混合动力汽车机电复合制动制动力分配与稳定性控制策略研究

【摘要】：电机回馈制动能量回收技术作为混合动力汽车提高燃油能量利用率的一种手段被广泛采用。这是因为在制动的过程中，电动机作为发电机来使用，车辆行驶的部分动能被转化为电能存储到电池中，这部分能量又可以重新作为驱动能量使用从而提高了燃油能量利用率。 与传统汽车制动减速过程不同的是，混合动力汽车由于电机施加回馈制动力矩于动力传动系统中，其机电复合制动系统就施加了两种不同的制动力矩：一种是由电机系统提供的电机回馈制动力矩；另一种是由液压制动系统提供的液压制动力矩。因此，传统汽车的制动理论在混合动力汽车机电复合制动系统中的应用就需要进行新的研究与分析。 通过依托我国混合动力轿车产业化研究课题，按照系统开发的一般流程，本文针对混合动力汽车机电复合制动系统的制动力分配与稳定性控制策略进行了如下的研究。 第一，建立了混合动力汽车机电复合制动系统的整车动力学模型。该模型的建立主要是为了满足理论研究与系统分析的需要，其主要包括车辆动力学、轮胎、液压系统、电机系统和电池系统等模型。作为制动系统控制策略开发的重要组成部分，该模型直接关系到制动系统控制器的开发效率和精度。建模过程采用了实验建模与理论建模相结合的方法，其中对轮胎、液压系统和电机系统模型进行了较为深入地研究。为获取必要的模型计算参数，设计了试验方案并进行了相应的试验。 第二，对混合动力汽车机电复合制动制动力分配策略进行了研究。由于车辆前、后轴的制动力分配显著影响着车辆的制动稳定性和安全性，因此，在对混合动力汽车机电复合制动系统进行动力学分析与建模的基础上，从液压制动系统的前、后轴制动器制动力分配关系入手，提出并建立了机电复合制动的制动力分配系数控制方程并设计了制动力分配曲线。对液压制动的利用附着系数以及制动效率等制动特性进行了分析。最后，制定了机电复合制动的制动力分配策略，并对其进行了仿真试验，试验结果表明该策略是可行且有效的。 第三，进行了混合动力汽车机电复合制动稳定性控制策略的研究。首先，对影响电机回馈制动力矩输出的电机发电特性、电池安全保证以及充电特性等多方面因素进行了分析。通过对这些影响因素的分析，在制动力分配控制策略基础之上，制定了电机回馈制动与液压制动的机电复合协同防抱死制动稳定性控制策略。在控制方法上，提出了防抱死制动前电机介入延续回馈制动控制的方法，并对液压制动系统的滞后与电机回馈制动如何协同控制的方法进行了论述。基于前馈补偿和模糊控制方法，以车辆横摆角速度和质心侧偏角为反馈输入变量，进行了混合动力汽车侧向制动稳定性控制的研究。相关仿真试验结果表明制动稳定性控制策略是可行且有效的。 第四，对制动控制系统进行了实车道路试验。首先，设计了制动控制软、硬件系统。最后，通过进行相关制动试验，对控制策略进行了进一步的分析。实车制动试验结果表明，电机回馈制动和液压制动之间能够协同工作，车辆制动安全性与稳定性良好，部分制动能量被回馈储存，控制策略与方法有效。 作为混合动力汽车控制核心技术之一，本文的研究对于开发具有我国自主知识产权的混合动力汽车，加快其产业化步伐具有重要意义。 【关键词】：混合动力汽车 机电复合制动 制动力分配策略 制动稳定性控制策略 模糊逻辑控制
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 符号说明10-16
• 第一章 绪论16-31
• 1.1. 本课题的研究背景和意义16-28
• 1.1.1. 混合动力汽车国内外研究现状17-20
• 1.1.2. 电动汽车电机回馈制动国内外研究现状20-21
• 1.1.3. 电动汽车电机回馈制动研究的关键问题21
• 1.1.4. 车辆稳定性控制系统的研究背景及发展趋势21-23
• 1.1.5. 混合动力汽车机电复合制动稳定性控制系统的研究背景和意义23-27
• 1.1.6. 混合动力汽车制动稳定性与机电复合制动的关系27-28
• 1.2. 混合动力汽车机电复合制动控制系统研究的主要问题28
• 1.3. 课题来源和主要研究内容28-31
