混合动力汽车TCS控制策略的研究

【摘要】：作为目前环保与节能主题下最具有前景的电动汽车,混合动力汽车正在逐步替代传统燃油汽车,其安全性也越来越受到关注。汽车牵引力控制系统(Traction Control System,简称TCS)能够使汽车在各状况下都能获得最佳牵引力,防止驱动轮过度滑转,提高车辆的动力性和行驶稳定性。混合动力汽车有电机和发动机两个动力源,其驱动特性相对于传统燃油汽车发生了较大变化,牵引力控制系统增加了电机转矩调节的调节方式,因此混合动力轿车的驱动防滑控制策略具有重要的研究意义。本文以某单轴并联ISG型中度混合动力汽车为研究对象,按照“建立模型-制定控制策略-仿真验证”的思路,研究了混合动力汽车的驱动防滑控制问题并制定了混合动力汽车TCS控制策略,基于dSPACE实时仿真系统进行了控制策略的快速控制原型仿真实验。本文的研究内容包括:根据该混合动力汽车的组成结构和TCS研究的需要,基于Matlab/Simulink平台,以实验建模法建立了发动机、ISG电机模型和“魔术公式”轮胎模型;以理论建模法建立了车辆传动系模型和七自由度整车动力学模型,为研究TCS的控制策略提供了仿真基础。制定混合动力汽车牵引力控制系统的目标驱动转矩控制策略及转矩分配策略。目标驱动转矩控制策略基于滑模变结构控制算法,根据车辆行驶过程中的车速、驱动轮滑转率等变量来确定最优驱动力矩。驱动转矩分配策略基于模糊控制算法,以发动机效率最优为控制目标,利用ISG电机转矩响应快并精确的特点,分配发动机和电机的转矩。在Matlab/Simulink仿真环境中,分别在低附均一、分离、对接和棋盘路面四种典型路面下,对制定的控制策略进行离线仿真。仿真结果表明所制定的混合动力汽车牵引力控制策略具有较好的控制效果,能够有效抑制驱动轮过度滑转,车辆的行驶稳定性、动力性也得到了一定程度的提高。基于dSPACE实时仿真系统,搭建混合动力汽车TCS快速控制原型仿真平台并进行快速控制原型仿真试验验证。实时仿真结果与离线仿真结果基本一致,表明了所制定的混合动力汽车TCS控制策略的有效性和可行性。 【关键词】：混合动力汽车 牵引力控制系统 转矩分配 滑模变结构控制 快速控制原型
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 混合动力汽车TCS的研究目的及意义10-11
• 1.2 混合动力汽车综述11-15
• 1.2.1 混合动力汽车的分类11-13
• 1.2.2 ISG型混合动力汽车13-15
• 1.2.3 混合动力汽车的控制策略15
• 1.3 汽车牵引力控制系统的基本原理15-16
• 1.4 混合动力汽车TCS国内外研究现状16-18
• 1.4.1 国外研究现状16-17
• 1.4.2 国内研究现状17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-20
• 2 混合动力汽车整车及部件建模20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 ISG混合动力汽车动力系统结构20-21
• 2.3 动力传动系统建模21-24
• 2.3.1 发动机建模21-22
• 2.3.2 ISG电机模型22-23
• 2.3.3 传动系模型23-24
• 2.4 轮胎模型24-25
• 2.5 车辆系统动力学模型25-29
• 2.5.1 整车动力学模型25-28
• 2.5.2 轮胎模型与整车动力学模型的联结28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 混合动力汽车TCS控制策略的制定30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 混合动力汽车TCS的主要控制方式和原则30-32
• 3.2.1 混合动力汽车牵引力控制的主要控制方式30-31
• 3.2.2 混合动力汽车牵引力控制的主要控制原则31-32
• 3.3 汽车牵引力控制系统的主要控制算法32-34
• 3.4 目标驱动转矩控制策略34-39
• 3.4.1 滑模变结构控制简介34
• 3.4.2 滑模变结构控制的原理34-36
• 3.4.3 滑模变结构控制系统的动态品质36
• 3.4.4 驱动防滑控制系统目标驱动转矩控制器的设计36-39
• 3.5 驱动转矩分配策略39-45
• 3.5.1 模糊逻辑控制概述39-40
• 3.5.2 ISG并联混合动力系统的驱动模式40
• 3.5.3 驱动转矩分配策略控制器的设计40-45
• 3.6 本章小结45-48
• 4 混合动力汽车牵引力控制策略离线仿真48-56
• 4.1 引言48
• 4.2 牵引力控制算法离线仿真研究48-53
• 4.2.1 低附均一路面仿真分析48-49
• 4.2.2 分离路面仿真分析49-50
• 4.2.3 对接路面仿真分析50-52
• 4.2.4 棋盘路面仿真分析52-53
• 4.3 本章小结53-56
• 5 混合动力汽车TCS控制策略的快速控制原型仿真试验56-66
• 5.1 引言56
• 5.2 控制系统的V型开发流程与dSPACE实时仿真系统56-59
• 5.2.1 控制系统的V型开发流程56-57
• 5.2.2 dSPACE实时仿真系统57-59
• 5.3 快速控制原型仿真试验59-60
• 5.4 试验结果及分析60-65
• 5.4.1 低附均一路面60-61
• 5.4.2 分离路面61-62
• 5.4.3 对接路面62-64
• 5.4.4 棋盘路面64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 全文总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-72
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果72

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