单轴ISG混合动力汽车转矩分配控制策略的研究

【摘要】：单轴ISG混合动力汽车控制策略设计是整车及其各子系统控制器设计中的重要一环，是实现单轴ISG混合动力汽车节能减排的基础。本文以国家“十一五”863节能与新能源汽车重大专项ISG混合动力汽车项目及其整车控制策略设计子课题为背景，研究了驱动工况下转矩分配控制策略、制动力矩动态分配控制策略、再生制动系统与ABS动态协调控制策略以及制动稳定性控制策略，并基于dSPACE实时系统进行了转矩分配控制策略的快速控制原型仿真试验。本文完成的主要工作和结论总结如下： 基于试验数据，建立了发动机、ISG电机、镍氢电池的半经验仿真模型和基于魔术公式的全工况轮胎经验模型，并基于理论建模的方法建立了传动系模型、液压制动系统模型、七自由度整车动力学模型和驾驶员模型，为单轴ISG混合动力汽车转矩分配控制策略的研究提供了仿真和验证的基础。 建立了ISG混合动力系统燃油经济性和排放性能的数值函数，以整车燃油经济性和排放性能最佳为目标函数，采用求解多元函数极值的方法求出在任一转速下的发动机和ISG电机的最佳转矩分配值，作为ISG混合动力系统的最佳工作点。将求解的最佳工作点作为ANFIS系统的先验知识，建立了ANFIS转矩分配系统，用于驱动工况下整车的转矩分配控制。仿真结果表明：与Insight电动辅助控制策略相比，在ANFIS转矩分配控制策略下，ISG混合动力汽车实现了更好的燃油经济性和排放性能。 提出了一种制动路面最佳滑移率的实时估计方法。通过将制动过程中前后轮利用附着系数与各种典型路面的峰值附着系数进行对比来判断为制动路面。根据路面附着系数与滑移率的函数关系，采用黄金分割法对附着系数极大值进行直接搜寻，获得路面的最佳滑移率。根据求得的路面最佳滑移率，设计了基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略。仿真结果表明：基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略能够有效的协调再生制动力矩和液压制动力矩，在轻中度制动工况下能高比率的回收制动能量；紧急制动时，在高、中、低以及突变附着路面上均能够通过对制动力矩的动态调整，保证车轮不出现抱死拖滑，在保证制动效能和制动安全的前提下有效的回收制动能量。 针对制动过程中路况的不确定性，将滑移率最优控制问题归结为极值漂移的实时动态寻优问题，提出了基于滑移率自寻优的再生制动系统与ABS动态协调控制策略。设计了滑移率模糊自寻优控制器，并采用遗传算法在线优化模糊控制规则。在高低附着路面、突变路面和分离路面上紧急制动的仿真结果表明：所提出的控制策略不仅能快速自动搜寻并控制车轮滑移率在最佳值附近，实现再生制动系统与ABS的动态协调，保证制动效能和制动稳定性，而且能够在紧急制动情况下回收到可观的制动能量。 为了保证在转向制动工况下的制动横向稳定性，提出了制动稳定性分层协调控制策略。基于模糊控制理论，对制动过程中需求的校正横摆力矩进行估计，将校正横摆力矩的补偿对制动力矩的需求转化为对再生制动力矩和车轮滑移率的调节。设计了滑移率模糊控制器，控制车轮滑移率在判定的目标值。通过对目标滑移率的实时确定，实现上层横摆力矩控制与下层滑移率及再生制动力矩控制的统一调节，保证了车轮不出现抱死。分别进行了转向情况下高低附着路面轻度制动和紧急制动的仿真分析，其结果表明：所提出的制动稳定性分层协调控制策略，在保持制动效能的基础上，实现了比单独实施滑移率控制更好的制动横向稳定性。 最后，进行了单轴ISG混合动力汽车转矩分配控制策略的快速控制原型仿真试验，验证了转矩分配控制策略及算法的基本控制性能，使经离线仿真验证的控制策略及算法进一步的得到完善和验证。 【关键词】：转矩分配 最佳工作点 再生制动 最佳滑移率控制 制动稳定性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 致谢12-20
• 第一章 绪论20-30
• 1.1 ISG 混合动力汽车特点、工作模式及国内外开发动态20-22
• 1.1.1 ISG 电机功能20-21
• 1.1.2 ISG 混合动力汽车特点及主要工作模式21
• 1.1.3 ISG 混合动力汽车国内外开发动态21-22
• 1.2 ISG 混合动力汽车转矩分配控制策略的研究现状22-26
• 1.2.1 驱动工况下转矩分配控制策略的研究现状23-24
• 1.2.2 制动力矩分配控制策略研究现状24-25
• 1.2.3 再生制动系统与 ABS 协调控制策略的研究现状25-26
• 1.2.4 转向制动工况下制动横向稳定性控制策略的研究现状26
• 1.3 课题主要研究内容26-30
• 第二章 单轴 ISG 混合动力汽车部件建模30-52
• 2.1 单轴 ISG 混合动力汽车驱动及制动系统结构30-31
• 2.1.1 驱动系统结构30-31
• 2.1.2 制动系统结构31
• 2.1.3 电池充放电系统结构31
• 2.2 动力传动系统建模31-39
• 2.2.1 发动机建模31-33
• 2.2.2 ISG 电机及其控制系统建模33-35