• 1.3.1. 课题来源28-29
• 1.3.2. 本文的主要研究内容29
• 1.3.3. 本论文的体系结构29-31
• 第二章 机电复合制动系统动力学分析与建模31-61
• 2.1. 车辆动力学模型32-34
• 2.2. 电磁阀动态响应特性分析和建模34-40
• 2.2.1. 电磁阀电磁场与流场模型36-38
• 2.2.2. 电磁阀动态响应特性38-40
• 2.3. 液压调节器模型40-45
• 2.3.1. 节流阀口及制动轮缸的压力流量特性分析40-41
• 2.3.2. 液压调节器增压模型41-43
• 2.3.3. 液压调节器减压模型43
• 2.3.4. 液压调节器保压模型43-45
• 2.4. 液压制动器模型45-47
• 2.5. 电机模型47-50
• 2.5.1. 电机输出转矩特性48-49
• 2.5.2. 电机回馈制动力矩影响因素分析49-50
• 2.6. 电池系统模型50-55
• 2.6.1. 电池内阻模型51-53
• 2.6.2. 电池荷电状态估计53-55
• 2.7. 轮胎模型55-60
• 2.8. 本章小结60-61
• 第三章 机电复合制动制动力分配策略研究61-78
• 3.1. 液压制动理想前、后轴制动器制动力分配61-63
• 3.2. 液压制动实际前、后轴制动器制动力分配63-65
• 3.3. 液压制动系统制动过程分析65-66
• 3.4. 液压制动利用附着系数与制动效率分析66-69
• 3.5. 机电复合制动制动力分配系数控制方程69-72
• 3.6. 机电复合制动电机回馈制动制动力矩上限72-73
• 3.7. 机电复合制动制动力分配策略73-74
• 3.8. 仿真分析74-77
• 3.9. 本章小结77-78
• 第四章 机电复合制动稳定性控制策略研究78-112
• 4.1. 机电复合制动回馈能量管理策略78-80
• 4.1.1. 机电复合制动能量管理基本策略79
• 4.1.2. 不同制动模式的制动能量管理策略79-80
• 4.2. 电机回馈制动的约束条件80-81
• 4.3. 机电复合防抱死制动逻辑门限控制81-92
• 4.3.1. 机电复合制动防抱死逻辑门限控制门限值的确定82-84
• 4.3.2. 防抱死制动前电机介入延续回馈制动控制84-85
• 4.3.3. 机电复合防抱死制动控制85-92
• 4.4. 液压制动系统的滞后与电机回馈制动控制92-94
• 4.5. 控制量的获取与计算94-99
• 4.5.1. 轮速计算与误差分析94-97
• 4.5.2. 制动减速度计算97-99
• 4.5.3. 参考滑移率计算99
• 4.6. 制动稳定性控制前馈补偿控制器设计99-101
• 4.7. 制动稳定性控制模糊控制器设计101-105
• 4.8. 仿真分析105-111
• 4.9. 本章小结111-112
• 第五章 控制系统设计与试验研究112-131
• 5.1. 控制系统设计与开发112-117
• 5.1.1. 控制系统方案112-114
• 5.1.2. 控制系统硬件设计改造114-115
• 5.1.3. 控制系统软件开发115-116
• 5.1.4. 监控系统116-117
• 5.2. 实车试验及试验数据分析117-130
• 5.2.1. 试验测试车辆与仪器117-119
• 5.2.2. 高附着路面制动试验119-123
• 5.2.3. 低附着路面制动试验123-127
• 5.2.4. 转向制动道路试验127-130
• 5.3. 本章小结130-131
• 第六章 全文总结131-134
• 6.1. 全文总结131
• 6.2. 论文创新点131-132
• 6.3. 研究展望132-134
• 参考文献134-140
• 致谢140-141
• 攻读博士学位期间发表和录用的学术论文141-143

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