双行星排式液驱混合动力汽车模式切换的协调控制

【摘要】：与传统汽车不同，混合动力汽车至少具有两个动力源。不同的动力源的工作形式也构成了混合动力汽车不同的工作模式。已有的对混合动力汽车的研究主要集中于混合动力汽车稳态时的能量分配策略，通过合理分配以及优化动力源的工作，使得整车的燃油经济性大大改善。然而，在混合动力汽车进行模式切换时，由于动力源的动态响应特性，尤其是发动机的响应较慢，会使得动力源实际输出的总扭矩与整车需求的扭矩不一致，从而使车辆出现动力不足或者产生冲击等现象，良好的动态性能也是混合动力技术走向成熟的重要标志之一。 本文研究双行星排式液驱混合动力汽车模式切换时的协调控制问题。由于双行星排式结构可以实现发动机扭矩和转速与整车扭矩以及转速的双解耦，使得发动机的工作更加灵活，经济性得到很大改善，然而，由于双行星排式结构具有发动机、液压泵/马达A以及液压泵/马达B3个动力源，系统的工作比较复杂，针对这种构型的混合动力汽车的动态控制问题，本文作了以下几方面的研究： 第一：研究了影响发动机动态响应特性的因素以及估计发动机实时输出扭矩的方法，指出针对行星排这种特殊的结构，发动机传递到前排齿圈的实际扭矩可以通过液压泵/马达A的实际扭矩得到；研究了二次元件液压泵/马达的响应特性，建立了液压泵/马达的动态响应模型； 第二：研究了双行星排式液驱混合动力汽车所具有的工作模式以及模式间的切换条件。建立了双行星排式液驱混合动力汽车的动力学模型，进行了动力学分析，指出了整车的动力性以及冲击度分别取决于从拉维娜氏行星架输出的扭矩大小及其变化率。分析了在由发动机不工作模式与发动机参与工作模式之间切换时，产生动力不足以及冲击的原因，提出了提高车辆模式切换时动力性以及减小冲击的动态协调算法。针对后排的拉维娜氏结构，也进行了动力学分析，阐述了两个速比切换时的条件以及速比切换时对两个制动器的控制方法。 第三：本文通过AMESim软件，Matlab/simulink以及Matlab/stateflow搭建了双行星排式液驱混合动力汽车的联合仿真模型，对车辆模式切换时的动态控制问题进行了仿真验证,仿真证明了上述分析的正确性以及动态控制算法的可行性。在进行协调控制之后，模式切换时整车的动力性没有发生大的改变，冲击度也能达到预期的要求。 【关键词】：液驱混合动力 双行星排 模式切换 协调控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 混合动力汽车概述11-16
• 1.1.1 混合动力汽车的研究意义11-12
• 1.1.2 混合动力汽车的分类及其特点12-15
• 1.1.3 油液混合动力与油电混合动力的优势对比15-16
• 1.2 液驱混合动力汽车的研究现状16-20
• 1.2.1 国外对液驱混合动力汽车的研究现状16-18
• 1.2.2 国内对液驱混合动力汽车的研究现状18-20
• 1.3 混合动力汽车模式切换的研究意义及评价指标20-21
• 1.3.1 混合动力汽车模式切换的研究意义20
• 1.3.2 混合动力汽车模式切换的评价指标20-21
• 1.4 本文的研究意义21-23
• 1.5 本文主要内容23-25
• 第二章 双行星排式混合动力汽车构型以及动力源的特性分析25-39
• 2.1 双行星排式液驱混合动力汽车的参数25-26
• 2.2 双行星排式混合动力机构特性分析26-31
• 2.2.1 前行星排齿轮机构特性分析26-28
• 2.2.2 拉维娜氏齿轮机构特性分析28-31
• 2.3 发动机的动态特性研究31-34
• 2.3.1 发动机动态特性的影响因素31-32
• 2.3.2 发动机转矩的实时估计32-34
• 2.4 液压系统动态特性研究34-37
• 2.4.1 液压泵/马达的特性研究34-37
• 2.5 本章小结37-39
• 第三章 ：双行星排式液驱混合动力汽车模式切换的协调控制分析39-53
• 3.1 双行星排式液驱混合动力汽车的运行模式分析39-42
• 3.2 协调控制算法42-50
• 3.2.1 确定驾驶员的总需求扭矩42-43
• 3.2.2 双行星排式液驱混合动力汽车运行模式的动力学分析43-45
• 3.2.3 双行星排式液驱混合动力汽车模式切换的动态协调控制算法45-50
• 3.3 拉维娜氏结构两个制动器的控制分析50-51
• 3.3.1 传动比的选择50-51
• 3.3.2 拉维娜氏结构速比切换时制动器的控制51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 ：模式切换的仿真分析53-69
• 4.1 AMESim 软件介绍53-54
• 4.2 双行星排式液驱混合动力汽车的仿真模型54-58
• 4.3 双行星排式液驱混合动力汽车模式切换时的仿真验证58-64
• 4.3.1 马达 B 单独驱动模式到发动机驱动并充压模式的仿真验证58-61
• 4.3.2 发动机驱动并充压模式到马达 B 单独驱动模式的仿真验证61-64
• 4.4 拉维娜氏行星齿轮速比切换时的仿真分析64-66
• 4.4.1 由低速模式向高速模式切换时的仿真分析64-65
• 4.4.2 由高速模式向低速模式切换时的仿真分析65-66
• 4.5 本章小结66-69
• 第五章 ：全文总结及展望69-71
• 5.1 全文总结69-70
• 5.2 研究展望70-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

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