CVT重度混合动力汽车再生制动系统研究

【摘要】：随着环境污染、能源危机等问题的加剧，混合动力汽车（HEV）技术的发展进入了重要阶段。再生制动技术作为混合动力汽车的一项关键技术，能够有效节约燃油、延长行驶里程，是降低混合动力汽车燃油消耗率的重要手段之一。在混合动力系统中使用CVT（Continuously Variable Transmission，简称CVT）可以使混合动力汽车在再生制动模式下，通过利用CVT速比连续可调的优势优化电机工作点，保证汽车在再生制动模式下回收更多电能，提高整车能量回收率。 本文以装配CVT的重度混合动力汽车为研究对象，以提高回收制动能量为目标，针对整车制动力的合理分配以及制动安全性等关键问题进行了研究。利用AMEsim仿真平台建立了整车再生制动系统模型及CVT液压系统模型，并对其关键部件和系统的动态性能进行了仿真与分析；在Matlab/Simulink中建立再生制动系统控制策略模型并进行联合仿真。联合仿真的结果表明在车轮抱死时，再生制动系统在保证制动安全性的前提下可以有效的提高制动能量回收效率。论文主要研究工作包括以下四个方面： ①根据混合动力汽车制动系统所需功能，确定了本文基于ABS压力调节单元的制动系统的结构方案，并着重分析了其工作过程及工作原理，同时对本文的制动系统的关键元部件进行了参数匹配及选型。 ②基于混合动力汽车制动过程动力学分析，根据制动法规和制动动力学的要求，采用定比例制动力分配策略进行混合动力汽车前、后轴制动力分配；基于ABS防抱死理论及控制方法的分析，制定了基于逻辑门限值的ABS防抱死控制策略及再生制动与ABS防抱死制动协调控制策略。 ③在AMESim环境下进行再生制动系统关键部件（再生制动系统模型、ABS系统模型及车轮等）建模，同时建立CVT液压系统模型及整车15自由度动态仿真平台；在Matlab/Simulink环境下进行再生制动控制策略建模（电池模型、电机模型和控制策略模型等），通过AMESim-Simulink联合仿真对再生制动系统的制动性能进行分析。 ④当车轮未发生抱死时，分别进行了高附着系数路面不同制动强度的模拟仿真；针对传统紧急制动（无再生制动），分别进行了高附着系数路面紧急制动、低附着系数路面紧急制动等车轮发生抱死拖滑时的模拟仿真；最后，在高附着系数路面上进行了ABS与再生制动协调控制的仿真分析。仿真结果表明该控制策略既能保障车辆制动的稳定性，又能较大程度的回收制动能，验证了本文制定的再生制动控制策略的有效性。 【关键词】：混合动力汽车 CVT 再生制动控制 防抱死控制 联合仿真
【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;U463.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 混合动力汽车研究背景及意义10-11
• 1.2 混合动力汽车发展概况11-15
• 1.2.1 混合动力汽车分类及特点11-12
• 1.2.2 国外混合动力汽车研究动态12-14
• 1.2.3 国内混合动力汽车研究动态14
• 1.2.4 CVT 混合动力汽车研究现状14-15
• 1.3 混合动力汽车再生制动系统概述15-19
• 1.3.1 混合动力汽车再生制动研究背景及意义15-16
• 1.3.2 国外混合动力汽车再生制动研究现状16-17
• 1.3.3 国内混合动力汽车再生制动研究现状17-18
• 1.3.4 混合动力汽车再生制动与 ABS 协调控制研究现状18-19
• 1.4 本文的研究内容19-20
• 2 CVT 重度混合动力汽车制动系统结构方案及工作原理20-28
• 2.1 CVT 重度混合动力系统结构及其参数20-21
• 2.2 混合动力汽车制动系统结构方案及工作原理21-24
• 2.2.1 整车再生制动工作过程及影响因素21-22
• 2.2.2 混合动力汽车制动系统所需功能22-23
• 2.2.3 混合动力汽车制动系统结构方案23
• 2.2.4 混合动力汽车制动系统工作原理23-24
• 2.3 混合动力汽车制动系统参数匹配24-26
• 2.3.1 混合动力汽车制动系统主要参数24-25
• 2.3.2 前轮制动系统供油压力及流量的计算25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 3 混合动力汽车再生制动与 ABS 集成控制策略研究28-48
• 3.1 混合动力汽车制动过程动力学分析28-35
• 3.1.1 汽车行驶基本理论28-29
