液压混合动力汽车能量再生系统建模与仿真研究

【摘要】： 液压混合动力汽车(Hydraulic Hybrid Vehicle)具有能量回收、实现节能减排与环境保护等技术优势,是近年来科技界讨论的热点话题和关注焦点。在已有的液压混合动力汽车能量再生系统中,选用定量式二次元件(泵/马达)作为能量转换装置,具有控制方法简单,易于实现能量回收与释放等特点,但仍存在一些技术上不足。在汽车制动阶段,由于二次元件斜盘倾角为定值,不能根据汽车实际工况实时调整斜盘倾角实现对二次元件的主动控制,导致制动过程中制动减速度稳定性差,降低了乘车的舒适性;在汽车起步或加速阶段,由于二次元件斜盘倾角为定值,所以二次元件的输出转速或转矩不能随外负载适时调节,与发动机输出动力不能同步切入系统,导致能量再生系统不能获得最佳效率。鉴于上述情况,作者在对大量中外相关技术文献研究分析的基础上,主要进行了以下研究工作。 1.在对车辆液压能量再生系统总体技术方案综合分析的基础上,选择并联式驱动方案,提出采用变量式二次元件作为能量回收释放装置,用电液伺服系统来调节二次元件斜盘倾角的原理与方法,实现对二次元件的主动控制。 2.在对混合动力汽车工作模式分析的基础上,建立了制动过程、起步或加速过程数学模型,利用MATLAB软件对制动过程中特定时间内蓄能器能量回收、二次元件转速变化情况进行了仿真分析;对于车辆起步或加速过程的二次元件输出转速控制,引入比例-积分-微分(PID)调节与线性二次型最优(LQR)控制理论,使其与车辆主轴转速相匹配,并对两种控制方法进行了分析比较。 3.AMESim软件具有建模过程可视化、仿真结果多样化等特点,本文根据液压能量再生系统的工作原理与结构组成,在AMESim软件的草图模式下,建立了能量再生系统的可视化模型并进行仿真,获得了蓄能器气体压力、二次元件转速等变化规律曲线;对能量释放过程二次元件转速控制系统进行了仿真,通过合理选取PID调节参数可以获得比较理想的转速控制特性。 4.MATLAB是基于系统数学模型的一种传统仿真软件,通过合理选择系统相关参数、并对系统模型仿真,可以获得比较理想的仿真结果;AMESim基于系统原理图模型,具有建模可视化、仿真结果多样化等特点。有鉴于此,本文用两种方法对控制系统进行了尝试研究,AMESim软件仿真获得更加直观与多样化的仿真结果,反映的问题更加全面深入。 本文针对车辆能量再生系统变量式二次元件斜盘倾角的合理控制,对车辆制动过程进行MATLAB和AMESim仿真分析;对起步或加速过程二次元件的转速控制系统,引入PID调节和LQR调节两种控制理论,分别进行了数学建模和可视化建模及MATLAB和AMESim仿真。仿真结果验证了系统设计的合理性以及元件参数选取的正确性,对两种软件和两种控制方法进行了分析比较,为液压混合动力汽车的工程设计提供了理论依据。 【关键词】：液压混合动力汽车 能量再生系统 PID控制 LQR控制 MATLAB仿真 AMESim可视化建模仿真
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 车辆能量再生技术简介14-17
• 1.3 车辆液压能量再生技术进展17-20
• 1.4 本课题研究内容与方法20-22
• 2 车辆能量再生系统原理与工作模式22-34
• 2.1 液压能量再生系统方案设计与技术关键22-25
• 2.2 液压能量再生系统结构组成与工作原理25-28
• 2.3 车辆液压能量再生系统工作模式28-32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 车辆制动过程数学建模与仿真34-46
• 3.1 制动过程能量再生系统数学建模34-41
• 3.2 基于MATLAB/Simulink制动过程仿真41-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 基于 PID与 LQR理论的能量释放过程转速控制46-66
• 4.1 能量释放过程再生系统的数学建模46-50
• 4.2 系统稳定性分析50-54
• 4.3 PID控制技术及其应用54-58
• 4.4 LQR控制理论及其应用58-63
• 4.5 PID调节与LQR控制仿真比较63-64
• 4.6 本章小结64-66
• 5 基于AMESim的能量再生系统可视化建模与仿真66-84
• 5.1 AMESim软件概述66-69
• 5.2 能量再生系统在AMESim软件中的建模69-74
• 5.3 系统仿真与特性分析74-79
• 5.4 基于AMESim的整车建模79-81
• 5.5 MATLAB与AMESim仿真比较81-83
• 5.6 本章小结83-84
• 6 结论与展望84-86
• 6.1 全文总结84-85
• 6.2 课题展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91
• 攻读硕士学位期间发表论文情况91

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