深度混合动力汽车整车系统控制技术研究

【摘要】：混合动力汽车由于其兼备传统燃油汽车和纯电动汽车的双重优点，是近阶段汽车发展较为理想的选择，而搭载有采用行星排耦合技术的动力分流系统的深度混合动力汽车，其不仅燃油利用率高、节能减排效果好，而且市场占有率高，从而成为未来混合动力汽车的发展趋势，是汽车制造商争相发展的目标。本文通过对深度混合动力汽车动力系统结构和工作原理的研究和分析，对比先进混合动力技术，设计了整车运行模式、整车状态控制方法以及与之匹配的系统控制算法，采用建模和快速控制原型技术，经控制系统仿真、动力总成台架试验和整车转鼓试验成功地验证了系统控制算法的正确性，可以为同类型深度混合动力汽车系统控制技术的研究和开发提供一定的技术指导和借鉴。 设计并研究了深度混合动力汽车动力系统的结构和工作原理，对比经典和先进混合动力技术的结构和优缺点，设计了深度混合动力汽车的整车运行模式。采用扭矩控制方法和功率平衡控制技术，通过数学分析获得了混合动力系统中双行星排的各轴扭矩方程、扭矩平衡方程、动力学方程以及整车电功率平衡方程和动力学方程，并以以上数学方程为基础，设计了用于计算动力部件扭矩和功率的基础函数。 基于动力系统的基础函数和等效杠杆原理，通过对深度混合动力汽车整车各运行模式的分析和计算，以及对整车挡位状态、发动机状态和制动器状态等整车关键部件状态的控制研究，并结合对电机能力、发动机能力、动力电池能力、整车需求扭矩、动力电池荷电状态阈值以及发动机水温阈值等整车关键参数的计算和定义，设计了整车运行模式和状态控制的系统控制算法。 采用Simulink/Stateflow建模软件，将整车的动力系统基础函数，各运行模式控制算法，整车各关键部件状态控制算法，以及整车各关键参数的计算和定义算法建成了系统控制模型，并通过MotoTron快速控制原型系统开发工具将系统控制模型集成为快速控制原型开发系统，经系统仿真、动力总成台架试验和整车转鼓试验，从静态测试和动态测试两个方面成功地验证了深度混合动力汽车系统控制算法的正确性。 本文所设计的深度混合动力汽车的整车系统控制算法，采用扭矩控制方法和功率平衡控制技术，在合理分配发动机能量的同时，降低了整车的燃油消耗和排放，保证了整车的稳定运行以及整车各运行模式之间的平滑切换，达到了整车在经济性、动力性和排放性能上的最佳控制目标。 结合深度混合动力汽车系统控制算法的研究成果，学习和研究以Prius、Insight和Volt为代表的先进混合动力汽车动力系统的结构和整车系统控制算法，分析和对比我国开发混合动力汽车技术的不足，并明确以行星排动力分流系统作为混合动力汽车动力系统结构的主要发展趋势，为我国自主研发和设计混合动力汽车提供必要的技术支持，填补国内在动力分流深度混合动力汽车系统控制技术和试验研究上的空白，对未来我国汽车工业的发展具有深远意义。 【关键词】：深度混合动力 动力分流 系统控制算法 控制模型 仿真 快速控制原型 试验
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7;U463.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-20
• 第一章 绪论20-33
• 1.1 研究的背景与意义20-21
• 1.2 混合动力系统结构方案21-24
• 1.2.1 混合动力系统拓扑结构21-22
• 1.2.2 串联式混合动力系统结构方案22-23
• 1.2.3 并联式混合动力系统结构方案23
• 1.2.4 混联式混合动力系统结构方案23-24
• 1.3 混合动力系统技术现状24-28
• 1.3.1 国外混合动力系统技术现状24-27
• 1.3.2 国内混合动力系统技术现状27-28
• 1.4 混合动力系统发展趋势28-31
• 1.4.1 单电机加传统变速器混合动力系统28
• 1.4.2 动力分流混合动力系统28-31
• 1.5 本文的主要研究内容31-33
• 第二章 深度混合动力系统机构设计和动力部件技术参数分析33-46
• 2.1 动力系统机构设计33-37
• 2.1.1 机构设计33-37
• 2.1.2 机构对比37
• 2.2 动力部件技术参数分析37-45
• 2.2.1 发动机技术参数分析38-40
• 2.2.2 电机技术参数分析40-44
• 2.2.3 动力电池技术参数分析44-45
• 2.3 本章小结45-46
• 第三章 深度混合动力汽车整车运行模式与控制算法设计46-73
• 3.1 动力系统数学分析46-52
• 3.1.1 数学方程分析46-48
• 3.1.2 基础函数分析48-52
• 3.2 整车运行模式与控制算法设计52-72
• 3.2.1 制动器 B1打开的纯电动驱动和制动运行模式与控制算法52-55
• 3.2.2 制动器 B1锁止的纯电动驱动和制动运行模式与控制算法55-58
• 3.2.3 发动机起动运行模式与控制算法58-61
• 3.2.4 驻车充电运行模式与控制算法61-63
• 3.2.5 制动器 B2打开的低速混合动力驱动和制动运行模式与控制算法63-69
• 3.2.6 制动器 B2锁止的高速混合动力驱动和制动运行模式与控制算法69-72
• 3.3 本章小结72-73
• 第四章 深度混合动力汽车整车状态控制73-84
• 4.1 关键参数定义73-76
• 4.1.1 整车需求扭矩定义73-75
• 4.1.2 动力电池 SOC 阈值定义75
• 4.1.3 发动机水温阈值定义75-76
• 4.2 关键部件状态控制76-80
• 4.2.1 挡位状态控制76-78
• 4.2.2 发动机状态控制78-79
• 4.2.3 制动器 B1状态控制79
• 4.2.4 制动器 B2状态控制79-80
• 4.3 整车状态控制80-83
• 4.4 本章小结83-84
• 第五章 深度混合动力汽车整车控制系统仿真及试验研究84-109
• 5.1 控制系统建模84-97
• 5.1.1 基础函数优化84-86
• 5.1.2 基础函数建模86-94
• 5.1.3 整车状态控制建模94-97
• 5.2 控制系统仿真97-99
• 5.3 试验99-108
• 5.3.1 快速控制原型系统99
• 5.3.2 动力总成台架试验99-105
• 5.3.3 整车转鼓试验105-107
• 5.3.4 整车关键性能参数分析107-108
• 5.4 本章小结108-109
• 第六章 总结与展望109-112
• 6.1 主要研究工作总结109-110
• 6.2 主要创新点总结110
• 6.3 工作展望110-112
• 参考文献112-120
• 致谢120-121
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文121-122

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