坡道工况下混合动力汽车安全辅助控制

【摘要】：坡道安全辅助控制能够有效减轻驾驶员的操作负担和防止车辆滑行时产生超速，对提高车辆下坡安全具有重要意义。目前坡道安全辅助控制的研究主要集中在传统车辆的辅助制动器与陡坡缓降技术，但由于液压制动系统长时间、大功率使用可能因制动器热衰退影响车辆的制动安全，传统车辆仅能在低速范围内实现恒速的辅助控制。混合动力电动汽车（HEV）电机制动转矩具有响应速度快、控制精度高、稳定性好的特点，使得混合动力汽车的主动坡道安全辅助控制成为可能。本文在分析下坡路段驾驶员的驾驶习惯、驾驶意图及HEV制动系统特点的基础上，提出了基于安全性，并考虑经济性和舒适性的混合动力汽车坡道安全辅助控制方法，并对该方法所涉及的相关问题进行了研究。 基于驾驶员的行为特性分析和HEV制动系统特点，建立了坡道安全辅助控制的体系构架，并对驾驶员意图识别及辅助制动过程中的多系统、多目标协调控制技术进行了研究，实现了HEV下坡滑行过程中主动的安全辅助控制。 针对所设计的体系构架，对其中关键技术进行了研究。在驾驶员意图识别方面，根据驾驶员的驾驶习惯和驾驶意图，确定了坡道安全辅助控制的时机和控制目标；考虑辅助制动模式与驾驶员控制模式之间的平稳切换、切换过程中的行车安全及实现辅助制动过程中驾驶员可对目标车速的任意调整，分别设计了以当前状态所对应的平路加速度为目标的加速踏板退出控制策略，以车速不增加为目标的制动踏板退出控制策略。在制动系统的转矩分配、协调控制方面，基于整车的制动安全和经济性的提高，依据各制动系统的制动能力，提出了辅助制动转矩的分配方法；考虑发动机制动转矩接入过程中对整车平顺性的影响，利用起动电机转速控制模式下电机转速精确可控的特点，制定了驱动电机与发动机复合制动时的动态协调控制策略；为弥补液压制动转矩控制精度不高、响应慢的不足，充分发挥驱动电机制动转矩响应速度快、控制精度高的优势，制定了前馈加反馈的电机、发动机和液压系统复合制动的动态协调控制策略。 为验证坡道工况下HEV安全辅助控制方法的有效性，搭建了仿真与实车实验平台，仿真及实验结果表明，该方法不仅提高了下坡路段HEV行驶的安全性和经济性，而且减轻了驾驶员的操纵负担，改善了乘坐舒适性。 【关键词】：坡道安全 混合动力汽车 辅助控制 动态协调控制
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 主要符号对照表9-12
• 第1章 引言12-28
• 1.1 概述12-13
• 1.2 传统车辆坡道工况下辅助制动的研究13-17
• 1.2.1 发动机辅助制动14-15
• 1.2.2 电涡流及液力缓速器辅助制动15-16
• 1.2.3 陡坡缓降控制技术16-17
• 1.3 HEV 坡道辅助制动控制的研究17-25
• 1.3.1 混合动力汽车电机制动18-20
• 1.3.2 混合动力汽车制动能量回馈与制动稳定性协调控制20-21
• 1.3.3 混合动力汽车坡道辅助制动21-25
• 1.4 本文主要研究内容25-28
• 第2章 HEV 坡道安全辅助控制系统体系结构28-38
• 2.1 坡道安全辅助控制系统总体方案设计28-36
• 2.2 坡道安全辅助控制系统关键技术36-38
• 第3章 HEV 坡道安全辅助控制方法38-64
• 3.1 基于驾驶员意图识别的辅助制动目标制定38-50
• 3.1.1 下坡过程中驾驶员驾驶意图分析38-48
• 3.1.1.1 辅助制动对象分析及控制量选择39-40
• 3.1.1.2 下坡路段驾驶员驾驶意图与驾驶习惯的主观数据采集40-42
• 3.1.1.3 下坡路段驾驶员驾驶意图与驾驶习惯的实车验证42-47
• 3.1.1.4 结论47-48
• 3.1.2 驾驶员意图识别及辅助制动目标48-50
• 3.2 坡道安全辅助的进入、退出控制策略50-55
