双行星排式混合动力汽车动力系统建模与控制策略研究

【摘要】：近些年,由能源短缺与环境污染带来的问题日益突出,给我们的生存带来了巨大的挑战。当前,混合动力汽车因其优良的经济性和排放性得到了社会的认可,是汽车研究领域热点之一。基于双行星排的混联式混合动力汽车不仅能省去传统变速器,有效简化系统结构,还能丰富系统的工作模式,提高动力耦合机构的动态性能,克服单排、三排动力耦合机构的不足,具有更强的实用性和研究价值。本文依托国家自然科学基金:基于混杂系统理论的双行星排式HEV能量管理系统动态建模与优化控制研究,针对一种由两排单行星轮系组成的新型混合动力耦合装置,从行星排特征参数合理性分析、系统工作模式划分、运动学及动力学分析、整车模型和控制策略搭建到联合仿真分析进行了相关的研究。首先,针对一种双行星排混合动力耦合装置,从系统效率角度验证了双行星排特征参数选取的合理性。在此基础上,通过添加制动器和离合器实现了动力系统结构进一步优化。其次,根据离合器、制动器的结合状态和动力部件参与情况的不同,将双行星排混合动力系统合理地进行了模式划分。运用模拟杠杆法对提取的每个模式进行深入的分析,并得到了其运动学及动力学方程。随后,基于AVL/Cruise平台搭建了双行星排混合动力汽车整车模型。在MATLAB/Simulink软件中搭建发动机恒定工作点控制策略和发动机最优工作曲线控制策略,并进行了联合仿真。结果表明,相较发动机恒定工作点控制策略,发动机最优工作曲线控制策略实现了9.74%的节油率,同时动力电池的SOC也能保持在更良好的范围内。最后,针对发动机最优工作曲线控制策略中传统PI参数调节下存在的不足,引入模糊控制算法,对PI参数进行在线修正。仿真结果显示,相比于采用传统PI控制,在融合模糊算法后,系统中发动机转速跟随更加灵敏及时,有效抑制了波动,并且油耗在原有节油表现基础上又有了2.83%的改善。 【关键词】：双行星排 混合动力汽车 发动机最优工作曲线 模糊PI控制 CRUISE
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 选题背景及研究意义11-12
• 1.2 混合动力汽车分类及特点12-15
• 1.2.1 串联式混合动力汽车及特点12-13
• 1.2.2 并联式混合动力汽车及特点13-14
• 1.2.3 混联式混合动力汽车及特点14-15
• 1.3 功率分流式混合动力系统概述15-23
• 1.3.1 功率分流式混合动力系统分类15-17
• 1.3.2 国内外典型功率分流式混合动力系统分析17-23
• 1.4 混合动力汽车控制策略概述23-24
• 1.4.1 基于规则的控制策略23-24
• 1.4.2 基于优化算法的控制策略24
• 1.5 主要研究内容24-26
• 第二章 双行星排式混合动力系统结构设计与模式分析26-39
• 2.1 系统效率分析26-31
• 2.2 系统结构优化31
• 2.3 工作模式划分31-38
• 2.3.1 纯电动模式分析33-35
• 2.3.2 纯发动机模式分析35-36
• 2.3.3 复合驱动模式分析36
• 2.3.4 再生制动模式分析36-37
• 2.3.5 停车发电模式分析37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 第三章 双行星排式混合动力汽车动力系统建模39-50
• 3.1混合动力仿真软件选择39-42
• 3.2 部件建模42-46
• 3.2.1 发动机建模42-43
• 3.2.2 电机建模43-44
• 3.2.3 电池建模44-45
• 3.2.4 驾驶员模型改进45-46
• 3.3 信号连接46-49
• 3.3.1 机械与电气信号连接47-48
• 3.3.2 总线信号连接48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 整车控制策略设计及仿真研究50-62
• 4.1 模式识别50-52
• 4.1.1 规则制定50-51
• 4.1.2 门限值确定51-52
• 4.2 转矩分配52-56
• 4.2.1 发动机恒定工作点控制策略53-54
• 4.2.2 发动机最优工作曲线控制策略54-56
• 4.3 仿真结果及分析56-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 基于模糊PI的发动机转速优化控制62-74
• 5.1 模糊PI概述62
• 5.2 模糊控制策略研究62-65
• 5.2.1 模糊控制系统构成及分类62-64
• 5.2.2 模糊化64
• 5.2.3 模糊控制规则64-65
• 5.2.4 去模糊化65
• 5.3 模糊PI控制策略设计65-70
• 5.3.1 模糊PI控制器65-66
• 5.3.2 输入输出隶属度函数66-68
• 5.3.3 模糊控制器规则定义68-70
• 5.4 仿真结果及分析70-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 攻读学位期间参加的科研项目及学术成果80

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