混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、混合動(dòng)力汽車的再生制動(dòng)系統(tǒng)是區(qū)別傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車制動(dòng)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車節(jié)油的關(guān)鍵裝置之一。其能夠在汽車滑行或減速制動(dòng)過(guò)程中，利用汽車消耗的動(dòng)能拖動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)發(fā)電，并把產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在電池中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收，同時(shí)產(chǎn)生再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。再生制動(dòng)系統(tǒng)在降低汽車的燃油消耗及排放污染物的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了汽車的減速和制動(dòng)，對(duì)實(shí)現(xiàn)汽車的節(jié)能、減排以及延長(zhǎng)續(xù)駛里程等方面具有重要意義。
　　本文結(jié)合黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“混聯(lián)式混合動(dòng)力

2、系統(tǒng)優(yōu)化控制及硬件在環(huán)仿真研究”，重點(diǎn)研究了混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制策略及算法，并通過(guò)搭建的仿真平臺(tái)和研制的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。在保證制動(dòng)效能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了幾種典型制動(dòng)工況下制動(dòng)能量的高效回收。
　　首先闡述了混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)研究的背景及意義，混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。詳細(xì)分析了混合動(dòng)力汽車在制動(dòng)能量回收過(guò)程中的影響因素，以及

3、在研究中面臨的問(wèn)題。
　　以混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其結(jié)構(gòu)、工作原理以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池等關(guān)鍵組件的工作特性進(jìn)行了分析，建立了再生制動(dòng)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)混合動(dòng)力汽車的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，建立了整車動(dòng)力學(xué)模型、再生制動(dòng)系統(tǒng)總成及各組件的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，研究了制動(dòng)過(guò)程中前、后輪理想制動(dòng)力和實(shí)際制動(dòng)力的分配關(guān)系。
　　在分析最佳制動(dòng)感覺(jué)、最佳能量回收和并行制動(dòng)等三種典型制動(dòng)控制策略的基礎(chǔ)上，結(jié)

4、合混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定了系統(tǒng)制動(dòng)力的分配原則、實(shí)現(xiàn)方式及分配方法。采用制動(dòng)控制器與整車控制器獨(dú)立式的再生制動(dòng)控制系統(tǒng)，制動(dòng)控制器控制機(jī)械制動(dòng)，整車控制器控制再生制動(dòng)，制動(dòng)控制器與整車控制器之間采用 CAN總線通信。根據(jù)再生制動(dòng)控制系統(tǒng)輸入、輸出參數(shù)及要求，提出了本文的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制策略。
　　在對(duì)混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制過(guò)程中用到的PID控制、模糊邏輯控制等控制算法進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了模糊

5、PID控制算法。根據(jù)所提出的再生制動(dòng)控制策略，采用獨(dú)立式再生制動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并編制了控制流程圖。對(duì)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)中的再生制動(dòng)的控制采用模糊
　　PID控制，在對(duì)再生制動(dòng)模糊 PID控制器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分別對(duì)模糊控制器和PID控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終完成了模糊控制器與PID控制器之間采用串級(jí)式組合的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)模糊 PID控制器設(shè)計(jì)。
　　應(yīng)用

6、MATLAB/Simulink軟件建立了混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制策略模型，應(yīng)用AVL CRUISE軟件建立了混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車各動(dòng)力總成及制動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)化模型。通過(guò)搭建MATLAB/Simulink與AVL CRUISE軟件的聯(lián)合仿真平臺(tái)，進(jìn)行所建立的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制策略模型在典型制動(dòng)工況、滑行工況及典型循環(huán)行駛工況下的制動(dòng)過(guò)程仿真及分析。從仿真結(jié)果可得出，機(jī)械制動(dòng)與再生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電池SOC、制動(dòng)回收能量及制動(dòng)能量回

7、收率等參數(shù)在不同工況下的變化規(guī)律。
　　研制了一種基于底盤(pán)測(cè)功機(jī)的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)以dSPACE MicroAutobox作為實(shí)時(shí)控制器，以底盤(pán)測(cè)功機(jī)作為動(dòng)力總成的功率吸收及加載裝置，以VCX車輛通信模塊作為試驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集裝置。將在MATLAB/Simulink中建立的再生制動(dòng)系統(tǒng)控制策略模型下載到dSPACE MicroAutobox中，通過(guò)MATLAB/Simulink/RTW、dSPACE/RT

8、I和ControlDesk軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)過(guò)程的控制。采用研制的試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了模糊 PID控制策略下，分別對(duì)典型制動(dòng)工況中常用的中等制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的不同制動(dòng)初始速度下和典型的穩(wěn)態(tài)工況下的制動(dòng)工況，以及滑行工況的試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：所研制的再生制動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)行平穩(wěn)，并且采用的模糊 PID控制策略能有效地回收制動(dòng)能量，制動(dòng)能量回收率在三種工況下分別達(dá)到20％、25％及60％左右。本文為混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)控制系統(tǒng)