• 2.2.3 镍氢电池及其控制系统建模35-37
• 2.2.4 传动系建模37-39
• 2.3 液压制动系统建模39-41
• 2.3.1 ABS 液压调节器39
• 2.3.2 ABS 液压系统模型39-40
• 2.3.3 制动器模型40-41
• 2.4 车辆系统动力学模型41-48
• 2.4.1 整车动力学模型41-42
• 2.4.2 滚动阻力及空气阻力模型42-43
• 2.4.3 轮胎模型43-46
• 2.4.4 轮胎模型与整车动力学模型的联结46-48
• 2.5 驾驶员模型48
• 2.6 单轴 ISG 混合动力汽车主要参数48-51
• 2.7 本章小结51-52
• 第三章 驱动工况下 ANFIS 转矩分配控制策略的研究52-72
• 3.1 ISG 混合动力系统最佳工作点的确定方法52-56
• 3.1.1 ISG 混合动力系统性能数值模型52-54
• 3.1.2 最佳工作点的确定方法54-56
• 3.2 ANFIS 转矩分配系统设计56-61
• 3.2.1 基于 Takagi-Sugeno 模型的 ANFIS 系统结构56-57
• 3.2.2 混合学习算法57
• 3.2.3 ANFIS 转矩分配模型结构57-58
• 3.2.4 ANFIS 转矩分配模型的基础数据58
• 3.2.5 ANFIS 转矩分配模型初始化58-59
• 3.2.6 模型训练和检验59-60
• 3.2.7 模型输入输出关系曲面60-61
• 3.2.8 模型拟合精度61
• 3.3 整车仿真结果及分析61-71
• 3.3.1 仿真模型61-62
• 3.3.2 仿真结果及分析62-71
• 3.4 本章小结71-72
• 第四章 基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略的研究72-94
• 4.1 滑移率的实时计算72-74
• 4.1.1 车速的实时估计72-74
• 4.1.2 滑移率的实时计算74
• 4.2 基于路面附着系数-滑移率函数的最佳滑移率实时估计74-77
• 4.2.1 最佳滑移率估计的意义74-75
• 4.2.2 路面最佳滑移率的实时估计75-77
• 4.3 制动力矩动态分配控制策略77-85
• 4.3.1 制动模式判断及制动强度划分77-79
• 4.3.2 制动力矩动态分配控制策略逻辑79-80
• 4.3.3 制动力矩动态分配值的实时计算80-81
• 4.3.4 制动力矩动态调整值的实时计算81-85
• 4.4 仿真结果及分析85-92
• 4.4.1 仿真模型的建立85-86
• 4.4.2 车轮无滑移情况下的制动仿真分析(轻、中度制动)86-88
• 4.4.3 NEDC 循环工况下制动仿真分析88
• 4.4.4 车轮滑移情况下的制动仿真分析(紧急制动)88-92
• 4.5 本章小结92-94
• 第五章 基于滑移率自寻优的再生制动系统与 ABS 动态协调控制策略的研究94-106
• 5.1 滑移率模糊自寻优控制器设计94-99
• 5.1.1 滑移率实时动态自寻优问题94
• 5.1.2 滑移率实时动态寻优目标函数94-95
• 5.1.3 滑移率模糊自寻优控制器设计95-97
• 5.1.4 遗传算法在线优化模糊控制规则97-99
• 5.2 制动力矩增量的动态分配99-100
• 5.3 仿真结果及分析100-105
• 5.3.1 仿真模型的建立100-101
• 5.3.2 高附着路面紧急制动过程101-102
• 5.3.3 低附着路面紧急制动过程102-103
• 5.3.4 突变路面紧急制动过程103-104
• 5.3.5 分离路面紧急制动过程104-105
• 5.4 本章小结105-106
• 第六章 转向制动工况下制动稳定性分层协调控制策略的研究106-120
• 6.1 汽车制动横向稳定性控制问题106-107
• 6.2 制动稳定性分层协调控制策略107-113
• 6.2.1 制动稳定性分层协调控制逻辑107
• 6.2.2 校正横摆力矩的模糊估计107-109
• 6.2.3 校正横摆力矩的补偿109-111
• 6.2.4 目标滑移率的实时确定111-112
• 6.2.5 滑移率模糊控制器的设计112-113
• 6.3 仿真结果与分析113-119
• 6.4 本章小结119-120
• 第七章 转矩分配控制策略的快速控制原型仿真试验120-130
• 7.1 电控系统 V 型开发流程120-121
• 7.2 整车离线仿真模型121-122
• 7.3 转矩分配控制策略的快速控制原型仿真试验122-128
• 7.3.1 快速控制原型试验系统方案122-123
• 7.3.2 快速控制原型仿真试验控制模型123-124
• 7.3.3 试验结果与分析124-128
• 7.4 本章小结128-130
• 第八章 全文总结与展望130-134
• 8.1 全文总结130-131
• 8.2 论文创新点131-132
• 8.3 研究展望132-134
• 参考文献134-142
• 攻读博士学位期间参与的项目与发表的论文142

