深度混合動力汽車整車系統(tǒng)控制技術(shù)研究

【摘要】：混合動力汽車由于其兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的雙重優(yōu)點，是近階段汽車發(fā)展較為理想的選擇，而搭載有采用行星排耦合技術(shù)的動力分流系統(tǒng)的深度混合動力汽車，其不僅燃油利用率高、節(jié)能減排效果好，而且市場占有率高，從而成為未來混合動力汽車的發(fā)展趨勢，是汽車制造商爭相發(fā)展的目標。本文通過對深度混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理的研究和分析，對比先進混合動力技術(shù)，設(shè)計了整車運行模式、整車狀態(tài)控制方法以及與之匹配的系統(tǒng)控制算法，采用建模和快速控制原型技術(shù)，經(jīng)控制系統(tǒng)仿真、動力總成臺架試驗和整車轉(zhuǎn)鼓試驗成功地驗證了系統(tǒng)控制算法的正確性，可以為同類型深度混合動力汽車系統(tǒng)控制技術(shù)的研究和開發(fā)提供一定的技術(shù)指導(dǎo)和借鑒。 設(shè)計并研究了深度混合動力汽車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，對比經(jīng)典和先進混合動力技術(shù)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點，設(shè)計了深度混合動力汽車的整車運行模式。采用扭矩控制方法和功率平衡控制技術(shù)，通過數(shù)學(xué)分析獲得了混合動力系統(tǒng)中雙行星排的各軸扭矩方程、扭矩平衡方程、動力學(xué)方程以及整車電功率平衡方程和動力學(xué)方程，并以以上數(shù)學(xué)方程為基礎(chǔ)，設(shè)計了用于計算動力部件扭矩和功率的基礎(chǔ)函數(shù)。 基于動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)函數(shù)和等效杠桿原理，通過對深度混合動力汽車整車各運行模式的分析和計算，以及對整車擋位狀態(tài)、發(fā)動機狀態(tài)和制動器狀態(tài)等整車關(guān)鍵部件狀態(tài)的控制研究，并結(jié)合對電機能力、發(fā)動機能力、動力電池能力、整車需求扭矩、動力電池荷電狀態(tài)閾值以及發(fā)動機水溫閾值等整車關(guān)鍵參數(shù)的計算和定義，設(shè)計了整車運行模式和狀態(tài)控制的系統(tǒng)控制算法。 采用Simulink/Stateflow建模軟件，將整車的動力系統(tǒng)基礎(chǔ)函數(shù)，各運行模式控制算法，整車各關(guān)鍵部件狀態(tài)控制算法，以及整車各關(guān)鍵參數(shù)的計算和定義算法建成了系統(tǒng)控制模型，并通過MotoTron快速控制原型系統(tǒng)開發(fā)工具將系統(tǒng)控制模型集成為快速控制原型開發(fā)系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)仿真、動力總成臺架試驗和整車轉(zhuǎn)鼓試驗，從靜態(tài)測試和動態(tài)測試兩個方面成功地驗證了深度混合動力汽車系統(tǒng)控制算法的正確性。 本文所設(shè)計的深度混合動力汽車的整車系統(tǒng)控制算法，采用扭矩控制方法和功率平衡控制技術(shù)，在合理分配發(fā)動機能量的同時，降低了整車的燃油消耗和排放，保證了整車的穩(wěn)定運行以及整車各運行模式之間的平滑切換，達到了整車在經(jīng)濟性、動力性和排放性能上的最佳控制目標。 結(jié)合深度混合動力汽車系統(tǒng)控制算法的研究成果，學(xué)習(xí)和研究以Prius、Insight和Volt為代表的先進混合動力汽車動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整車系統(tǒng)控制算法，分析和對比我國開發(fā)混合動力汽車技術(shù)的不足，并明確以行星排動力分流系統(tǒng)作為混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展趨勢，為我國自主研發(fā)和設(shè)計混合動力汽車提供必要的技術(shù)支持，填補國內(nèi)在動力分流深度混合動力汽車系統(tǒng)控制技術(shù)和試驗研究上的空白，對未來我國汽車工業(yè)的發(fā)展具有深遠意義。 【關(guān)鍵詞】：深度混合動力 動力分流 系統(tǒng)控制算法 控制模型 仿真 快速控制原型 試驗
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U469.7;U463.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-20
• 第一章 緒論20-33
• 1.1 研究的背景與意義20-21
• 1.2 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案21-24
