成本和维护费用控制21
• 2.3 车型的选择21
• 2.4 动力系统结构的选择21-23
• 2.5 小结23-24
• 第3章 基于CAN总线技术的整车设计24-32
• 3.1 CAN总线技术简介24
• 3.2 CAN总线的特点24-25
• 3.3 总线协议25-27
• 3.4 基于CAN网络的整车设计27-31
• 3.4.1 整车结构设计27-28
• 3.4.2 CAN网络结构设计28-30
• 3.4.3 CAN网络的波特率和各信息帧频率的确定30-31
• 3.5 小结31-32
• 第4章 混合电动汽车能量总成控制器的软硬件设计32-51
• 4.1 系统总体设计32-37
• 4.1.1 系统需求分析32-33
• 4.1.2 能量总成控制器功能分析33
• 4.1.3 功能模块划分33-34
• 4.1.4 CPU选型34-37
• 4.2 系统硬件设计37-42
• 4.2.1 硬件总体框图37-38
• 4.2.2 电源转换模块38-39
• 4.2.3 JTAG接口39
• 4.2.4 I/O模块39-41
• 4.2.5 CAN隔离模块41
• 4.2.6 SCI模块电路41-42
• 4.3 系统软件设计42-50
• 4.3.1 系统资源分配42-43
• 4.3.2 主程序流程43
• 4.3.3 初始化程序43
• 4.3.4 I/O模块43-45
• 4.3.5 A/D采样模块45-46
• 4.3.6 CAN通信模块46-49
• 4.3.7 定时器模块49-50
• 4.4 小结50-51
• 第5章 整车控制策略的仿真实验和研究51-85
• 5.1 设计思想51-53
• 5.1.1 设计目标51
• 5.1.2 设计总体思想51-52
• 5.1.3 控制的难点52-53
• 5.2 整车仿真模型的建立53-62
• 5.2.1 仿真系统模型53
• 5.2.2 车辆动力学模型53-56
• 5.2.2.1 力平衡方程54-56
• 5.2.2.2 功率平衡方程56
• 5.2.3 发动机模型的建立56-58
• 5.2.4 电机模型的建立58-60
• 5.2.5 电池模型的建立60-61
• 5.2.6 无级变速器模型的建立61-62
• 5.3 ECU控制策略62-66
• 5.3.1 ECU控制模式62-63
• 5.3.1.1 能量分配及充电控制模式62-63
• 5.3.1.2 回馈制动控制模式63
• 5.3.2 车辆行进模式63-65
• 5.3.2.1 泊车模式63
• 5.3.2.2 空挡模式63-64
• 5.3.2.3 倒档模式64
• 5.3.2.4 前进模式64
• 5.3.2.5 制动模式64-65
• 5.3.2.6 备用模式65
• 5.3.3 CVT的控制65-66
• 5.4 基于模糊逻辑的能量分配策略66-73
• 5.4.1 充电模式67-70
• 5.4.1.1 充电模式能量流向与结构67-68
• 5.4.1.2 模糊控制基本理论68
• 5.4.1.3 输入/输出量的模糊化68-69
• 5.4.1.4 模糊规则的设计69
• 5.4.1.5 模糊推理以及解模糊化69-70
• 5.4.2 发动机最优工作模式70-71
• 5.4.2.1 发动机最优模式能量流向框图70
• 5.4.2.2 控制方法及步骤70-71
• 4.2.3 发动机最优工作曲线的确定71-73
• 5.5 基于模糊逻辑的制动能量回馈策略73-78
• 5.5.1 回收模式的选取73-74
• 5.5.2 制动能量回馈的控制量74-75
• 5.5.2.1 电池电量74-75
• 5.5.2.2 电机转速75
• 5.5.2.3 制动踏板行程75
• 5.5.3 制动能量回馈的模糊控制器的设计75-78
• 5.5.3.1 制动能量回馈模糊控制器的结构75-76
• 5.5.3.2 模糊控制器的设计76-78
• 5.6 仿真结果78-84
• 5.7 小结84-85
• 第6章 系统监控软件85-92
• 6.1 监控系统的功能85-86
• 6.2 监控系统的数据采集86-87
• 6.3 监控系统的串口通信协议及参数87-89
• 6.3.1 有关串行通信的物理标准87-88
• 6.3.2 面向比特的同步协议88-89
• 6.3.3 监控参数的设定89
• 6.4 监控系统的界面显示89-91
• 6.5 分析数据与建立趋势曲线91
• 6.6 小结91-92
• 论文总结与展望92-94
• 参考文献94-98
• 附录A 攻读硕士学位期间发表论文目录98-99
• 附录B 攻读学位期间参与的科研项目99-100
• 致谢100

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