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

双离合器ISG混合动力电动汽车控制策略的仿真研究    王明

混合动力电动汽车技术发展与现状    何洪文,祝嘉光,李剑

汽车制动能量再生系统制动力分配研究    何仁;陈庆樟;

混合动力技术进展及相关建议    徐汉章;罗慧超;

混合动力电动汽车实现商品化的关键因素    邢伟岩,宋振宽,周雅夫

基于dSPACE的混合动力实验台系统开发研究    韦作高;刘振军;叶明;邓涛;

ISG混合动力再生制动系统硬件在环仿真    秦大同;杨阳;詹迅;胡建军;杨亚联;

ISG型混合动力汽车模糊控制策略及仿真    胡洪祥;秦大同;舒红;杨亚联;丁李辉;

ISG并联混合动力轿车最优转矩分配策略    王锋;冒晓建;卓斌;

ISG混合动力再生制动系统压力协调控制策略    杨阳;杨文辉;杨亚联;秦大同;

基于电量平衡的串联混合动力汽车瞬时优化控制    朱诗顺;任永乐;张月滨;朱道伟;王星博;

混合动力汽车制动能量回收与ABS集成控制研究    彭栋

基于滑移率的车辆防抱死制动系统的研究    刘国福

基于CVT的四轮驱动混合动力汽车传动控制策略研究    黄伟

汽车动力学稳定性横摆力矩和主动转向联合控制策略的仿真研究    赵伟

混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究    李卫民

混合动力公交车整车控制器的研究与开发    张建

驱动工况的ISG型混合动力汽车控制策略研究    胡洪祥

电池SOC估算策略研究    李贵海

并联式混合动力汽车控制策略的研究    张平平

汽车电子稳定性程序（ESP）控制方法及联合仿真研究    安丽华

并联式Plug-in HEV整车控制及能量管理系统研究    李鑫

模型(汽车)试验低速风洞设计    汪涌;龚光军;

汽车曲线制动工况的轴间动态制动力分配数学模型    边铭瑞;丁品先;

7CBY—1型挂车液压制动装置的设计    李伯峰;韩永法;

数值方法在汽车性能预测中的应用    王其东;羊拯民;

对汽车制动效能评价标准的探讨    方锡邦;

汽车驱动桥总成结构设计、三维建模与虚拟装配研究    钱斌;朱顺利;

混合动力技术与未来汽车的发展    徐小东;张炳力;

模糊自适应遗传算法在农村电站无功补偿优化中的应用    韩世芬;

拖拉机散热器的功能和使用探析    刘鼎军;

基于ADAMS/Car的车辆频率响应仿真分析    葛友刚;贾志绚;李捷;董永富;

汽车转向轮主销内倾角设计计算    魏道高;乔明侠;周福庚;吕召全;

