无级变速混合动力汽车动力耦合及速比控制研究

【摘要】： 传动系统的控制是混合动力汽车的关键技术之一,其中,动力耦合装置和变速装置的控制关系到整车性能的发挥。本文在设计开发某无级变速混合动力汽车(H-CVT)过程中,重点研究了该车的行星机构动力耦合器和无级变速器(CVT)的速比控制问题。 本文的创新之处在于提出了H-CVT的行星机构动力耦合器的模糊控制策略和CVT速比控制策略。动力耦合器的模糊控制策略综合考虑了驾驶员操作意图和车辆运行状态等信息,使模式切换过程满足舒适性和动力性要求。CVT速比控制策略包括目标速比制定和速比跟踪算法两部分:目标速比需要根据动力源的工作特性制定,H-CVT目标速比分为发动机驱动、电机驱动和再生制动3种模式;为了消除在工作模式切换过程中由目标速比“跃变”引起的速比跟踪瞬态和稳态误差,本文设计了智能PID速比跟踪算法,以快速地跟踪目标速比的变化。 利用仿真模型对H-CVT的动力耦合器控制策略和CVT速比控制策略进行调试和验证。将通过仿真验证的控制策略下载到H-CVT的控制器中,进行实车道路试验,验证了本文提出的控制策略。 本文的研究成果为今后混合动力汽车的模式切换控制及CVT速比控制等两方面的研究提供了有价值的借鉴和参考。 【关键词】：无级变速 混合动力汽车 动力耦合 速比控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 内容提要4-10
• 符号说明10-14
• 第1章 绪论14-30
• 1.1 混合动力汽车传动系统的研究意义15
• 1.2 混合动力汽车动力耦合装置的研究现状15-18
• 1.2.1 动力耦合装置的功能15-16
• 1.2.2 动力耦合装置的分类16-18
• 1.2.3 动力耦合装置的发展趋势18
• 1.3 混合动力汽车变速系统的发展现状18-23
• 1.3.1 MT 在混合动力汽车上的应用19
• 1.3.2 AMT 在混合动力汽车上的应用19-20
• 1.3.3 AT 在混合动力汽车上的应用20-21
• 1.3.4 DCT 在混合动力汽车上的尝试21-22
• 1.3.5 CVT 与混合动力汽车技术的融合22-23
• 1.4 CVT 混合动力汽车的研究现状23-28
• 1.4.1 国外CVT 混合动力汽车发展现状23-26
• 1.4.2 国内CVT 混合动力汽车研究现状26-28
• 1.5 本文研究内容28-30
• 第2章 H-CVT 的结构特性30-44
• 2.1 H-CVT 样车的总体结构30-37
• 2.1.1 后轮驱动系统31-35
• 2.1.2 前轮驱动系统35-36
• 2.1.3 H-CVT 的电动附件36
• 2.1.4 电源系统36-37
• 2.2 H-CVT 与传统CVT 的对比37-38
• 2.2.1 结构上的区别37-38
• 2.2.2 油泵的驱动方式不同38
• 2.3 H-CVT 与Prius 的e-CVT 比较38-43
• 2.3.1 结构上的差异38-39
• 2.3.2 无级变速原理的差异39-41
• 2.3.3 动力传递路线的区别41-42
• 2.3.4 控制方法的差异42-43
• 小结43-44
• 第3章 H-CVT 的行星机构动力耦合器控制策略研究44-76
• 3.1 双行星轮机构特性分析44-47
• 3.1.1 双行星轮机构的转速特性44-45
• 3.1.2 双行星轮机构的转矩特性45
• 3.1.3 模拟杠杆法表现双行星轮机构特性45-46
• 3.1.4 动力耦合器的数学模型46-47
• 3.2 H-CVT 的各种工作模式分析47-55
• 3.2.1 空挡模式47-48
• 3.2.2 驻车发电模式48-49
• 3.2.3 电机倒车模式49
• 3.2.4 发动机倒车模式49-50
• 3.2.5 电机驱动模式50-51
• 3.2.6 发动机驱动模式51
• 3.2.7 电机助力模式51-52
• 3.2.8 行驶发电模式52-53
• 3.2.9 电力变矩模式53-54
• 3.2.10 再生制动模式54-55
• 3.3 动力耦合器的控制策略55-62
• 3.3.1 动力耦合器的模式切换控制56-59
• 3.3.2 湿式多片离合器的控制59-60
• 3.3.3 离合器接合的性能指标60-61
• 3.3.4 控制参数的选取61-62
• 3.4 离合器接合控制62-70
• 3.4.1 模糊控制概述62-63
• 3.4.2 模糊控制器的组成63-65
