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插电式混合动力汽车模式切换过程的平顺性控制研究

尚阳  
【摘要】:当今全球内燃机汽车的保有量和年产量正迅猛增长,其中又以中国居首,由此导致的能源危机、城市大气污染(中国各大城市的雾霾天气)等问题日益严重。面对世界各国越来越严格的汽车尾气排放法规和有限的石油资源,全球汽车行业都在致力于研发一种低排放、高效能和消费者可以接受的新能源汽车。目前纯电动汽车是业界公认的新能源汽车。但受制于当前动力电池技术和当前基础设施的不完善,纯电动汽车的蓄势里程和充电时间都会给消费者带来很大的困扰。插电式混合动力汽车可以解决以上问题,且可以降低排放、提高整车系统效率。目前,其已经成为汽车工业由燃油时代向电驱动时代最佳的过渡产品。插电式混合动力汽车有多种工作模式,工作模式切换时,控制不当会造成整车平顺性变差,所以,插电式混合动力汽车工作模式切换的平顺性控制研究至关重要,是其能否被消费者接受,走向市场的关键。本文以一款搭载CVT(Continuously Variable Transmission)的插电式单电机混合动力汽车为研究对象,采用建模仿真、台架试验和整车道路试验的方法,对其工作模式切换过程的平顺性控制进行了深入的研究。本文主要工作内容如下:①对本文所研究的插电式单电机混合动力汽车结构进行了介绍,分析了发动机的稳态特性、动态特性以及发动机启动阻力矩的特点,建立了发动机的仿真模型;根据电机的转矩响应特性对电机进行了简化,建立了以电机需求转矩为输入量的一阶响应模型;电池非本文研究重点,故电池采用了最简单的内阻法建模,大大减小了计算时间;对湿式多片离合器的结构和工作原理进行了介绍,根据其传递转矩的特性,建立了以离合器结合油压为输入量的离合器模型;以最小燃油消耗为目标,分别对各工作模式进行了CVT速比优化,通过查表的方式控制CVT的速比。②对本文研究的插电式单电机混合动力系统的需求转矩进行了识别,驱动转矩按照驱动转矩最大值乘以加速踏板行程比(实时加速踏板行程和加速踏板最大行程的比)来识别,同理,制动转矩按照一般路面附着系数时的制动转矩最大值乘以制动踏板行程比来确定;对本文研究对象的工作模式区域以系统效率最优进行了划分;确定插电式单电机混合动力汽车各工作模式运行的区域,对各工作模式运行过程中动力源的目标转矩进行了预分配;确定了混合动力系统不同工作模式间切换的条件;分析了动力源和湿式多片离合器的特性,在此基础上,制定了各动力源控制模型、湿式多片离合器的控制模型及CVT速比的控制模型,提出了各类工作模式切换过程中的动力源、湿式多片离合器及CVT的协调控制策略。③对本文提出的控制策略进行仿真验证,在基于仿真平台Matlab/Simulink/Stateflow和Simdriveline上建立了插电式单电机混合动力系统控制策略的仿真模型,将工作模式切换分为湿式多片离合器接合的模式切换、湿式多片离合器无动作的模式切换、湿式多片离合器分离的模式切换。在各类型模式切换中分别选取了纯电动模式切换到发动机驱动模式、发动机驱动模式切换到发动机、电机联合驱动模式、发动机驱动模式切换到纯电动驱动模式为例进行了仿真研究,并对仿真结果进行了分析,验证了控制策略的有效性。且为台架试验和实车道路试验提供了控制策略的选择依据。④为了弥补仿真研究的不足,研究控制策略更真实的控制效果。搭建了插电式单电机混合动力系统模式切换平顺性控制策略验证的实验台架,对各模式切换进行了台架试验验证;且将模式切换平顺性控制策略应用于整车控制器,进行了整车的道路试验,经过对实验数据的分析研究,有效的验证了本文所提出的模式切换平顺性控制策略的实用性和有效性。


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