插电式混合动力汽车控制软件开发

【摘要】：插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，简称PHEV）具有发动机和电机两种动力源，储能装置可外接充电，相对于传统不可外接充电的混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV），利用电能的比例更高，能有效的提高燃油经济性并改善排放，是一种具有发展前景的混合动力电动汽车。本文以863课题“福田欧辉中度混合动力汽车产业化技术攻关”为背景，采用基于模型的开发流程，搭建整车控制器集成开发平台，进行PHEV控制策略研究，并完成了控制软件开发。 搭建了支持基于模型开发流程的整车控制器开发平台。首先在Matlab/Simulink环境下建立PHEV控制器以及混合动力系统零部件的仿真模型，搭建了前向仿真平台，可进行动力系统部件参数匹配及控制策略开发；基于VeriStand软件及嵌入式PC硬件搭建了快速原型与硬件在环系统，将两者连接搭建为实时仿真平台，可验证控制系统通讯功能，并进一步验证控制策略。将快速原型系统与混合动力系统连接，在试验台架上可进行动力系统零部件特性测试及混合动力系统集成测试，验证控制策略的实际效果。设计了PHEV控制策略，实现了上下电控制、能量管理、动态协调控制以及故障诊断及管理功能。在Matlab/Simulink环境中采用模块化建模方法开发了整车控制器模型，在离线仿真平台上对混合动力能量管理策略，故障管理策略，以及离合器结合过程、变速箱换挡过程及快速启动发动机过程的动态协调控制策略进行仿真分析。对该控制策略下的整车经济性进行了仿真分析。离线仿真结果表明所设计的控制策略能够满足PHEV控制要求。 在所搭建的实时仿真平台上，对PHEV控制策略进行了硬件在环测试，进一步验证了控制功能。应用快速原型系统在混合动力试验台架上，进行了零部件特性试验，及混合动力系统的初步测试。本文搭建的控制器开发平台成功的用于PHEV控制策略的开发。离线仿真与实时仿真测试表明，所开发的PHEV控制策略能够满足功能需求。 【关键词】：插电式混合动力汽车 控制策略 开发平台 实时仿真
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7;U463.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 引言8-18
• 1.1 研究背景与意义8-13
• 1.1.1 混合动力客车发展现状8-9
• 1.1.2 插电式混合动力客车发展现状9-10
• 1.1.3 插电式混合动力系统控制策略研究现状10-12
• 1.1.4 基于模型的控制系统开发平台发展现状12-13
• 1.2 本文研究的插电式混合动力客车简介13-16
• 1.3 本文研究内容与结构16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 本文结构17-18
• 第2章 基于模型的整车控制器开发平台搭建18-34
• 2.1 基于模型的整车控制器开发流程18-20
• 2.2 混合动力系统部件建模20-30
• 2.2.1 发动机模型20-23
• 2.2.2 电机模型23-24
• 2.2.3 动力蓄电池模型24-25
• 2.2.4 离合器模型25-27
• 2.2.5 变速箱模型27-29
• 2.2.6 车辆模型29-30
• 2.3 离线仿真平台30-33
• 2.4 实时仿真平台33-34
• 第3章 插电式混合动力系统控制策略开发34-51
• 3.1 控制策略需求分析34-36
• 3.1.1 整车控制器功能需求分析34
• 3.1.2 能量管理及动态协调控制需求分析34-35
• 3.1.3 故障管理需求分析35-36
• 3.2 控制策略软件架构36-39
• 3.2.1 软件编写思路36-37
• 3.2.2 软件总体架构37-38
• 3.2.3 运行控制部分软件架构38-39
• 3.3 上下电控制策略39-42
• 3.3.1 上电控制策略39-41
• 3.3.2 下电控制策略41-42
• 3.4 能量管理策略42-46
• 3.4.1 驾驶员需求转矩解析策略42
• 3.4.2 换挡策略42-43
• 3.4.3 模式切换意向判断策略43-45
• 3.4.4 转矩分配策略45-46
• 3.5 动态协调控制策略46-50
• 3.5.1 离合器结合过程控制策略47-48
• 3.5.2 变速箱动态过程控制策略48-50
• 3.6 故障管理策略50-51
• 第4章 PHEV 控制策略仿真研究51-61
• 4.1 能量分配控制策略仿真研究51-55
• 4.2 动态协调控制策略仿真研究55-61
• 4.2.1 结合离合器过程55-56
• 4.2.2 无离合器动作的换挡过程56-58
• 4.2.3 电机快速启动发动机过程58-61
• 第5章 实时仿真验证及台架测试61-74
• 5.1 硬件在环测试61-69
• 5.1.1 实时仿真平台搭建61-64
• 5.1.2 硬件在环测试64-69
• 5.2 台架测试69-74
• 5.2.1 台架测试系统结构69-71
• 5.2.2 台架测试方案71-72
• 5.2.3 初步台架试验结果72-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 6.1 论文工作总结74
• 6.2 工作展望74-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-80
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果80

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