并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究

【摘要】：状态切换过程中如何使发动机和电动机协调工作从而保持动力传递平稳是并联式混合动力系统控制中的难点问题之一,但现有的研究成果中对该控制问题的研究却鲜有报道。本文针对该控制问题,完成了从“概念分析”到“算法开发”,从“仿真研究”到“关键技术研究”直至“台架试验验证”的全过程。 本文第一次将并联式混合动力系统状态切换过程中发动机和电动机之间如何协调工作的控制问题定义为“动态协调控制问题”,在对发动机和电动机动态特性分析的基础上,论述了动态协调控制问题产生的原因及控制的必要性。 本文首先提出了由转矩管理策略和动态协调控制算法两部分组成的面向动态协调问题的控制算法的体系结构。转矩管理策略以转矩为最主要的控制变量,根据总需求转矩和发动机稳态效率MAP图确定状态切换的条件以及发动机和电动机的目标转矩。动态协调控制算法建立在转矩管理策略基础之上,其基本算法为“发动机转矩开环+发动机动态转矩估计+电动机转矩补偿”。 然后,在离线仿真和实时仿真两种仿真平台上对定工况和全工况下的动态协调控制算法进行了初步验证。 在仿真研究的基础上,针对如何实现动态协调控制算法中的关键技术——发动机转矩在线估计提出了两种算法:基于发动机平均值模型的转矩估计算法和基于发动机曲轴瞬时转速的转矩估计算法。通过对算法原理、算法改进方法和试验结果的论述和分析,总结了这两种算法各自的优缺点和发展方向。然后,在对两者算法的估计精度、通用性和实现难易程度比较的基础上,选择了基于发动机曲轴瞬时转速的转矩估计算法作为发动机转矩在线估计算法,并利用了自行设计的MPC555的软硬件平台解决了算法的实时性问题,实现了较高精度的发动机转矩在线估计功能。 最终,利用实际台架试验对动态协调控制算法进行了验证,结果表明,动态协调控制算法有效地减小了状态切换过程中发动机与电动机转矩之和以及转速的波动,保证了动力传递的平稳性。