并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略研究

【摘要】：隨著能源和環(huán)境壓力的增加，混合動(dòng)力汽車(chē)作為一種有效的節(jié)能減排技術(shù)日益受到重視。整車(chē)控制策略是混合動(dòng)力汽車(chē)的核心技術(shù)，其任務(wù)是將駕駛員的轉(zhuǎn)矩需求分配給電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)，并協(xié)調(diào)動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)部件的運(yùn)行，達(dá)到優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛性能的目的。本文以并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)為對(duì)象，采用基于模型的開(kāi)發(fā)手段，系統(tǒng)地探討并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和試驗(yàn)方法，以取得優(yōu)化的燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)保持較好的駕駛性能。 本文首先采用臺(tái)架試驗(yàn)提取動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)，建立并驗(yàn)證了動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)部件的模型?；谙到y(tǒng)模型分析了能量管理策略優(yōu)化控制理論，指出傳統(tǒng)等效消耗最小化策略（ECMS，Equivalent Consumption Minimization Strategy）雖然能取得近似優(yōu)化的燃油經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)存在計(jì)算復(fù)雜度較高，且駕駛性能較差的問(wèn)題。因此，本文提出了基于Willans Line模型的ECMS改進(jìn)設(shè)計(jì)方法WL-ECMS，能實(shí)現(xiàn)近似優(yōu)化的燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，取得駕駛性能和計(jì)算復(fù)雜度的綜合優(yōu)化。本文提出了WL-ECMS控制策略中等效電壓的概念，將電流的消耗等效為燃油功率消耗。等效電壓是WL-ECMS的關(guān)鍵控制參數(shù)，本文采用動(dòng)力系統(tǒng)能量流統(tǒng)計(jì)特征ábp將駕駛工況和優(yōu)化等效電壓連接起來(lái)，配合基于電池荷電狀態(tài)(SOC)的反饋修正算法，實(shí)現(xiàn)等效電壓的在線估計(jì)，使能量管理策略能自動(dòng)適應(yīng)工況的變化。 為了在車(chē)輛各種模式切換時(shí)各個(gè)部件平穩(wěn)運(yùn)作，本文設(shè)計(jì)了混合動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制算法，協(xié)調(diào)管理加速/制動(dòng)踏板開(kāi)度與動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩之間的映射關(guān)系；采用電機(jī)主動(dòng)調(diào)速實(shí)現(xiàn)換檔過(guò)程中不改變離合器狀態(tài)的無(wú)離合換檔策略；采用解耦控制和電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)乃惴▽?shí)現(xiàn)離合器接合過(guò)程控制。 本文開(kāi)發(fā)了測(cè)功機(jī)動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬算法，實(shí)現(xiàn)了以臺(tái)架試驗(yàn)和仿真建模為核心的工具鏈，開(kāi)發(fā)出一套集成了動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)測(cè)試、油耗測(cè)量及測(cè)功機(jī)監(jiān)測(cè)與控制功能的臺(tái)架主控系統(tǒng)，為混合動(dòng)力系統(tǒng)的研究和驗(yàn)證搭建了試驗(yàn)平臺(tái)。 最后，本文采用基于微控制器的目標(biāo)整車(chē)控制器實(shí)現(xiàn)了控制策略應(yīng)用于混合動(dòng)力系統(tǒng)上的性能驗(yàn)證，重點(diǎn)采用臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了能量管理策略和協(xié)調(diào)控制策略。通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)、轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)和實(shí)車(chē)試驗(yàn)的多重試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力整車(chē)控制器實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，具有實(shí)用價(jià)值，且燃油經(jīng)濟(jì)性控制效果略優(yōu)于國(guó)外商業(yè)化的控制器。 【關(guān)鍵詞】：混合動(dòng)力 能量管理 協(xié)調(diào)控制 燃油經(jīng)濟(jì)性 駕駛性能
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：U469.7
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-14
• 第1章 引言14-22
• 1.1 混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展及研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2 混合動(dòng)力系統(tǒng)能量管理策略15-18
• 1.2.1 基于規(guī)則的能量管理策略16
• 1.2.2 基于優(yōu)化的能量管理策略16-17
