单电机强混合动力汽车驱动模式切换的动态协调控制策略

【摘要】：混合动力汽车具有发动机和电机两种动力系统，对其工作状态的不同组合可以使车辆具备多种工作模式，汽车行驶过程中合理的模式转换可实现其良好的燃油经济性和低排放性能。然而，这一转换过程可能包括了行进间起动发动机、离合器结合或分离、发动机和电机转矩分配等动态过程，引起系统运行状态的变化以及发动机和电机目标转矩的突变，若控制不当易导致系统输出转矩产生较大的波动，对整车的动力性和平顺性产生严重的影响。动态过程的控制问题在实际研发过程中也日益凸显，因此上述动态过程的平顺性控制已成为推进混合动力汽车产业化的关键技术之一。 针对单电机强混合动力系统模式切换过程的动态控制问题，本文主要从以下几个方面进行了研究： ①分析单电机强混合动力系统的结构特点，确定系统及关键部件的参数；对主要控制部件的动态特性以及混合动力传动系统的动力学方程进行分析，建立了关键部件及其整车动力学的仿真模型。 ②对不同驱动模式下的发动机、电机、湿式多片离合器的状态进行分析，建立系统状态方程；进一步分析驱动模式切换中发动机、电机、湿式多片离合器的状态变化以及动力耦合机构的状态变化，得到模式切换的各个阶段的状态方程。并根据离合器状态变化将驱动模式切换过程划分为三种类型，以便于制定相应的模式切换控制策略。 ③制定各驱动模式下的转矩预分配策略：包括总需求转矩的确定、模式切换条件的确定以及发动机和电机目标转矩的确定；针对有湿式多片离合器接合过程的驱动模式切换过程，以发动机点火时刻为界将离合器接合过程分为两个阶段，根据公式推导和模糊控制方法得到离合器接合压力的计算模型，提出了离合器接合油压与电机转矩控制的动态协调控制策略，并对其具体的实现问题进行分析，以进一步改进动态协调控制算法。 ④在MATLAB/Simulink环境下，建立了单电机强混合动力汽车前向仿真模型和整车控制策略的仿真模型，通过定工况和全工况下的仿真分析，验证了动态协调控制策略在驱动模式切换过程中的有效性。 【关键词】：混合动力系统 模式切换 协调控制 平顺性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外混合动力汽车的发展现状10-14
• 1.2.1 日本发展现状10-12
• 1.2.2 美国发展现状12-13
• 1.2.3 欧洲发展现状13
• 1.2.4 国内发展现状13-14
• 1.3 混合动力汽车动态协调控制问题的研究现状14-15
• 1.3.1 国外研究现状14-15
• 1.3.2 国内研究现状15
• 1.4 本文研究的主要内容15-17
• 2 单电机强混合动力系统分析和部件建模17-39
• 2.1 引言17
• 2.2 混合动力系统结构及参数17-19
• 2.3 混合动力系统动态特性分析及建模19-37
• 2.3.1 发动机动态特性分析及建模19-24
• 2.3.2 电机动态特性及建模24-29
• 2.3.3 电池模型29-30
• 2.3.4 离合器控制特性及建模30-33
• 2.3.5 CVT 变速器动态特性及建模33-34
• 2.3.6 主减速器模型34-35
• 2.3.7 整车动力学模型35-37
• 2.4 本章小结37-39
• 3 混合动力系统模式切换的动态过程分析39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 混合动力汽车模式切换品质分析39-42
• 3.2.1 冲击度分析40
• 3.2.2 CVT 速比对冲击度的影响分析40-42
• 3.3 各驱动模式下的状态方程42-45
• 3.3.1 传动系统转动惯量的简化42
• 3.3.2 各驱动模式下的系统状态方程42-45
• 3.4 各驱动模式切换过程分析45-52
• 3.4.1 纯电动模式切换到发动机驱动模式46-49
• 3.4.2 发动机驱动模式切换到混合驱动模式49-50
• 3.4.3 发动机驱动模式切换到纯电动模式50-51
• 3.4.4 模式切换过程分类51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 4 驱动模式切换的动态协调控制策略53-75
• 4.1 引言53
• 4.2 整车控制器总体控制结构和实现方法53-55
• 4.2.1 整车控制器的总体结构53-54
• 4.2.2 控制系统的实现方法54-55
• 4.3 驱动工况下的转矩管理策略55-57
• 4.3.1 总需求转矩的识别55-56
• 4.3.2 驱动模式切换的边界条件和目标转矩56-57
• 4.4 动力源和湿式多片离合器的控制57-66
• 4.4.1 发动机的控制58-59
• 4.4.2 电机的控制59
• 4.4.3 湿式多片离合器的控制59-66
• 4.5 驱动模式切换动态协调控制66-74
• 4.5.1 有湿式多离合器接合过程的模式切换协调控制68-72
• 4.5.2 无湿式多离合器动作的模式切换协调控制72-73
• 4.5.3 有湿式多离合器分离的模式切换协调控制73-74
• 4.7 本章小结74-75
• 5 驱动模式切换动态协调控制的仿真分析75-87
• 5.1 引言75
• 5.2 单电机强混合动力汽车前向仿真模型75-78
• 5.3 动态协调控制策略的仿真分析78-85
• 5.3.1 定工况仿真分析78-83
• 5.3.2 全工况仿真分析83-85
• 5.4 本章小结85-87
• 6 总结与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-91
• 参考文献91-95
• 附录95
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录95
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录95

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