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并联混合动力客车驱动模式切换扭矩协调控制算法研究

王浩  
【摘要】:混合动力汽车具有两种动力源,为了获得混合动力汽车较好的节能减排性能,整车控制器需根据整车工作条件及控制策略决定发动机、电机是否参与工作。根据这两种动力源是否参与工作,混合动力汽车可以有多种工作模式。由于混合动力汽车具有多种工作模式,也就存在各种模式之间的切换。模式切换过程中发动机、电机目标扭矩将会发生突变,由于发动机、电机动态转矩响应特性不同,在模式切换过程中存在动力中断及发动机、电机合成扭矩波动现象,这将对整车的动力性及乘坐舒适性产生较大的影响。为了减少该过程中的传动系统动力中断、合成扭矩波动,需对该过程中的扭矩协调控制进行研究。 本文以实际项目为依托,以双轴并联混合动力客车为研究对象,基于实车试验数据对发动机和电机转矩动态特性进行分析,针对该混合动力客车两类驱动模式切换采用了混杂系统切换控制及输入冗余系统无扰动切换控制以改善模式切换过程中的整车动力性及乘坐舒适性。论文主要研究内容包括如下几方面: (1)分析了双轴并联混合动力客车的工作模式及各工作模式之间的切换,对模式切换分为两类:有离合器动作的模式切换、无离合器动作的模式切换。探讨了两类模式切换的具体过程,并通过动力学分析得出模式切换过程中的冲击度并将其作为评判模式切换过程好坏的量,分析影响模式切换过程中冲击度的因素,其中发动机、电机转矩动态响应特性对冲击度的大小影响较大。本文基于实车试验对发动机和电机的转矩动态响应特性进行分析,为研究协调控制策略及混合动力客车的建模提供基础; (2)基于对发动机和电机转矩动态特性的分析,建立混合动力汽车的分层控制结构,首先对整车需求转矩采用基本的逻辑门限控制方法在发动机和电机间进行预分配,然后针对各类混合动力汽车模式切换过程采用混杂系统切换控制和输入冗余系统无扰动切换控制算法,以改善模式切换过程中的整车动力性及乘坐舒适性; (3)基于Matlab/Simulink平台,采用理论建模及试验建模相结合的方法搭建满足本文研究内容的正向动态仿真模型,其中关键部件模型主要包括:发动机模型、电机模型、电池模型、AMT模型等。在建模过程中,在能反映整车模式切换动态过程的前提下,对各部件转动惯量进行了一定的简化。在仿真模型中搭建了混合动力汽车转矩预分配模块、动态协调控制模块,将车辆各部件模块及控制模块集成从而完成模型的搭建,为验证混合动力汽车模式切换扭矩协调控制策略提供了条件; (4)利用所搭建模型对所采用的离合器动作的模式切换和无离合器动作的模式切换的扭矩协调控制算法分别进行了仿真研究。对有无扭矩控制算法的仿真结果进行对比,对比结果表明本文所采用动态协调控制算法能够显著改善模式切换过程中整车的动力性能及乘坐舒适性。


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