• 1.2.3 能量管理策略的研究發(fā)展方向17-18
• 1.3 混合動(dòng)力汽車(chē)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略18-19
• 1.3.1 制動(dòng)協(xié)調(diào)策略18
• 1.3.2 換檔協(xié)調(diào)策略18-19
• 1.3.3 離合控制協(xié)調(diào)策略19
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)19-22
• 1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容20
• 1.4.2 本文結(jié)構(gòu)20-22
• 第2章 并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)建模22-40
• 2.1 本章引論22
• 2.2 前向仿真模型22-33
• 2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型26-28
• 2.2.2 電機(jī)模型28-29
• 2.2.3 動(dòng)力電池模型29-30
• 2.2.4 干式離合器模型30-31
• 2.2.5 變速箱模型31-32
• 2.2.6 傳動(dòng)系統(tǒng)及車(chē)輛模型32-33
• 2.3 模型驗(yàn)證33-39
• 2.4 小結(jié)39-40
• 第3章 能量管理實(shí)時(shí)優(yōu)化算法40-54
• 3.1 本章引論40
• 3.2 用于能量管理策略設(shè)計(jì)的后向系統(tǒng)模型40-44
• 3.3 龐特里亞金的最小化原理優(yōu)化算法（PMP）44-46
• 3.4 等效消耗最小化策略（ECMS）46-49
• 3.4.1 ECMS上層算法及近似求解方法46-47
• 3.4.2 ECMS下層算法及計(jì)算方法47-49
• 3.5 ECMS控制策略初步設(shè)計(jì)與分析49-53
• 3.6 小結(jié)53-54
• 第4章 WL-ECMS能量管理策略54-76
• 4.1 本章引論54
• 4.2 換檔策略簡(jiǎn)化54-56
• 4.3 能量分配策略簡(jiǎn)化56-68
• 4.3.1 Willans Line模型56-58
• 4.3.2 簡(jiǎn)化的WL-ECMS算法58-63
• 4.3.3 考慮約束條件的WL-ECMS算法63-67
• 4.3.4 驅(qū)動(dòng)模式切換防抖處理67-68
• 4.4 WL-ECMS策略仿真分析68-74
• 4.4.1 后向仿真分析68-72
• 4.4.2 前向仿真分析72-74
• 4.5 小結(jié)74-76
• 第5章 等效電壓估計(jì)算法研究76-95
• 5.1 本章引論76-77
• 5.2 混合動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行能量流分析77-83
• 5.3 等效電壓離線估計(jì)算法83-88
• 5.3.1 基于WL-ECMS的控制策略分析83-85
• 5.3.2 循環(huán)工況電池能量消耗-等效電壓關(guān)系曲線分析85-87
• 5.3.3 等效電壓離線估計(jì)模型87-88
• 5.4 等效電壓在線估計(jì)算法88-93
• 5.4.1 PI估計(jì)器參數(shù)調(diào)整89-90
• 5.4.2 時(shí)間平穩(wěn)工況假設(shè)90-91
• 5.4.3 等效電壓在線估計(jì)算法驗(yàn)證91-93
• 5.5 小結(jié)93-95
• 第6章 轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制算法研究95-112
• 6.1 本章引論95-96
• 6.2 駕駛員轉(zhuǎn)矩需求解釋模塊設(shè)計(jì)96-101
• 6.2.1 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩外特性設(shè)計(jì)97-98
• 6.2.2 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩外特性設(shè)計(jì)98-100
• 6.2.3 需求轉(zhuǎn)矩綜合100-101
• 6.3 無(wú)離合換檔策略研究101-107
• 6.3.1 卸載階段控制策略102-103
• 6.3.2 調(diào)速階段控制策略103-104
• 6.3.3 加載階段控制策略104-105
• 6.3.4 無(wú)離合換檔仿真驗(yàn)證105-107
• 6.4 離合器控制策略研究107-111
• 6.4.1 離合器協(xié)調(diào)控制策略107-110
• 6.4.2 離合器控制策略仿真驗(yàn)證110-111
• 6.5 小結(jié)111-112
• 第7章 控制器開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)驗(yàn)證112-130
• 7.1 本章引論112
• 7.2 軟件和硬件在環(huán)仿真平臺(tái)112-114
• 7.3 臺(tái)架試驗(yàn)平臺(tái)114-120
• 7.3.1 動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬算法原理114-117
• 7.3.2 臺(tái)架測(cè)控系統(tǒng)集成117-118
• 7.3.3 動(dòng)態(tài)負(fù)載模擬算法驗(yàn)證118-120
• 7.4 臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證120-127
• 7.4.1 能量管理策略驗(yàn)證120-123
• 7.4.2 協(xié)調(diào)控制策略驗(yàn)證123-127
• 7.5 轉(zhuǎn)鼓和道路試驗(yàn)驗(yàn)證127-129
• 7.6 小結(jié)129-130
• 第8章 總結(jié)130-132
• 8.1 主要結(jié)論130-131
• 8.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)131-132
• 參考文獻(xiàn)132-140
• 致謝140-142
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果142-143

