混合動(dòng)力汽車(chē)AMT換檔策略及換檔控制的研究.pdf

1、汽車(chē)保有量的增加和人們對(duì)環(huán)境、能源問(wèn)題的日益關(guān)注推動(dòng)著汽車(chē)技術(shù)的不斷進(jìn)步?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)(HEV,Hybrid Electric Vehicle)兼有純電動(dòng)汽車(chē)和傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的優(yōu)點(diǎn),不僅油耗和排放性能顯著改善,而且具有續(xù)駛里程長(zhǎng)、成本適中等產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì),因此其受到了越來(lái)越廣泛的重視。本文即以國(guó)家863計(jì)劃混合動(dòng)力轎車(chē)項(xiàng)目為背景,主要研究混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)控制及其在實(shí)車(chē)上的應(yīng)用。
　　 整車(chē)控制是混合動(dòng)力汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一,主要包括兩

2、個(gè)方面的內(nèi)容:整車(chē)的能量管理策略和能量管理策略在動(dòng)力、傳動(dòng)系統(tǒng)中的實(shí)觀。車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及行駛平順性、離合器等部件使用壽命等等都依賴(lài)于整車(chē)的控制策略。
　　 能量管理策略的目的是提高車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性并減少?gòu)U氣排放。在研究混合動(dòng)力汽車(chē)的能量管理策略時(shí),學(xué)者往往針對(duì)的是發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩分配策略,在使用機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT,AutomaticMechanical Transmission)的混合動(dòng)力汽車(chē)中,變速系統(tǒng)檔位

3、的選擇會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)而影響車(chē)輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,因此換檔策略是能量管理策略的另一個(gè)方面。本文在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)燃油消耗特性分析的基礎(chǔ)之上,基于電機(jī)助力的轉(zhuǎn)矩分配策略,以車(chē)輛綜合燃油消耗最小為目標(biāo),提出針對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性換檔策略,進(jìn)一步完善了混合動(dòng)力汽車(chē)的能量管理策略。
　　 實(shí)現(xiàn)能量管理策略時(shí)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制是混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)控制的另一個(gè)主要方面?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)的能量管理策略通過(guò)AMT實(shí)現(xiàn),電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是混合

4、動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的控制區(qū)別與傳統(tǒng)汽車(chē)的關(guān)鍵。使用AMT的混合動(dòng)力汽車(chē)的換檔過(guò)程包括對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、離合器和變速系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制,是能量管理策略實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。現(xiàn)在研究整車(chē)控制多針對(duì)的是能量管理策略,動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制尤其是離合器參與工作時(shí)的相關(guān)研究尚需深入。
　　 為研究換檔過(guò)程的控制策略,本文對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)各部件的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入分析,提出和建立了包括發(fā)動(dòng)機(jī)、膜片彈簧離合器、永磁同步電機(jī)、同步器等在內(nèi)的混合

5、動(dòng)力汽車(chē)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真模型,該模型為控制策略的研究和開(kāi)發(fā)提供了必要的仿真平臺(tái)。
　　 混合動(dòng)力汽車(chē)換檔過(guò)程控制的目的是盡量縮短換檔時(shí)間并改善車(chē)輛行駛平順性和減小離合器磨損。車(chē)輛行駛的平順性與變速箱所傳遞的轉(zhuǎn)矩相關(guān),在換檔過(guò)程中將變速箱切換到目標(biāo)檔位并恢復(fù)車(chē)輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí),變速箱輸入轉(zhuǎn)矩由離合器和永磁同步電機(jī)共同提供。與發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器相比,永磁同步電機(jī)有較高的控制精度和響應(yīng)速度,因此控制策略是在平順、小磨損地接合離合器時(shí),通過(guò)調(diào)整電

6、機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛行駛平順性所需要的變速箱輸入轉(zhuǎn)矩。
　　 離合器接合控制是指通過(guò)控制離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減小離合器摩擦片的磨損并防止由離合器接合所引起的傳動(dòng)系統(tǒng)沖擊振動(dòng)。通過(guò)對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)中離合器接合過(guò)程的分析和對(duì)駕駛員離合器操縱經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),同時(shí)考慮到系統(tǒng)的非線(xiàn)性和不確定性,本文使用模糊邏輯的智能算法確定離合器接合的控制策略。在接合離合器時(shí),為減小摩擦片磨損,需要在防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)轉(zhuǎn)速和熄火的情況下,控制發(fā)動(dòng)機(jī)跟蹤離合器從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速,本

7、文使用實(shí)用性較強(qiáng)的PID算法控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)離合器接合控制所需要發(fā)動(dòng)機(jī)控制目標(biāo)。
　　 車(chē)輛行駛平順性與換檔過(guò)程中車(chē)輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的恢復(fù)時(shí)間相互制約,為此本文建立包括行駛平順性和動(dòng)力恢復(fù)時(shí)間等在內(nèi)的最優(yōu)控制綜合性能指標(biāo),使用極小值原理的方法確定多目標(biāo)時(shí)的最優(yōu)控制,由此確定的最優(yōu)控制給出了系統(tǒng)控制的最優(yōu)性能和控制目標(biāo)。由于最優(yōu)控制并沒(méi)有引入反饋,為使控制系統(tǒng)不受系統(tǒng)不確定性和外界干擾的影響,使用強(qiáng)魯棒性的滑模控制來(lái)跟蹤所設(shè)計(jì)的最

8、優(yōu)控制。
　　 在前述混合動(dòng)力汽車(chē)分析和建模的基礎(chǔ)上,對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的整車(chē)控制算法進(jìn)行了數(shù)值仿真和分析,仿真結(jié)果表明能量管理策略和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略能夠較大幅度地改善車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性和行駛平順性等指標(biāo)。本文最后通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)車(chē)控制系統(tǒng)和進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),對(duì)控制策略進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果表明了控制策略的有效性。
　　 作為混合動(dòng)力汽車(chē)控制核心技術(shù)之一,本文的研究對(duì)開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力汽車(chē),加快其產(chǎn)業(yè)化步