单电机重度混合动力汽车模式切换与AMT换挡平顺性控制策略研究

【摘要】：混合动力汽车将传统的内燃机、电力驱动装置和储能装置结合在一起，通过良好的匹配和优化控制，实现最佳的能量分配，是当今最具实际开发意义的低油耗和低排放新能源汽车。然而，随着混合动力技术研究的不断深入，混合动力汽车动态过程的控制问题在实际研发过程中日益凸显，如模式切换过程引起的整车输出转矩大幅度波动，电控机械式自动变速器（简称AMT）换挡过程存在动力中断和换挡冲击等问题，对整车的动力性和平顺性产生了严重的影响。因此，上述动态过程的平顺性控制是推进混合动力汽车产业化的关键技术之一。 本文在重庆市重大科技攻关项目《重度混合动力长安轿车关键技术与样车开发》的资助下，针对装备AMT的单电机重度混合动力汽车，以提高模式切换和换挡过程的平顺性为研究目的，主要开展了如下研究工作： ①单电机重度混合动力系统结构特性分析 分析了单电机重度混合动力系统的结构特点，确定了系统各主要部件的参数。基于单排行星齿轮机构动力耦合装置的特点，运用模拟杠杆法分析了行星齿轮机构的转速和转矩特性。在此基础上对单电机重度混合动力系统的各种工作模式进行了详细分析，为工作模式切换和AMT换挡平顺性研究奠定了基础。 ②单电机重度混合动力汽车模式切换控制策略研究 在确定了单电机重度混合动力系统各工作模式切换的边界条件以及发动机与电机目标转矩的基础上，根据模式切换过程的相似性，将混合动力系统驱动模式之间的切换进行了分类。针对纯电动行进中启动发动机的模式切换过程，提出了发动机启动过程中电机转矩与离合器结合压力联合控制和发动机启动后电机转矩调节的分阶段动态协调控制策略；针对混合驱动过程中有离合器接合的模式切换过程，提出了基于电机主动调速和离合器接合压力控制的协调控制策略；针对离合器结合后存在发动机和电机转矩变化的模式切换过程，采用了“发动机节气门开度变化率限制+发动机转矩估计+电机转矩补偿”的协调控制策略。基于Matlab/Simulink和Matlab/Stateflow仿真平台对驱动工况下的典型工作模式切换进行了仿真分析，验证了模式切换控制策略的有效性。 ③单电机重度混合动力汽车AMT换挡平顺性控制策略研究 根据单电机重度混合动力汽车的结构特点，针对发动机驱动模式下的AMT换挡过程，采用了电机和发动机电子节气门联合调速的换挡控制策略；针对发动机与电机两自由度混合驱动模式下的AMT换挡过程，提出了不分离换挡离合器的电机主动同步换挡控制策略。基于MATLAB/Simulink仿真平台对这两种工作模式下的换挡平顺性控制策略进行了仿真分析，验证了换挡控制策略的有效性。 ④单电机重度混合动力汽车模式切换与AMT换挡品质客观评价研究 从整车动力性和舒适性两个方面确定了单电机重度混合动力汽车模式切换与AMT换挡品质的评价指标。在获取模式切换与AMT换挡品质的各评价指标和相应的驾驶员主观评价结果数据样本的基础上，采用遗传算法优化BP神经网络的方法，建立了模式切换与AMT换挡品质的客观评价模型。将客观评价模型的预测结果与驾驶员主观评价结果进行对比分析，验证了客观评价模型的正确性。通过评价指标个数以及每个评价指标对客观评价模型预测结果的影响分析证明了本文所选择的评价指标的合理性。 ⑤单电机重度混合动力汽车模式切换与AMT换挡平顺性试验 搭建了单电机重度混合动力系统试验台，利用Matlab/Simulink仿真平台和dSPACE实时控制工具，开发了重度混合动力系统控制系统。分别对模式切换控制策略和换挡平顺性控制策略进行了试验验证。利用建立的客观评价模型对模式切换与AMT换挡品质的试验结果进行了客观评价。 本文对单电机重度混合动力汽车模式切换与AMT换挡平顺性控制策略进行了系统的理论分析和仿真研究，并通过台架试验对理论分析进行了验证，仿真和试验结果取得了较好的一致性。本文研究为该混合动力汽车的控制策略开发和产业化提供了理论依据和试验方法。 【关键词】：重度混合动力汽车 机械自动变速器 模式切换平顺性 换挡平顺性 客观评价
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 1 绪论11-29
• 1.1 课题的来源及意义11-12
• 1.2 国内外混合动力汽车发展现状12-19
• 1.3 混合动力汽车模式切换控制策略研究现状19-21
• 1.4 混合动力汽车 AMT 换挡平顺性控制策略研究现状21-24
• 1.5 混合动力汽车模式切换与换挡品质客观评价研究现状24-25
• 1.6 本文主要研究内容25-29
