混合动力汽车模式切换过程转矩协调控制器设计方法研究

【摘要】：混合动力汽车因其出色的燃油经济性和排放性能正被越来越广泛地使用，然而混合动力汽车由多种动力源联合驱动的特点使其结构也更加复杂，此结构特点使得车辆有多种驱动模式，从而在不同行驶工况下需要进行模式切换。在模式切换过程中若不对不同动力源的输出转矩进行适当的协调控制，将会影响车辆驾驶性能以及乘车舒适性。本文针对混合动力汽车由纯电动模式向并联驱动模式切换这一过程，主要研究了该过程的动力学建模、转矩协调控制方法以及转矩协调控制器硬件设计。 首先，本文分析了混联式混合动力汽车的结构特点，建立了模式切换过程的动力学模型。由于车辆从纯电动模式向并联驱动模式切换这一过程中存在着离合器的结合过程，带来了离合器摩擦转矩，会造成输出总转矩的波动和离合器的磨损，因此本文提出了以车辆纵向冲击度与离合器滑磨功作为模式切换过程性能的评价指标，根据这两项评价指标，分析了模式切换过程开环控制的仿真结果，指出其存在的问题。 然后，针对模式切换时的过驱动控制问题，提出了一种基于控制分配的转矩协调控制方法，该方法将控制器的设计分为了上层伪控制指令的规划和下层的控制分配，上层伪控制指令的规划采用显式模型预测控制方法处理控制输入的约束问题，离线求得控制率，避免了反复在线优化；下层的控制分配采用最优的分配方法，对实际控制量进行了最优分配，而后对系统的闭环稳定性进行了分析并在Matlab/Simulink软件中搭建了控制系统仿真模型，验证了转矩协调控制器的有效性，并讨论了控制器参数对系统性能的影响。 最后，进行了转矩协调控制器硬件设计。本文主要对控制器的接口电路进行了设计以保证信号传输的准确性和可靠性，分别对CAN(Controller Area Network)总线接口电路以及信号采集接口电路进行了设计，然后通过仿真和测试验证了所设计的电路功能，之后考虑到混合动力汽车中恶劣的电磁环境，根据汽车电子的要求进行了静电放电测试、瞬态抗扰测试、容性耦合抗扰测试和BCI(BulkCurrent Injection)大电流测试，使得所设计的接口电路满足电磁兼容要求。 【关键词】：混合动力汽车 模式切换 转矩协调 控制分配 显式模型预测控制
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文内容与组织结构12-14
• 第2章 混合动力汽车模式切换过程建模及分析14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 混合动力汽车模式切换过程建模14-18
• 2.2.1 混合动力汽车动力系统结构14-15
• 2.2.2 动力系统模式切换过程建模15-18
• 2.3 混合动力汽车模式切换过程分析18-22
• 2.3.1 混合动力汽车模式切换过程评价指标18-19
• 2.3.2 混合动力汽车模式切换过程开环控制仿真及分析19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 模式切换过程转矩协调控制方法研究23-45
• 3.1 引言23
• 3.2 模式切换过程控制问题描述23-26
• 3.2.1 模式切换过程整体控制策略23-24
• 3.2.2 模式切换过程过驱动控制问题分析24-26
• 3.3 转矩协调控制器设计26-36
• 3.3.1 目标转速的规划27-28
• 3.3.2 基于显式模型预测控制的伪控制指令规划28-32
• 3.3.3 伪控制指令分配32-35
• 3.3.4 系统闭环稳定性分析35-36
• 3.4 转矩协调控制仿真及分析36-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 转矩协调控制器硬件设计45-67
• 4.0 引言45
• 4.1 硬件总体方案设计45-46
• 4.1.1 控制器硬件需求分析45-46
• 4.1.2 微控制器选择46
• 4.2 CAN 总线接口电路设计46-53
• 4.2.1 通信接口电路设计47-48
• 4.2.2 CAN 总线位定时参数设计48-49
• 4.2.3 CAN 总线接口电路仿真及测试49-53
• 4.3 信号采集接口电路设计53-62
• 4.3.1 制动信号接口电路电气特性分析及设计54-56
• 4.3.2 车速信号接口电路电气特性分析及设计56-58
• 4.3.3 信号接口电路仿真及测试58-62
• 4.4 接口电路电磁兼容测试62-65
• 4.4.1 静电放电测试62-63
• 4.4.2 容性耦合抗扰测试63-64
• 4.4.3 瞬态抗扰测试64-65
• 4.4.4 BCI 大电流注入测试65
• 4.5 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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