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考虑再生制动的混合动力轿车能量管理策略及多能源集成控制研究

杨亚娟  
【摘要】:能源危机和环境污染问题日益严峻,人们对汽车工业节能环保的要求也日益提高。混合动力电动汽车具有低油耗、低排放的优点,被认为是目前最有希望替代传统内燃机汽车的方案。混合动力电动汽车能量管理控制策略和制动控制策略设计是整车控制系统设计的重要环节,这个课题属于混合动力电动汽车的关键技术,当前各国主流汽车厂商都在进行相关研究。 本文以“十一五”国家863计划电动汽车重大专项以及其他校企合作混合动力电动汽车项目为背景,在全面分析混合动力电动汽车的特点、研究现状和发展趋势的基础上,以混联式混合动力电动汽车为对象,做了如下几方面工作:根据驾驶员的转矩需求,对混合动力驱动系统的三个动力源进行工作转矩分配;制定再生制定控制策略,在满足法规要求和制定安全性的前提下,尽量回收制动能量;对电机和液压混合制动系统进行研究,制定混合制动控制策略;建立该混联式混合动力电动汽车前向式仿真软件平台;对该混合动力电动汽车控制策略进行仿真分析并研究了其在实车上的应用。 转矩分配策略是混合动力电动汽车控制策略设计的关键环节,是重要的节油点。它涉及到发动机和电机、电池的协同工作。本文研究了混联式混合动力系统的结构,分析了主要工作模式的能量流路径,提出了等效BSFC的方法,来对发动机和电机的工作转矩进行分配。 制动时的能量回收是提高混合动力电动汽车燃油经济性的重要技术之一。再生制动是目前混合动力电动汽车制造商普遍采用的一项技术。再生制动策略的涉及到制动安全性、驾驶员感觉和能量回馈率,需要对各方面因素进行综合考虑。在满足ECE制动法规要求并尽量提高安全性和驾驶员感觉的前提下,提出了一种最大制动能量回收控制策略,对制动时的电机工作点进行了基于全局效率最优的优化。 考虑到电机的制动效能以及制动稳定性,需要采用电机、液压制动相结合的混合制动方案。因此,再生制动控制系统与ABS液压制动控制系统协同工作的研究就成了混合动力电动汽车制动系统研究必须面临的问题。本文提出一种再生制动与ABS制动集成控制方案,实现常规制动与防抱死制动情况下摩擦制动与再生制动之间的配合。即确保制动安全性,又回收部分制动能量。 仿真平台的开发是混合动力电动汽车控制策略研究的重要组成部分,直接影响到控制器开发效率和精度。本文采用理论建模和实验建模结合的方法,在Matlab/Simulink环境中建立了适合混合动力电动汽车仿真分析和控制策略研究的动力学模型。模型主要包括整车、驾驶员、控制器、发动机、电机等动力源元件、变速器、离合器、功率消耗元件等。仿真和试验结果都表明了该模型的正确性和有效性,能够满足精度要求和后续工作需要。 在建立的混合动力电动汽车模型的基础上,建立了整车控制器模型,对前面设计的转矩分配策略及制动控制策略进行仿真分析。最后,搭建实车测试系统,进行了整车控制器的底盘测功机和道路试验。仿真和试验结果都表明,发动机和电机根据汽车状态和驾驶员需求协同工作,合理的分配驱动转矩,能量消耗满足设计要求。控制器能很好地控制再生制动系统和液压制动系统,在常规制动时回收制动能量约40%。防抱死制动时能保证制动强度和稳定性,并能回收部分制动能量。 能量管理策略和制动控制策略作为混合动力电动汽车的关键技术,在混合动力电动汽车研发中占有重要地位。希望本文的研究对于提高我国混合动力电动汽车研发水平和实现自主知识产权能够起到一定的作用。


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