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混合动力汽车动力总成参数匹配方法与控制策略的研究

郑维  
【摘要】: 随着全球能源与环境问题的日益突出,开发低油耗、低排放的新型汽车成为当今汽车工业发展的首要任务。混合动力汽车(HEV)融合了内燃机汽车和电动汽车的优点,是解决能源短缺和改善环境的有效手段之一,也是当代汽车发展的重要方向。作为一种新型的多能量源交通工具,其动力总成参数匹配与控制策略设计是混合动力汽车的核心技术,也是提高整车动力性能与经济性能的重要手段。因此,对其进行深入研究是十分必要的。本文深入研究了混合动力汽车动力总成各个部件的工作特性,并在此基础上,对HEV的系统建模方法、动力总成的参数匹配以及整车控制策略等理论和应用问题进行了研究。 为分析混合动力汽车各个动力总成的工作特性,解决HEV在开发初期动力总成参数匹配的问题,并为HEV整车控制策略的研究提供平台,本文结合HEV动力总成系统的结构特点,提出一种依据理论建模和实验数据建模相结合的方法对HEV系统进行建模和分析。针对HEV系统结构复杂的特点,对动力总成接口参数进行了规格化,使模型的能量流动情况变得更加清晰、直观,更具条理性,为开发HEV的控制策略、研究各总成的参数匹配与工作特性奠定了基础。 为解决混合动力汽车两大动力源发动机与电机功率的合理分配问题,本文对动力总成参数匹配与整车动力性能和经济性能的关系进行分析研究,在对混合动力汽车动力总成工作特性分析的基础上,研究了动力总成参数匹配对整车动力性能的影响;结合具体目标行驶工况,研究了动力总成参数匹配对混合动力汽车经济性的影响。在此基础上,提出了一种动力总成参数匹配方法,在满足整车动力性指标要求的前提下,不仅考虑了发动机效率,而且充分考虑了电机系统的效率问题,将多目标优化转为单目标优化,为HEV的初始设计与系统参数优化提供参考和依据。 为确定混合动力汽车合理而有效的控制策略,提高系统效率,获得最佳的燃油经济性,对HEV主要的两类控制问题进行了分析研究。在对各动力总成效率特性分析的基础上,提出了变速器的换挡控制策略,并对工作模式切换的问题进行了研究。在对基于规则的能量管理策略与基于动态规划全局最优能量管理策略分析的基础上,充分考虑电驱动系统效率,提出了基于实时优化的能量管理策略,并对HEV在不同能量管理策略下的燃油消耗以及各动力总成的工作特性进行了对比分析。 设计了基于TMS320F2812为核心的混合动力汽车整车控制平台,提出了控制系统硬件和软件的设计方案。同时给出了整车控制策略算法在该平台上的软件实现流程。最后对混合动力样车进行了实验研究,验证了本文所建立仿真模型以及所提出整车控制策略的正确性和有效性。


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