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混合动力汽车典型模式切换过程的控制策略及控制方法研究

李成  
【摘要】:随着全球石油资源短缺和气候环境污染问题的日益严重,开发油耗小、排放低的新能源汽车将是汽车工业发展的主题。混合动力汽车形式灵活、可实施性强,在现阶段能够较好地缓解能源短缺和环境恶化等问题。混合动力汽车具有发动机和电动机两种动力源,整车将会根据不同的工况工作在不同的模式,并进行模式切换。由于发动机和电机两种动力源存在动力耦合关系,其协调控制的好坏,直接影响混合动力汽车的耐久性、舒适性和动力性。因此,研究混合动力汽车工作模式切换过程的控制问题十分重要。本文以某单轴并联混合动力汽车为研究对象,主要对以下几个方面进行了研究:(1)分析单轴并联式混合动力系统的结构,简要介绍几种典型的工作模式,对不同驱动模式的切换进行分类,并介绍冲击度和滑摩功两项模式切换性能评价指标。(2)重点针对纯电动到发动机驱动这一模式切换过程,建立各阶段的整车动力学模型,并提出相应的控制策略。为平衡冲击度和滑摩功这两项性能评价指标之间的矛盾,提出在发动机起动阶段和电机及发动机转速同步阶段分别利用二次型最优控制理论和方法,求解离合器压力最优变化率,使目标泛函最优。同时为了解决权矩阵如何选取的问题,根据驾驶员驾驶意图和二次型权矩阵值之间存在的模糊关系,研究基于模糊推理的动态调整权矩阵值的方法。(3)在Matlab/Simulink环境下,搭建混合动力汽车仿真模型,对控制策略和控制方法进行了仿真和分析。仿真结果表明,本文提出的控制策略减少了离合器滑摩,提高了模式切换快速性,同时有效降低了动力耦合产生的转矩冲击。基于二次型最优的离合器压力控制,使得冲击度和滑摩功两者得以平衡,满足性能指标要求。根据驾驶员驾驶意图,基于模糊推理的动态调整权矩阵值大小的方法是行之有效的。(4)搭建基于xPC目标的硬件在环仿真系统,完成了测试系统软硬件平台的搭建和调试。利用真实的控制器对控制策略和方法进行算法实现,并对其进行测试和验证。硬件在环仿真实验结果与计算机仿真结果基本一致,表明控制算法的运行效果符合控制要求且满足实时性和可靠性。


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