HFC6700轻型客车制动过程的仿真计算    任国清;

基于状态反馈极点配置的4WS系统设计及仿真    王莉;杜家政;

浅谈离合器分泵支架优化设计    严思炜;郝世强;

主副一体整体式车架的改进    黄睿;

三轮汽车离合器的设计    汪世伟;张帅;邹潜艇;

突缘叉耳孔中心高尺寸对十字轴滚针轴承烧蚀失效的影响    尚国生;

商用车传动轴万向节叉断口分析    韩利;

面向空气悬架大客车操稳性的多体动力学建模与仿真研究    葛榕;秦东晨;徐一村;

三轮汽车离合器的设计    汪世伟;张帅;邹潜艇;

载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究    李佳

利用遗传算法对声障板优化设计的研究    曹宇

基于MAS的智能电压控制系统研究    陈得宇

基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究    刘翔宇

基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究    尹安东

类菱形车转向系统研究与分析    查云飞

HEV锂离子电池组管理关键技术研究    吴铁洲

面向服务的模具企业信息系统集成平台关键技术研究    胡沙

混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究    庞珽

干旱区典型流域水资源优化配置研究    何英

协同产品开发过程规划方法研究    张静

双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究    王禹

汽车发动机电控水泵冷却系统的设计及试验研究    傅寿字

无人艇的有限元参数化建模与变截面优化方法研究    黄铖

零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化研究    赵淑香

步态训练机器人骨盆控制机构研究    毕秋吉

多智能体调度优化算法研究    王东阳

多足机器人运动控制系统研究    穆星科

平面绳牵引并联机构的控制研究    万晓正

基于信息熵遗传算法的舰船导航路径规划技术研究    李魁星

混合电动汽车的技术现状    杨为琛,孙逢春

混合动力技术进展及相关建议    徐汉章;罗慧超;

电动汽车SOC估计方法原理与应用    林成涛,王军平,陈全世

混联式混合动力汽车控制策略研究综述    杨宏亮,陈全世

混合动力汽车控制策略的研究现状及其发展趋势    于秀敏;曹珊;李君;高莹;杨世春;钟祥麟;孙平;

ISG型中度混合动力汽车驱动工况控制策略优化    秦大同;叶心;胡明辉;陈清洪;

基于瞬时优化的HEV控制策略(英文)    胡红斐;罗玉涛;赵克刚;

6AT控制器的快速控制原型及硬件在环仿真研究    张炳力;杜红亮;金朝勇;赵韩;冯有成;周小华;

混合动力汽车扭矩管理策略    童毅,张俊智,欧阳明高

混合动力技术现状    李建如,陈潼

插电式混合动力电动汽车能量管理策略研究    张冰战

车用锂离子电池充放电性能及应用研究    魏跃远,林逸,林程,王震坡,何洪文

混合动力车辆动力系统建模与仿真    黄贤广;何洪文;

混合动力电动车电池荷电状态描述方法    吴红杰,齐铂金,郑敏信,陈波,舒伟辉

BJD6100-EV型电动公交车直流驱动系统研究    孙逢春,杨为琛,张承宁

用小波变换分析路面不平度及振动响应    李晓雷,韩宝坤

汽车ABS在对开路面上的弯道制动性能    王国业;刘昭度;王仁广;马岳峰;

电动大客车传动系统控制技术研究    林程;陈国强;孟祥;孙逢春;

轮胎－路面纵向附着动力学数学模型    刘昭度

基于自寻最优控制算法的可调谐滤波器控制器    徐帆;蒋正荣;陈建业;雷永红;苗海涛;

电动汽车技术发展趋势及前景    杨孝纶;刘晓康;汪斌;

电动汽车建模与仿真的研究    张翔

并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究    童毅

混合动力客车整车控制策略及总成参数匹配研究    刘明辉

基于机械自动变速的轻度混合动力传动系统综合控制研究    叶明

车辆防抱死制动系统的控制技术研究    侯光钰

混合动力城市客车控制策略与试验研究    王保华

并联式混合动力电动汽车的模糊逻辑控制    邱海漩

混合动力汽车试验台架的研究与开发    李战龙

ISG型轻度混合动力汽车动力传动系的匹配与仿真研究    杨伟斌

混合动力汽车动力总成故障诊断的研究    尚文峰

基于硬件在环控制的液力机械自动变速传动系统参数匹配与实验研究    徐佳曙

轻度混合动力汽车再生制动系统建模与仿真    詹迅

电动汽车再生制动稳定性研究    赵国柱

混合电动汽车总成控制器及驱动电机的矢量控制研究    曹松波

驱动工况的ISG型混合动力汽车控制策略研究    胡洪祥

ESP—汽车电子稳定系统仿真研究    张长冲

并联混合动力汽车的能量管理策略    祝超群;郭戈;