• 3.1.2 汽车制动过程分析29-31
• 3.1.3 传统汽车制动过程制动力分配31-34
• 3.1.4 混合动力汽车制动动力学分析34-35
• 3.2 混合动力汽车与传统汽车制动过程的比较分析35-36
• 3.3 混合动力汽车复合制动系统制动力分配策略36-40
• 3.3.1 制动强度门限值的确定36-38
• 3.3.2 定比例制动力分配的能量回收控制策略38-40
• 3.4 ABS 技术理论及控制方法40-44
• 3.4.1 车轮滑移率及其影响40-41
• 3.4.2 ABS 结构及工作原理41-42
• 3.4.3 ABS 的逻辑门限控制42-44
• 3.5 再生制动与 ABS 防抱死制动协调控制策略44-46
• 3.6 本章小结46-48
• 4 CVT 液压工作特性与建模48-64
• 4.1 CVT 液压系统结构及控制原理48-49
• 4.2 CVT 速比控制49-52
• 4.2.1 目标速比的确定49
• 4.2.2 CVT 主、从动带轮节圆半径之间的关系49-50
• 4.2.3 速比跟踪策略50-51
• 4.2.4 速比控制阀的建模51-52
• 4.3 CVT 夹紧力控制52-56
• 4.3.1 目标夹紧力的确定52-53
• 4.3.2 夹紧力控制策略53-54
• 4.3.3 夹紧力控制阀的建模54-55
• 4.3.4 仿真模型的建立55-56
• 4.4 CVT 模型56-58
• 4.5 模糊免疫 PID 控制器的设计58-63
• 4.5.1 免疫反馈算法机制58-59
• 4.5.2 模糊免疫 PID 控制器的结构与原理59-60
• 4.5.3 模糊免疫 PID 控制器的设计60-62
• 4.5.4 模糊免疫 PID 速比控制器优化后的仿真分析62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 混合动力汽车部件与系统的建模64-90
• 5.1 联合仿真系统软件简介及基本原理64-66
• 5.1.1 AMESim 和 Matlab/Simulink 软件介绍64
• 5.1.2 AMESim-Simulink 联合仿真系统设置及基本原理64-66
• 5.2 HEV 复合制动系统联合仿真平台66
• 5.3 基于 AMESim 的整车及部件建模66-75
• 5.3.1 车辆 15 自由度模型66-68
• 5.3.2 数据采集模块68-69
• 5.3.3 车轮模型69-71
• 5.3.4 摩擦制动系统模型71-74
• 5.3.5 ABS 液压控制单元模型74-75
• 5.4 基于 Simulink 的整车关键部件及控制策略模型75-83
• 5.4.1 发动机建模75-77
• 5.4.2 ISG 电机数值模型77-80
• 5.4.3 电池模型80-83
• 5.5 基于 Simulink 的再生制动控制策略建模83-87
• 5.5.1 接口模块83-84
• 5.5.2 制动模式判断模块84
• 5.5.3 制动力分配模块84-85
• 5.5.4 液压制动力矩与电机制动力矩调整单元85
• 5.5.5 ABS 系统控制策略85-87
• 5.6 联合仿真模型的建立87-89
• 5.7 本章小结89-90
• 6 基于整车行驶条件下的仿真结果与分析90-104
• 6.1 再生制动仿真工况及评价指标的选取90
• 6.1.1 制动工况的选取90
• 6.1.2 评价指标的确定90
• 6.2 非紧急制动仿真分析90-96
• 6.2.1 120km/h 的初始车速小强度制动工况仿真与分析90-93
• 6.2.2 120km/h 的初始车速大强度制动工况仿真与分析93-96
• 6.3 无再生制动的紧急制动仿真与分析96-100
• 6.3.1 高附着系数无再生制动的紧急制动仿真与分析96-98
• 6.3.2 低附着系数无再生制动的紧急制动仿真与分析98-100
• 6.4 ABS 与再生制动协调控制仿真与分析100-102
• 6.5 本章小结102-104
• 7 结论与展望104-106
• 7.1 全文总结104-105
• 7.2 研究展望105-106
• 致谢106-108
• 参考文献108-112
• 附录112
• 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录112

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