• 3.4.3 模糊控制特性与离合器控制要求65-66
• 3.4.4 离合器模糊控制器的设计66-70
• 3.5 动力耦合器控制效果仿真70-75
• 3.5.1 电力变矩到发动机模式的切换过程仿真71-72
• 3.5.2 电机模式到发动机模式的切换过程仿真72-73
• 3.5.3 发动机倒车模式仿真73-75
• 小结75-76
• 第4章 H-CVT 速比控制策略研究76-98
• 4.1 CVT 混合动力汽车速比控制综述76-77
• 4.2 发动机驱动模式的目标速比77-79
• 4.2.1 发动机转速-负荷特性77-78
• 4.2.2 CVT 的转速调节特性78-79
• 4.2.3 CVT 目标速比制定79
• 4.3 电机驱动模式的目标速比79-82
• 4.3.1 电机驱动的特性80-81
• 4.3.2 电机目标转速的确定81
• 4.3.3 CVT 目标速比制定81-82
• 4.4 再生制动模式的目标速比82-88
• 4.4.1 再生制动的特点82-84
• 4.4.2 电机发电的特性84-86
• 4.4.3 CVT 目标速比制定86-88
• 4.5 H-CVT 的速比跟踪算法88-97
• 4.5.1 CVT 速比跟踪的基本原理89-90
• 4.5.2 CVT 速比跟踪算法90-93
• 4.5.3 H-CVT 的智能PID 速比跟踪算法93-97
• 小结97-98
• 第5章 H-CVT 控制策略仿真研究98-128
• 5.1 仿真对象98-99
• 5.2 仿真软件及模型的组成99
• 5.3 H-CVT 整车模型的建立99-103
• 5.3.1 发动机模型100-101
• 5.3.2 行星机构动力耦合器模型101-102
• 5.3.3 CVT 模型102
• 5.3.4 制动器模型102-103
• 5.3.5 整车模型103
• 5.4 H-CVT 控制策略模型的搭建103-110
• 5.4.1 控制信号输入/输出模块104-105
• 5.4.2 工作模式模块105-106
• 5.4.3 CVT 速比控制策略模块106-107
• 5.4.4 驱动力矩分配模块107-108
• 5.4.5 再生制动和摩擦制动力矩分配模块108-109
• 5.4.6 动力耦合器控制模块109-110
• 5.5 H-CVT 的控制策略仿真分析110-126
• 5.5.1 建模方法正确性验证110-111
• 5.5.2 三种模型油耗特性比较111-112
• 5.5.3 H-CVT 速比控制策略对发动机工作点的影响112-114
• 5.5.4 H-CVT 速比控制策略对电机工作点的影响114-115
• 5.5.5 H-CVT 速比控制策略对再生制动的影响115-120
• 5.5.6 H-CVT 动力耦合器控制策略及速比跟踪算法仿真120-125
• 5.5.7 H-CVT 整车模型的典型循环工况仿真125-126
• 小结126-128
• 第6章 H-CVT 动力耦合器与速比控制试验研究128-144
• 6.1 试验平台的搭建128-131
• 6.1.1 H-CVT 试验样车组成128-129
• 6.1.2 控制系统构成129-131
• 6.1.3 数据传输与采集系统131
• 6.2 典型工作模式动力耦合器控制及速比控制试验研究131-138
• 6.2.1 电机驱动模式试验131-132
• 6.2.2 发动机驱动模式试验132-134
• 6.2.3 电机助力模式试验134-135
• 6.2.4 驻车发电模式试验135-136
• 6.2.5 行驶发电模式试验136-137
• 6.2.6 电机倒车模式试验137-138
• 6.3 典型工作模式切换动力耦合器控制试验研究138-141
• 6.3.1 电机驱动切换到发动机驱动的试验139
• 6.3.2 电力变矩切换到发动机驱动的试验139-140
• 6.3.3 发动机倒车试验140-141
• 6.4 典型工况H-CVT 速比跟踪试验研究141-143
• 小结143-144
• 第7章 全文总结与研究展望144-148
• 7.1 内容总结144-145
• 7.2 本文的创新点145-146
• 7.3 研究展望146-148
• 参考文献148-154
• 攻读学位期间发表的论文及科研工作154-156
• 致谢156-157
• 摘要157-161
• ABSTRACT161-164

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