• 1.2.1 混合動力系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)21-22
• 1.2.2 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案22-23
• 1.2.3 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案23
• 1.2.4 混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案23-24
• 1.3 混合動力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀24-28
• 1.3.1 國外混合動力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀24-27
• 1.3.2 國內(nèi)混合動力系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀27-28
• 1.4 混合動力系統(tǒng)發(fā)展趨勢28-31
• 1.4.1 單電機加傳統(tǒng)變速器混合動力系統(tǒng)28
• 1.4.2 動力分流混合動力系統(tǒng)28-31
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容31-33
• 第二章 深度混合動力系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計和動力部件技術(shù)參數(shù)分析33-46
• 2.1 動力系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計33-37
• 2.1.1 機構(gòu)設(shè)計33-37
• 2.1.2 機構(gòu)對比37
• 2.2 動力部件技術(shù)參數(shù)分析37-45
• 2.2.1 發(fā)動機技術(shù)參數(shù)分析38-40
• 2.2.2 電機技術(shù)參數(shù)分析40-44
• 2.2.3 動力電池技術(shù)參數(shù)分析44-45
• 2.3 本章小結(jié)45-46
• 第三章 深度混合動力汽車整車運行模式與控制算法設(shè)計46-73
• 3.1 動力系統(tǒng)數(shù)學(xué)分析46-52
• 3.1.1 數(shù)學(xué)方程分析46-48
• 3.1.2 基礎(chǔ)函數(shù)分析48-52
• 3.2 整車運行模式與控制算法設(shè)計52-72
• 3.2.1 制動器 B1打開的純電動驅(qū)動和制動運行模式與控制算法52-55
• 3.2.2 制動器 B1鎖止的純電動驅(qū)動和制動運行模式與控制算法55-58
• 3.2.3 發(fā)動機起動運行模式與控制算法58-61
• 3.2.4 駐車充電運行模式與控制算法61-63
• 3.2.5 制動器 B2打開的低速混合動力驅(qū)動和制動運行模式與控制算法63-69
• 3.2.6 制動器 B2鎖止的高速混合動力驅(qū)動和制動運行模式與控制算法69-72
• 3.3 本章小結(jié)72-73
• 第四章 深度混合動力汽車整車狀態(tài)控制73-84
• 4.1 關(guān)鍵參數(shù)定義73-76
• 4.1.1 整車需求扭矩定義73-75
• 4.1.2 動力電池 SOC 閾值定義75
• 4.1.3 發(fā)動機水溫閾值定義75-76
• 4.2 關(guān)鍵部件狀態(tài)控制76-80
• 4.2.1 擋位狀態(tài)控制76-78
• 4.2.2 發(fā)動機狀態(tài)控制78-79
• 4.2.3 制動器 B1狀態(tài)控制79
• 4.2.4 制動器 B2狀態(tài)控制79-80
• 4.3 整車狀態(tài)控制80-83
• 4.4 本章小結(jié)83-84
• 第五章 深度混合動力汽車整車控制系統(tǒng)仿真及試驗研究84-109
• 5.1 控制系統(tǒng)建模84-97
• 5.1.1 基礎(chǔ)函數(shù)優(yōu)化84-86
• 5.1.2 基礎(chǔ)函數(shù)建模86-94
• 5.1.3 整車狀態(tài)控制建模94-97
• 5.2 控制系統(tǒng)仿真97-99
• 5.3 試驗99-108
• 5.3.1 快速控制原型系統(tǒng)99
• 5.3.2 動力總成臺架試驗99-105
• 5.3.3 整車轉(zhuǎn)鼓試驗105-107
• 5.3.4 整車關(guān)鍵性能參數(shù)分析107-108
• 5.4 本章小結(jié)108-109
• 第六章 總結(jié)與展望109-112
• 6.1 主要研究工作總結(jié)109-110
• 6.2 主要創(chuàng)新點總結(jié)110
• 6.3 工作展望110-112
• 參考文獻112-120
• 致謝120-121
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文121-122

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