混合动力汽车的控制策略研究

【摘要】：随着石油资源的日渐匮乏和环境污染、全球变暖等问题的日益严重，作为碳排放主要来源的汽车成为改革的重点，低排放、零排放的新能源汽车成为了下一代汽车的首选，越来越多的汽车生产商把目光放在了低排放、低油耗汽车的研制上。因此，混合动力汽车（Hybrid-Electric Vehicle)，简称HEV，作为一个向零排放发展的过渡车型，开始受到大家关注。混合动力汽车的特点是能使发动机尽量保持在最佳工况区域，且动力性能好，因此混合动力汽车具备排放低、污染低的优势。 控制策略是混合动力汽车实现能源和能量合理分配的关键，要达到混合动力汽车低排放、低油耗的目标，就需要有一套合理的控制策略。本文根据上海某汽车集团旗下自主研发的插电式混合动力汽车平台为原型，并以上海市科委“创新行动计划”为依托，研究了混合动力汽车的控制策略。首先针对原有车型的关键部件进行分析并进行选型，特别是混合动力汽车的关键部件发动机、电动机及电池进行了建模和计算，并对选型后的混合动力汽车结构进行了认真分析。然后根据各个关键部件的整车布置情况同原车型进行比较并借鉴其他的混合动力汽车的控制方法，利用相对成熟的混合动力汽车软件进行建模，最终采用了正向仿真的方法在matlab中建立了该车型的simulink模型。 控制策略是关系到混合动力汽车的动力性及经济性这两大核心关键指标的直接影响因素，在本文中，首先研究制定了混合动力汽车在启停过程中存在的九大主要工作状态，并根据各个状态的需求条件制定了每个状态间切换的条件，最后通过仿真软件对混合动力汽车的关键状态进行了建模仿真，重点对电机启动和电机辅助动力的快速启停功能进行了研究，通过快速启停功能的实现，基本达到了降排放、减油耗的目的，并分析了混合动力汽车在每个工作模式下的能量流动和转矩分配情况。 本文第一章探讨了本课题研究的背景以及意义，并对比了国内外汽车行业在混合动力汽车领域的发展现状，指出了研究混合动力汽车的重要性。在第二章中，列出了本次课题所研究的混合动力汽车的目标参数，并阐述了目前混合动力汽车在混动模式下所包含的主要工作模式。第三章针对混合动力汽车的发动机、电动机以及电池进行了选型，根据评价混合动力汽车的几个关键指标和对各个关键部件的参数分析，最终确定了部件的选型。第四章中，在确定工作模式和选定关键部件的前提下，提出了混合动力汽车在正常行驶中主要工作状态，并根据各个工作状态设定了每个状态间的切换条件，即控制策略。在确定控制策略后，第五章重点讨论了控制策略的实现，首先在simulink中根据各个关键部件的参数公式对各个关键部件进行建模，并建立了各约束条件。最后在第六章中根据之前搭建的模型，在混合动力汽车前向仿真软件中对混合动力汽车的运行工况进行仿真，通过仿真结果可以看出，该混合动力汽车的选型部件及控制策略能较好的达到各项性能指标，是可行的。 从结果可以看出，本文所提出混合动力汽车的控制策略能很好的模拟出汽车在各个工况中的行驶状态，较大的提高了燃油经济性，不仅能够稳定地运行,而且合理、可靠,满足实际需要。 【关键词】：混合动力汽车 控制策略 动力匹配 前向仿真
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 引言11-21
• 1.1 选题的背景和意义11
• 1.2 混合动力汽车的分类及特点11-15
• 1.2.1 串联式混合动力汽车(SHEV)12-13
• 1.2.2 并联式动力(PHEV)13-14
• 1.2.3 混联式动力(SPHEV )14-15
• 1.3 混合动力汽车的国内外发展现状15-17
• 1.3.1 世界范围混合动力汽车总体发展现状15
• 1.3.2 日本混合动力汽车的发展现状15-16
• 1.3.3 美国混合动力汽车的发展现状16
• 1.3.4 我国混合动力汽车的发展现状16-17
• 1.4 混合动力汽车控制策略概述17-20
• 1.5 本课题的研究内容20-21
• 第2章 混合动力汽车的总体方案设计21-25
• 2.1 动力系统方案设计21-22
• 2.2 SHIP450HEV 混合动力汽车工作模式22-23
• 2.3 本章小结23-25
• 第3章 动力部件的分析及选型25-36
• 3.1 新能源汽车的动力性指标25-26
• 3.2 汽车的行驶方程26-27
• 3.3 汽车的行驶阻力27-30
• 3.3.1 滚动阻力27
• 3.3.2 坡度阻力27-28
• 3.3.3 空气阻力28-29
• 3.3.4 加速阻力29-30
• 3.4 发动机30-32
• 3.4.1 发动机参数选择30-31
• 3.4.2 发动机模型分析31-32
• 3.5 电动机32-36
• 3.5.1 电机参数选择32-34
• 3.5.2 电机模型分析34-36
• 第4章 SHIP450HEV 控制策略设计36-42
• 4.1 动力系统布局36
• 4.2 控制策略设计36-42
• 4.2.1 车辆运行模式分类36-38
• 4.2.2 车辆运行模式判断38-42
• 第5章 SHIP450HEV 控制策略的实现42-56
• 5.1 发动机起动过程分析42-52
• 5.1.1 发动机启动过程的阻力模型42-45
• 5.1.2 发动机启动过程产生的总阻力矩45-46
• 5.1.3 发动机启动时的约束条件46-47
• 5.1.4 电动机的控制模型分析47-49
• 5.1.5 仿真及台架的试验结果49-52
• 5.2 多能源总成的控制器设计52-56
• 5.2.1 电动机转矩补偿模式的分类52-53
• 5.2.2 车速稳定时的工况53-54
• 5.2.3 车辆减速时的工况54-55
• 5.2.4 电动机补偿转矩限制55-56
• 第6章 仿真结果评价56-63
• 6.1 仿真结果56-62
• 6.2 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

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