• 3.2.1 坡道安全辅助的进入、退出条件50-51
• 3.2.2 坡道安全辅助控制进入过程控制流程51-52
• 3.2.3 坡道安全辅助控制退出过程控制流程52-55
• 3.3 基于主观意图和安全性的坡道安全辅助退出过程控制55-63
• 3.3.1 驾驶员加速意图下安全辅助制动转矩的退出56-60
• 3.3.2 驾驶员制动意图下安全辅助制动转矩的退出60-63
• 3.4 本章小节63-64
• 第4章 HEV 辅助制动转矩控制64-89
• 4.1 基于安全性、经济性和舒适性的多系统转矩分配64-73
• 4.1.1 辅助制动转矩的计算64-65
• 4.1.2 各制动系统的制动能力65-70
• 4.1.3 各制动系统的特性分析70
• 4.1.4 辅助制动转矩的分配70-73
• 4.2 电机、发动机和液压制动系统复合制动的协调控制策略73-80
• 4.2.1 电机及液压制动系统特性分析74-76
• 4.2.2 电机、发动机和液压制动系统复合制动控制76-80
• 4.3 电机、发动机动态协调控制策略80-85
• 4.3.1 发动机直接引入传动系统的实验数据分析81-82
• 4.3.2 发动机制动接入过程控制82-84
• 4.3.3 发动机制动接入过程中的驱动电机协调控制84-85
• 4.4 驱动电机单独制动控制策略85-87
• 4.5 本章小节87-89
• 第5章 HEV 坡道安全辅助控制仿真平台与分析89-113
• 5.1 HEV 坡道安全辅助控制仿真平台89-94
• 5.1.1 HEV 坡道辅助控制仿真平台结构89-91
• 5.1.2 仿真模型的搭建91-94
• 5.2 HEV 坡道安全辅助控制仿真分析94-112
• 5.2.1 驾驶员意图识别94-97
• 5.2.2 辅助控制模式切换97-100
• 5.2.3 电机单独制动100-101
• 5.2.4 电机与发动机复合制动101
• 5.2.5 电机、发动机与液压复合制动101-104
• 5.2.6 坡道安全辅助控制的退出过程104-111
• 5.2.7 坡道安全辅助控制方法应用前景111-112
• 5.3 本章小节112-113
• 第六章 HEV 坡道安全辅助控制实验平台搭建与实验验证113-144
• 6.1 HEV 坡道安全辅助控制硬件在环实验平台113-123
• 6.1.1 实验平台总体设计113-115
• 6.1.2 实验平台的参数测定115-118
• 6.1.3 HEV 坡道安全辅助控制硬件在环实验118-123
• 6.2 HEV 坡道安全辅助控制实车实验平台123-127
• 6.2.1 实验车辆改造总体方案123-124
• 6.2.2 HEV-DAC 整车控制系统 RCP 开发124-126
• 6.2.3 硬件平台设计126-127
• 6.3 混合动力汽车坡道安全辅助控制实车转毂实验127-133
• 6.3.1 实验方案设计127-128
• 6.3.2 起动电机拖起发动机的控制能力128-129
• 6.3.3 发动机静止状态接入过程控制129-131
• 6.3.4 发动机怠速状态接入过程控制131-133
• 6.4 HEV 坡道安全辅助控制实车道路实验133-143
• 6.4.1 实验方案设计133-134
• 6.4.2 电机单独辅助控制134-137
• 6.4.3 电机、发动机复合辅助控制137-139
• 6.4.4 辅助控制的退出139-143
• 6.5 本章小节143-144
• 第7章 结论144-147
• 参考文献147-153
• 致谢153-155
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果155-156

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