基于AMT的混合动力汽车电动变速驱动单元（E.T.Driver）控制策略研究

【摘要】： 混合动力汽车(HEV,Hybrid electric vehicles)的混合动力系统的集成化研究是目前和未来国内外研究的重点。 混合动力汽车的核心是混合动力系统,它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。如何有效的解决混合动力汽车混合动力系统的集成控制,使整车实现高度集成和配置简单化,通用化是目前研究的关键。经过十多年的发展,混合动力系统已从原有离散结构向一体化结构发展,即集成化混合动力总成系统。集成化混合动力总成系统最能体现HEV系统的最优化思想,同时也是最复杂,形式最多样,研究难度最大的结构,是现在和将来的新的研究重点。其中变速器(箱)与电机一体化(变速系统总成化)研究仍是目前国内外混合动力汽车混合动力系统研究的空缺点。本文首次提出了电动变速驱动单元(Electric Transmission Driver ,E.T.Driver)的概念,将变速器和永磁同步电机集成为变速驱动集成化混合动力系统。对基于机械自动变速器(Automatic mechanical transmission,AMT)的电动变速驱动单元(E.T.Driver)进行了重点研究论述。基于AMT的电动变速驱动单元,永磁同步电机和AMT在输出轴耦合,实现变速、驱动、制动能量回馈等功能。在换档过程中,换档质量,包括冲击度和摩擦功是最重要的考核指标。本文重点对变速驱动单元如何提高混合动力汽车在行驶过程中换档和起步过程中换挡的换档质量、行驶平顺性和乘坐舒适性进行了深入研究。 滑磨功和冲击度这两个指标相互制约,因而为了达到综合最优,针对电动变速驱动单元不同工作状况,制定了不同的换档控制策略来达到冲击度和滑磨功协调最优。在E.T.Driver输出驱动扭矩大于或等于行驶阻力扭矩的情况下,由于有E.T.Driver在离合器分离过程中提供驱动扭矩,在换挡过程中确保离合器分离到结合这个过程整车驱动扭矩不中断,因而飞轮有充裕时间调整自身转速来达到与离合器从动盘同步,从而确保飞轮和离合器接合时冲击度和滑磨功都很小。在E.T.Driver输出驱动扭矩小于阻力扭矩时,采用基于最小值原理的换档控制策略对滑摩功和冲击度进行综合最优控制,使滑磨功和冲击度达到综合最优,并得到了以解析式形式表达的系统最优控制函数。 E.T.Driver独特的结构和相对应的控制策略相结合,既保证在驱动力不中断的情况下完成换档操作,又能确保换挡质量、行驶的平顺性和乘坐舒适性。此外尤为重要的是,由于E.T.Driver自身独特结构,既可以输出正驱动扭矩又可以提供反向发电扭矩,从而很好的协调换档过程中加权函数Z值的大小,确保换档质量达到最优。 作为本项工作的重点之一,本文分别对E.T.Driver系统进行了仿真分析和实车试验。利用大型系统动力学分析软件SIMULATIONX和CRUISE,开发出E.T.Driver的仿真模型,通过对E.T.Driver换挡过程的仿真分析,为实车试验提供可靠的依据和数据对比。装配E.T.Driver的混合动力大客车道路试验按照国家标准进行,主要考察小油门起步换挡、加速换挡、高档位等高难度工况。最终的仿真和道路试验结果表明,变速驱动单元的特定结构,结合本文提出的E.T.Driver最优扭矩换档控制策略,相比传统AMT,E.T.Driver能够极大的提高换档质量、整车驱动平顺性和乘坐舒适性。本文实施的E.T.Driver最优扭矩控制策略使E.T.Driver换挡过程具有良好的动态特性,对复杂工况和多变环境有自适应能力。变速驱动单元的研究将极大推进混合动力汽车的产业化和混合动力汽车关键技术的进一步发展。 【关键词】：混合动力汽车(HEV) 自适应最优控制 换档质量 换档控制策略 行驶平顺性 集成化混合动力总成系统 电动变速驱动单元(E.T.Driver)
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号说明12-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 课题研究背景和意义15-25
• 1.1.1 混合动力汽车动力系统分类15-18
• 1.1.2 国内外研发动态及典型产品介绍18-25
• 1.2 本文主要研究内容25-28