• 2 单电机重度混合动力系统的结构特性分析29-43
• 2.1 引言29
• 2.2 单电机重度混合动力系统总体结构及组成部件参数29-33
• 2.2.1 总体结构29-30
• 2.2.2 主要组成部件参数30-33
• 2.3 单电机重度混合动力系统的特点33
• 2.4 行星齿轮机构特性分析33-35
• 2.4.1 转速特性34-35
• 2.4.2 转矩特性35
• 2.5 单电机重度混合动力系统工作模式分析35-41
• 2.6 本章小结41-43
• 3 单电机重度混合动力汽车模式切换动态过程控制策略研究43-71
• 3.1 引言43
• 3.2 转矩分配策略43-48
• 3.2.1 驾驶员需求转矩识别43-45
• 3.2.2 工作模式区域划分45-47
• 3.2.3 发动机和电机目标转矩分配47-48
• 3.3 动力源和湿式多片离合器的控制48-56
• 3.3.1 发动机的控制48-49
• 3.3.2 电机的控制49
• 3.3.3 湿式多片离合器的控制49-56
• 3.4 模式切换控制策略56-64
• 3.4.1 模式切换分类56-57
• 3.4.2 第一类模式切换控制策略57-61
• 3.4.3 第二类模式切换控制策略61-62
• 3.4.4 第三类模式切换控制策略62-64
• 3.5 模式切换总体控制流程64-65
• 3.6 仿真分析65-69
• 3.6.1 纯电动切换至发动机驱动仿真65-67
• 3.6.2 混合驱动 b 至混合驱动 a 仿真67-68
• 3.6.3 发动机驱动至混合驱动 a 仿真68-69
• 3.7 本章小结69-71
• 4 单电机重度混合动力汽车 AMT 换挡平顺性控制策略研究71-87
• 4.1 引言71
• 4.2 单电机重度混合动力汽车在发动机驱动模式下的 AMT 换挡平顺性控制策略71-78
• 4.2.1 换挡过程动力学分析72-77
• 4.2.2 基于电机与发动机电子节气门联合调速的换挡平顺性控制策略77-78
• 4.3 单电机重度混合动力汽车两自由度混合驱动模式下的 AMT 换挡平顺性控制策略78-82
• 4.3.1 换挡过程动力学分析79-81
• 4.3.2 不分离换挡离合器的电机主动同步换挡平顺性控制策略81-82
• 4.4 仿真分析82-86
• 4.4.1 单电机重度混合动力汽车在发动机驱动模式下的换挡平顺性仿真82-84
• 4.4.2 单电机重度混合动力汽车两自由度混合驱动模式下的换挡平顺性仿真84-86
• 4.5 本章小结86-87
• 5 单电机重度混合动力汽车模式切换与 AMT 换挡品质客观评价研究87-101
• 5.1 引言87
• 5.2 模式切换与 AMT 换挡品质评价指标的确定87-92
• 5.3 模式切换与 AMT 换挡品质客观评价建模92-96
• 5.4 客观评价模型预测结果分析96-97
• 5.5 评价指标对客观评价模型预测的影响分析97-99
• 5.5.1 评价指标个数对客观评价模型预测结果的影响97-99
• 5.5.2 每个评价指标对客观评价模型预测结果的影响99
• 5.6 本章小结99-101
• 6 单电机重度混合动力系统模式切换与 AMT 换挡平顺性试验101-117
• 6.1 引言101
• 6.2 台架试验系统101-108
• 6.2.1 台架试验系统组成101-103
• 6.2.2 试验台工作原理103-106
• 6.2.3 数据采集及控制系统106-108
• 6.3 测控软件开发108-109
• 6.4 试验分析109-115
• 6.4.1 模式切换试验109-112
• 6.4.2 AMT 换挡平顺性试验112-114
• 6.4.3 模式切换与 AMT 换挡品质的客观评价114-115
• 6.5 本章小结115-117
• 7 全文总结与展望117-121
• 7.1 主要结论117-118
• 7.2 论文的主要创新点和继续研究的方向118-121
• 7.2.1 创新点118-119
• 7.2.2 继续研究方向119-121
• 致谢121-123
• 参考文献123-129
• 附录129
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录129
• B 作者在攻读学位期间参加的科研项目129

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