一種混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車模式切換過程發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制策略研究.pdf

1、在能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的時(shí)代背景下，汽車作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶钪匾慕煌üぞ咧唬仨毟?jié)能、更高效和更清潔。混合動(dòng)力汽車是一種有效、可靠的新能源汽車解決方案，其中混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車兼具串聯(lián)式混合動(dòng)力和并聯(lián)式混合動(dòng)力的特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的提高整車經(jīng)濟(jì)性的能力。為了滿足整車能量管理策略的要求，混合動(dòng)力汽車在運(yùn)行過程中需要在不同模式間切換。然而，模式切換過程中，特別是純電動(dòng)模式向發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)或混合驅(qū)動(dòng)模式切換的過程中，涉及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、離合器結(jié)合等

2、瞬態(tài)過程，影響整車駕駛性和排放。因此，以優(yōu)化模式切換過程駕駛性和排放為目標(biāo)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制策略的研究，對(duì)提高混合動(dòng)力汽車整車性能具有重要意義。同時(shí)，由于模式切換過程的持續(xù)時(shí)間很短，且切換期間發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG、離合器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等多部件發(fā)生瞬時(shí)動(dòng)態(tài)變化，因此給研究帶來一定的挑戰(zhàn)。
　　本文針對(duì)一種混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車，通過研究純電動(dòng)模式向混合驅(qū)動(dòng)模式切換過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略和驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制策略，達(dá)到改善模式切換過程整車駕駛性和排

3、放的研究目標(biāo)。具體研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）采用Mototron快速原型控制器開發(fā)平臺(tái)，搭建發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)基本框架，并通過圖形化控制策略開發(fā)軟件Matlab/Simulink，開發(fā)基本的發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能模塊，包括電子節(jié)氣門控制、基本的進(jìn)氣量控制、噴油控制以及點(diǎn)火控制，為模式切換過程發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的研究提供基礎(chǔ)和平臺(tái)。
　　（2）針對(duì)模式切換時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程駕駛性和排放問題，進(jìn)行模式切換過程發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的研究。

4、首先，通過臺(tái)架測(cè)試對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)特性進(jìn)行研究。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須輸出足夠的有效轉(zhuǎn)矩，以保證起動(dòng)成功。因此，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量控制、噴油控制和點(diǎn)火控制都必須考慮有效轉(zhuǎn)矩輸出的需求；同時(shí)，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，首循環(huán)轉(zhuǎn)速低，油氣混合差，燃燒條件惡劣。接著，分析總結(jié)混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)控制的特點(diǎn)：一，ISG提供輔助轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略可以擺脫有效轉(zhuǎn)矩輸出需求的限制；二，ISG可以實(shí)現(xiàn)良好調(diào)速，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管壓力控制精確。最后，進(jìn)行模

5、式切換過程發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的優(yōu)化：一，轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的優(yōu)化，即工作點(diǎn)的優(yōu)化，包括發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)過程的離合器狀態(tài)選擇，首循環(huán)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，以及轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化路徑；二，噴油量的優(yōu)化，包括基于轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管壓力精確控制的噴油量?jī)?yōu)化，以及基于點(diǎn)火能量的噴油量?jī)?yōu)化。
　?。?）針對(duì)模式切換時(shí)離合器結(jié)合過程的駕駛性問題，進(jìn)行了模式切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略的研究。首先，建立用于模式切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略設(shè)計(jì)與仿真的混合動(dòng)力汽車整車系統(tǒng)動(dòng)

6、力學(xué)模型。接著，提出了模式切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制策略：一，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的一部分用于滿足整車駕駛需求，另一部分用于補(bǔ)償離合器輸出的轉(zhuǎn)矩對(duì)傳動(dòng)系和整車造成的影響；二，補(bǔ)償控制由基于離合器/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估計(jì)的前饋控制和用于消除離合器/發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩估計(jì)誤差和瞬態(tài)效應(yīng)的反饋控制兩部分組成。反饋控制器以理想車輪轉(zhuǎn)速為參考量，以實(shí)際車輪轉(zhuǎn)速為反饋量，基于忽略車輪負(fù)載轉(zhuǎn)矩并考慮參數(shù)辨識(shí)誤差的系統(tǒng)模型，采用魯棒控制理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)的控制策

7、略可以有效地補(bǔ)償離合器輸出轉(zhuǎn)矩，降低車輛沖擊度，改善整車駕駛性，并對(duì)模型參數(shù)辨識(shí)誤差具有一定的魯棒性。
　　（4）通過半實(shí)物臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了模式切換過程驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略的有效性。首先，搭建了半實(shí)物臺(tái)架測(cè)試平臺(tái)，將輸入測(cè)功機(jī)（模擬發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG組成的總成）、真實(shí)的變速箱（包括離合器）和虛擬車輛模型組成一個(gè)閉環(huán)的混合動(dòng)力系統(tǒng)，虛擬車輛模型由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制策略、主減速器、差速器、半軸、車輪、車身和路面組成。具體地，輸入測(cè)功機(jī)

8、經(jīng)過變速箱輸出的轉(zhuǎn)矩為虛擬車輛模型的輸入；虛擬車輛模型實(shí)時(shí)運(yùn)行并計(jì)算得出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制命令和左、右車輪轉(zhuǎn)速，分別作為輸入測(cè)功機(jī)的參考轉(zhuǎn)矩和左、右測(cè)功機(jī)的參考轉(zhuǎn)速；測(cè)功機(jī)跟蹤各自的參考轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)半實(shí)物臺(tái)架對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的模擬。接著，通過半實(shí)物臺(tái)架測(cè)試，驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略在車輛從純電動(dòng)模式向混合驅(qū)動(dòng)模式切換時(shí)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩沖擊，降低車輛沖擊度的有效性。同時(shí)，通過改變實(shí)驗(yàn)時(shí)的參考車速和虛擬模型的參數(shù)值，驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制策略的魯棒