• 1.2.1 课题来源25
• 1.2.2 本文主要研究内容25-27
• 1.2.3 本论文体系结构27-28
• 1.3 本章小结28-29
• 第二章 电动变速驱动单元构造及工作模式29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 电动变速驱动单元结构29-34
• 2.2.1 电动变速驱动单元的构造29-34
• 2.3 E.T.Driver在整车中的布置方式34-35
• 2.4 E.T.Driver工作模式35-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 电动变速驱动单元动态特性及建模39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 基于SIMULATIONX软件建模所需主要零部件特性和建模39-54
• 3.2.1 发动机模块39-43
• 3.2.2 高压电池模块43-45
• 3.2.3 E.T.Driver模块构建45-54
• 3.2.4 阻力模型54
• 3.3 基于CRUISE软件的仿真模型搭建54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 电动变速驱动单元最优扭矩控制策略57-97
• 4.1 动力传动系统数学模型57-58
• 4.2 升档过程E.T.Driver最优扭矩控制策略58-70
• 4.2.1 升档过程中E.T.Driver允许输出最大扭矩大于或等于行驶阻力扭矩60-62
• 4.2.2 升档过程中E.T.Driver允许输出最大扭矩小于行驶阻力扭矩62-70
• 4.3 电机扭矩及发动机扭矩的分配及加权系数Z的确定70-73
• 4.3.1 确定加权系数Z70-71
• 4.3.2 影响结合过程的因素71-72
• 4.3.3 E.T.Driver中电机输出扭矩对换挡质量的重要协调作用72-73
• 4.4 降档过程E.T.Driver扭矩控制策略73-74
• 4.4.1 非制动降挡过程73
• 4.4.2 制动降档换挡过程73-74
• 4.5 起步过程中E.T.Driver扭矩控制策略74-75
• 4.5.1 E.T.Driver输出扭矩大于或等于起动阻力扭矩的情况下74-75
• 4.5.2 E.T.Driver输出扭矩小于起动阻力扭矩的情况下75
• 4.6 发动机转速控制75-77
• 4.7 E.T.Driver中电机控制77-85
• 4.7.1 永磁同步电动机与其它电机的区别78-79
• 4.7.2 研究热点及发展趋势79-81
• 4.7.3 E.T.Driver中电机控制81-85
• 4.8 控制策略验证及仿真结果分析85-95
• 4.8.1 AMT换挡过程仿真结果85-86
• 4.8.2 E.T.Driver换挡过程仿真结果86-90
• 4.8.3 经济性仿真结果分析90-91
• 4.8.4 整车动力性仿真结果分析91-95
• 4.9 本章小结95-97
• 第五章 E.T.Driver控制器及其它主要零部件控制器软硬件设计及台架试验97-113
• 5.1 E.T.Driver控制器和其他主要零部件控制器模块设计97-108
• 5.1.1 控制系统硬件设计99-105
• 5.1.2 控制系统软件设计105-106
• 5.1.3 试验监控系统106-108
• 5.2 台架试验108-112
• 5.2.1 试验目的108
• 5.2.2 实验方案108-109
• 5.2.3 台架试验结果109-112
• 5.3 本章小结112-113
• 第六章 E.T.Driver换挡过程实车试验113-126
• 6.1 实验目的113
• 6.2 试验装置113
• 6.3 实验方案113-114
• 6.4 实验结果及分析114-124
• 6.5 结论124-125
• 6.6 本章小结125-126
• 第七章 全文总结126-129
• 7.1 本文的创新点126-127
• 7.2 研究展望127-129
• 参考文献129-137
• 致谢137-138
• 攻读博士学位期间发表或录用的论文138

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