ISG型混合动力汽车系统设计与性能仿真    刘灵芝;

混合动力汽车用无刷直流电机控制系统设计    尹真;卢刚;李声晋;

基于SAE J1939协议的混合动力汽车ISG控制器设计    季新杰;李声晋;方宗德;芦刚;

基于模糊控制的柴油混合动力客车制动回馈    郭晋晟;王家明;杨林;卓斌;

混合动力汽车模糊逻辑转矩管理策略仿真    资新运;杜常清;张增建;颜伏伍;

并联混合动力轿车系统开发与试验匹配研究    张彤;朱磊;袁银南;陈笃红;王存磊;

DSP的混合动力汽车电机驱动系统的设计    杨立勇,王明渝,刘和平

混合动力汽车正向建模与仿真    王庆年,刘志茹,王伟华,曾小华

双排行星齿轮机构在混合动力汽车上的应用研究    魏跃远,林逸,林程,何洪文

Z源逆变器在42V混合动力汽车系统ISG驱动中的应用研究    张杰林;贾要勤;赵剑;李哲;王兆安;

一种混合动力汽车驱动控制研究    严世榕;洪亮;

混合动力汽车及其关键技术综述    李正浩;鲁植雄;

混合动力汽车的发展与应用    文少波;邹政耀;

并联混合动力轻型客车控制策略改进设计    何海波;郑燕萍;蒋元广;

一种并联型混合动力汽车控制系统研究    刘昌锦;岳伟甲;乐群;

准“绿色”混合动力汽车与环境保护    李军;秦大同;

一种并联混合动力汽车能量效率估算的方法    郑燕萍;何海波;蒋元广;徐晓美;

混合动力汽车热管理系统流场和温度场CFD分析    梁昌杰;陈方元;秦大同;

混合动力汽车热管理系统流场和温度场CFD分析    梁昌杰;陈方元;秦大同;

美国汽车角逐混合动力汽车市场（下）    峻岭

混合动力汽车驶入百姓生活    本报记者 谢莉葳 实习生 李玥林

2至3年,混合动力汽车将成市场主流    记者 范建

美国汽车角逐混合动力汽车市场（上）    峻岭

“重庆造”混合动力汽车跻身世界先进行列    记者 关媛媛

重庆政府采购自主研发混合动力汽车    记者刘阳子

油电混合动力汽车在美国大行其道    魏薇

混合动力汽车技术取得新突破    记者 李文峰　通讯员 夏伟雄 刘亚鹏

新能源元年从“弱混”开启”    本报记者 金丽媛

发展混合动力汽车刻不容缓    木子风

单轴ISG混合动力汽车转矩分配控制策略的研究    叶先军

ISG混合动力汽车能量优化管理策略研究    吴迪

ISG柴电混合动力汽车多能源管理策略研究    钟虎

单电机ISG型AMT重度混合动力汽车能量管理策略研究    彭志远

串联混合动力汽车能量优化管理策略研究    申彩英

串联混合动力汽车建模与能源管理系统控制策略研究    刘乐

基于CVT的混合动力汽车关键技术研究    张军

混合动力汽车复合储能系统参数匹配与控制策略研究    于海芳

超轻度混合动力汽车优化匹配与仿真研究    尹燕莉

车用永磁同步电机的参数匹配、协调控制与性能评价研究    王伟

基于LabVIEW的混合动力汽车驱动系统的研究    邓娟

基于行驶工况的混合动力汽车参数匹配、控制策略研究及仿真平台搭建    张桂连

混合动力电动客车的研究    程自珠

并联式混合动力汽车控制策略研究    岳淑彪

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    刘东阳

串联式Plug-in混合动力汽车能量管理控制策略研究    祝毅

PLUG-IN并联混合动力城市客车电功率比研究    姚佳

Plug-in混合动力汽车控制策略研究    杨攀

混合动力汽车参数设计及电机控制系统仿真    蒲斌

ISG型混合动力汽车的动力匹配与仿真研究    韩广德