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单行星排动力耦合的并联混合动力客车换挡控制研究

陈剑峰  
【摘要】:在我国主要城市中,公交客车尽管在汽车总量中占有量较少,但排放的污染物却相当大,而混合动力公交车具有高效节能、环保减排的优势,因而对其的大力发展具有十分深远的意义。客车运行工况较复杂,行驶过程中换挡频繁,驾驶强度较大,况且一般的混合动力客车装备电机系统与发动机系统,其在不同模式下会有不同换挡策略,这进一步增加了手动换挡的难度。装有自动变速器的客车可以根据道路条件、车辆行驶状况自动变换挡位,减轻了驾驶员的负担。就多种自动变速器而言,机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission,简称AMT)不但具有结构简单、成本低及传动效率高的优势,而且优秀控制策略下的AMT传动系统还能极大改善客车节能效益与尾气排放,因此是混合动力客车理想的选择。由于AMT本身结构的限制,其换挡时存在动力中断,换挡冲击等缺陷会严重影响乘坐舒适性。因此,本文以单行星排动力耦合的并联混合动力客车为研究平台,对其AMT换挡过程的控制进行研究,以改善其换挡品质。本文主要内容如下:(1)分析单行星排动力耦合混合动力系统的结构特点。运用模拟杠杆法得出行星齿轮机构的转速和转矩特性。在此基础上对该混合动力系统的8种工作模式分别进行了具体分析,为AMT换挡控制策略的制定奠定基础。(2)该结构混合动力客车可以根据有无湿式离合器参与操作,将不同驱动模式下换挡控制分为两类。本文针对转速耦合驱动模式(换挡无离合器操作)与发动机单独驱动模式(换挡有离合器操作)分别建立了传动系统的动力学模型,并对换挡过程各个阶段进行了详细的动力学分析。根据相应的换挡评价指标,指出了换挡过程各阶段影响换挡品质的因素。(3)确定上述两种模式下换挡控制策略。其中转速耦合模式下,通过对发动机节气门开度的控制与电机主动调速来保证较好的换挡品质;在发动机单独驱动模式下,换挡过程涉及湿式离合器操作,通过分析湿式离合器的工作特性,本文对其建立了模糊控制法则来改善其结合品质。另外,还利用Stateflow建立自动换挡逻辑控制系统。(4)本文基于Matlab/Simulink与AMESim联合仿真平台,分别建立发动机单独驱动模式一、二挡之间升、降的仿真模型和转速耦合驱动模式三、四挡之间升、降的仿真模型,然后对仿真结果进行分析。离线仿真完成后,通过搭建Moto Tron实时仿真平台进行硬件在环测试,验证控制策略的可靠性和仿真模型的准确性。


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