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單軸并聯(lián)式混合動(dòng)力城市客車(chē)再生制動(dòng)擋位決策    陳泳丹;席軍強(qiáng);陳慧巖;

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AMT/DCT自動(dòng)變速器通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究    陳清洪

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液壓混合動(dòng)力公交車(chē)“野心不小”    

國(guó)外新型專用車(chē)展示    寧文祥;

錦上添花 2011款現(xiàn)代索納塔混合動(dòng)力版與渦輪增壓版    

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串聯(lián)式混合電動(dòng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制研究    耿東,郝利君

混合動(dòng)力無(wú)踏步大客車(chē)——“AERO NOSTEP HEV”    楊妙梁

福特推出Escape混合動(dòng)力SUV    劉娟

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串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性研究    吳森,趙世科

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ISG型混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)應(yīng)用    葉先軍;張炳力;王希珍;

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GZ6110HEV混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)    鄭方明;鄒少華;林濟(jì)余;

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混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配評(píng)價(jià)指標(biāo)的探討    何仁;王若平;王憲英;

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混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成參數(shù)匹配方法與控制策略的研究    鄭維

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重度混合動(dòng)力汽車(chē)油耗和排放綜合控制策略研究    隗寒冰

前后雙離合器式并聯(lián)混合動(dòng)力城市公交車(chē)控制策略研究    黃援軍

增程式電動(dòng)汽車(chē)能量管理策略研究    顧杰

混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及排放控制研究    王存磊

靜液傳動(dòng)混合動(dòng)力輪邊驅(qū)動(dòng)車(chē)輛節(jié)能與控制特性研究    王昕

串聯(lián)型液壓混合動(dòng)力汽車(chē)的能量管理策略研究    馮代偉

基于dSPACE的混合動(dòng)力控制器原型研究與開(kāi)發(fā)    段薇

混合動(dòng)力電控自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)發(fā)    黃小楓

ISG型混合動(dòng)力長(zhǎng)安汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)研究    楊雪梅

混合動(dòng)力輕客動(dòng)力參數(shù)匹配及控制策略研究    何海波

混合動(dòng)力SUV總成參數(shù)匹配與優(yōu)化    陳祥豐

基于42V電源混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的研究    張娟萍

混合動(dòng)力城市客車(chē)多能源控制策略研究    張杰

并聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的模糊邏輯控制    邱海漩

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真    方丹

混合動(dòng)力轎車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和研究    郭璐璐