重度混合动力汽车驱动模式切换中的动力源转矩协调控制

【摘要】：为解决能源危机和环境污染问题，节能、环保成为未来的汽车发展的主题，由此加速了新能源汽车的发展，然而由于纯电动汽车短时间内在电池等关键技术上难以取得实质性进展，混合动力电动汽车将在相当长时间内发挥其独特优势。 混合动力汽车存在多种工作模式，模式切换动态过程中的转矩控制问题在实车行驶过程中的重要性日益凸显，如果控制不当可能使传动系统产生很大的转矩波动，给整车带来较大的冲击，并且系统输出转矩不能很好地跟随驾驶员需求转矩，从而影响到整车的驾驶性和平顺性。为此，本文针对一种采用行星排作为动力耦合机构的重度混合动力汽车在驱动模式切换过程中的动态问题进行了研究，制定了驱动模式切换过程的动力源转矩协调控制策略，以提高模式切换过程中的平顺性。并进行仿真分析，验证其有效性。主要展开以下工作： ①分析了基于行星齿轮机构为动力耦合机构的重度混合动力系统的结构特点，给出了系统关键部件的参数；对动力源及关键传动部件进行建模。 ②利用遗传算法优化BP神经网络的方法，根据发动机的试验数据，建立发动机转矩估计模型，为制定模式切换控制策略奠定基础。 ③建立了动力耦合机构的动力学模型，在此基础上，进行了各工作模式下的发动机、电机、湿式多片离合器的状态分析以及动力耦合机构动力学模型分析；进一步分析驱动模式切换过程中发动机、电机、湿式多片离合器的状态变化以及动力耦合机构状态变化，并根据湿式多片离合器状态变化将驱动模式切换过程概括为三类典型的模式切换过程，便于制定相应的模式切换控制策略。 ④进行各驱动模式下的转矩预分配策略研究，包括确定总需求转矩、模式切换条件以及发动机和电机的目标转矩；在对发动机输出转矩准确估计和对湿式多片离合器进行模糊控制基础上，基于电机补偿发动机转矩波动的方法，制定了驱动模式切换过程的动力源转矩协调控制策略。 ⑤在MATLAB/Simulink环境下，建立了重度混合动力汽车前向仿真模型，通过定工况和全工况的仿真结果分析，验证动力源转矩协调控制策略在驱动模式切换过程中的有效性。 【关键词】：重度混合动力汽车 模式切换 转矩协调控制 平顺性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的背景及意义9-10
• 1.2 混合动力汽车的国内外发展现状10-11
• 1.2.1 国外发展现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11
• 1.3 混合动力汽车动力源协调控制的研究现状11-14
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 发动机转矩估计的研究现状14-16
• 1.4.1 基于发动机平均值模型的转矩估计算法15
• 1.4.2 基于发动机曲轴瞬时转速的转矩估计算法15-16
• 1.4.3 基于神经网络的发动机转矩估计16
• 1.5 本文研究的主要内容和方法16-19
• 2 重度混合动力系统结构及关键部件建模19-33
• 2.1 重度混合动力系统结构及参数19-20
• 2.2 重度混合动力系统各部件建模20-31
• 2.2.1 发动机模型20-23
• 2.2.2 电机模型23-25
• 2.2.3 电池模型25-28
• 2.2.4 湿式多片离合器模型28-30
• 2.2.5 AMT 变速器、主减速器、整车动力学模型30-31
• 2.3 本章小结31-33
• 3 基于遗传算法优化 BP 神经网络的发动机转矩估计33-43
• 3.1 遗传算法直接训练 BP 神经网络的权重33-35
• 3.1.1 BP 神经网络和遗传算法理论基础33-34
• 3.1.2 遗传算法直接训练 BP 神经网络的权重34-35
• 3.2 遗传算法优化 BP 神经网络各参数的确定35-40
• 3.2.1 数据预处理36-38
• 3.2.2 遗传算法种群规模的确定38
• 3.2.3 遗传算法交叉概率，突变概率的选取38
• 3.2.4 BP 神经网络学习算法的确定38-39
• 3.2.5 BP 神经网络隐含层数和隐含层神经元数的确定39-40
• 3.3 发动机转矩估计模型40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 重度混合动力系统工作模式分析43-59
• 4.1 动力耦合机构特性分析43-45
• 4.1.1 行星齿轮机构的转速转矩方程44
• 4.1.2 动力耦合机构的动力学模型44-45
• 4.2 不同模式下的系统动力学模型45-51
• 4.2.1 纯电动模式45-46
• 4.2.2 发动机驱动模式46-47
• 4.2.3 混合驱动模式47-49
• 4.2.4 行车充电模式49-50
• 4.2.5 再生制动模式50-51
• 4.3 模式切换过程的系统动力学模型51-55
• 4.3.1 纯电动模式到发动机驱动以及行车充电和混合驱动 a 模式51-53
• 4.3.2 发动机驱动模式到混合驱动 a 模式53
• 4.3.3 发动机驱动模式到行车充电模式53
• 4.3.4 混合驱动 a 模式到混合驱动 b 模式53-54
• 4.3.5 行车充电模式到混合驱动 a 模式54
• 4.3.6 发动机驱动模式到混合驱动 b 模式54-55
• 4.3.7 行车充电模式到混合驱动 b 模式55
• 4.4 模式切换过程分类55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 5 重度混合动力系统驱动模式切换转矩协调控制策略59-79
• 5.1 各驱动模式下的转矩预分配策略59-65
• 5.1.1 确定总需求转矩60-62
• 5.1.2 确定模式切换条件62-63
• 5.1.3 确定发动机和电机的目标转矩63-65
• 5.2 驱动模式切换动力源转矩协调控制策略65-69
• 5.2.1 有湿式多片离合器接合的模式切换66-68
• 5.2.2 有湿式多片离合器分离的模式切换68
• 5.2.3 无湿式多片离合器动作的模式切换68-69
• 5.2.4 模式切换控制流程69
• 5.3 发动机、电机及湿式多片离合器的控制69-77
• 5.3.1 发动机控制器70
• 5.3.2 电机控制器70-71
• 5.3.3 湿式多片离合器控制器71-77
• 5.4 本章小结77-79
• 6 模式切换转矩协调控制的仿真分析79-91
• 6.1 重度混合动力汽车前向仿真模型建立79-80
• 6.2 定工况仿真分析80-86
• 6.2.1 纯电动到发动机驱动模式切换的仿真结果81-82
• 6.2.2 混合驱动 a 到混合驱动 b 模式切换的仿真结果82-84
• 6.2.3 混合驱动 b 到混合驱动 a 模式切换的仿真结果84-85
• 6.2.4 发动机驱动到行车充电模式切换的仿真结果85-86
• 6.3 全工况仿真分析86-89
• 6.4 本章小结89-91
• 7 总结与展望91-93
• 7.1 全文总结91-92
• 7.2 展望92-93
• 致谢93-95
• 参考文献95-99
• 附录99
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录99
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录99

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