并联混合动力汽车动力切换过程的协调控制研究

【摘要】：混合动力汽车逐渐成为汽车行业发展的趋势，并已经在市场上取得了突破性的进展。混合动力系统中两动力源需要根据行驶路况进行能量管理和驱动模式的切换。由于发动机与电机动态响应特性的不同，单独按照各自的特性进行目标转矩控制，来达到总的需求转矩，但这样会导致整车运行模式切换过程中动力中断或出现转矩波动现象。本文主要研究运行模式切换过程中发动机与电机输出转矩的动态协调控制，目的是避免电机突增负载造成的震荡，希望在模式切换过渡过程中拥有足够的动力来保持整车快速、平稳行驶。 本文基于动力学理论对并联混合动力系统建模。建模过程中基于内燃机的热力学方程，建立了控制精度高、结构简单的发动机平均值模型和电机的直接转矩模型。针对如何实现动态协调控制算法中的关键技术——发动机转矩在线估计，通过比较四种算法。选择了辨识参数少，计算时间短的发动机平均值转矩估计算法。 并联混合动力系统在由纯电动向发动机参与的驱动模式切换过程中存在发动机的调速控制问题。在坡度大或高速行驶驱动模式切换过程中，设计出的复合式模糊—PID控制算法较其它控制器能更快速平稳的调节速度达到目标转速。由于发动机行驶路况的参数易变、力矩输出滞后及外部干扰等不确定性因素存在，设计出一种基于LMI的H_2/H_∞混合控制的控制方法，确保了发动机转速偏差稳定在允许的范围内，系统具有H_∞抑制干扰性能。 通过在MATLAB/SIMUlink平台上搭建并联混合动力电动汽车仿真模型，分别对发动机切入驱动系统、发动机退出驱动系统和电动机提供动力补偿三类模式切换动态过程进行研究，并对改进后的控制器进行转矩动态控制仿真实验。实验表明在切换过程中，动态转矩协调控制策略能够保证在状态转换过程中变速器端总的输入动力不变，消除了转矩输出的脉动和毛刺，保证了动力传递转换过程中整车平稳、舒适性的要求。 【关键词】：并联混合动力汽车 模式驱动切换 转矩脉动 动态转矩协调控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 混合动力汽车的概述10-14
• 1.1.1 国内外混合动力电动汽车的发展10-11
• 1.1.2 混合动力电动汽车的应用前景11-12
• 1.1.3 PHEV 的分类及控制问题12-14
• 1.2 多能源动力总成控制器结构模型14-19
• 1.2.1 多能源动力总成控制器对功率/转矩的限制15-16
• 1.2.2 能量管理策略现状16-19
• 1.3 PHEV 转矩估计研究19-21
• 1.4 本文主要研究内容21-22
• 第2章 并联混合动力系统动态分析22-34
• 2.1 并联混合动力系功率流动22-23
• 2.2 PHEV 运行模式23-28
• 2.2.1 行驶工况中驱动与制动模式23-24
• 2.2.2 模式切换分析24-28
• 2.3 整车能量转矩协调控制28-30
• 2.4 并联混合动力系统动态转矩控制分析30-33
• 2.4.1 研究现状及存在的问题30-32
• 2.4.2 动态转矩协调控制算法流程32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 并联混合动力系统驱动动力建模34-48
• 3.1 发动机模型的建立与仿真分析34-40
• 3.1.1 发动机建模的方法及存在的问题34-35
• 3.1.2 发动机动态建模35-39
• 3.1.3 发动机模型的搭建与仿真分析39-40
• 3.2 交流感应电动机模型的建立40-46
• 3.2.1 混合动力系统电动机的选取40-41
• 3.2.2 感应电动机动态建模41-46
• 3.3 本章小结46-48
• 第4章 并联混合动力系统动力切换控制仿真研究48-66
• 4.1 PHEV 发动机速度调节48-49
• 4.2 发动机速度调节控制策略49-60
• 4.2.1 复合模糊—PID 控制器设计49-53
• 4.2.2 发动机速度控制器仿真研究53-54
• 4.2.3 发动机鲁棒H_2/H_∞调速控制器的设计54-57
• 4.2.4 基于 LMI 的H_2/H_∞状态反馈控制器设计57-59
• 4.2.5 仿真分析59-60
• 4.3 PHEV 模式切换过程分析验证60-65
• 4.3.1 HEV 动态转矩控制结构图60-61
• 4.3.2 动态转矩控制分析验证61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74
• 致谢74-75
• 作者简介75

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