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基于动态特性的混合动力汽车模式切换控制研究

吴睿  
【摘要】:随着石油资源的枯竭和环境污染的日趋严重,发展混合动力汽车成为了大势所趋。混合动力汽车具有发动机与电机两种动力源,两者工作状态的不同组合可以使混合动力汽车具有多种工作模式,混合动力汽车可以根据行驶状态在各种模式之间进行切换。目前,对混合动力汽车的模式切换的理论研究主要还是在稳态模型的基础上进行的,在研究过程中并没有考虑传动系统部件的动态特性对模式切换过程的影响。然而,车辆在实际行驶过程中,传动系统部件的动态响应特性会对整车模式切换造成影响。因此,考虑传动系统动态特性的模式切换控制是模式切换理论研究的重点。本文针对一种装备DCT的单电机重度混合动力系统,深入研究传动系统关键部件的动态特性,建立了基于传动系统动态特性的仿真模型,进行了混合动力汽车模式切换动态控制研究,其主要工作内容如下:(1)分析了DCT重度混合动力系统的结构特点,提出了整车及传动系统各部件的参数;建立了考虑发动机动态特性的平均值模型,并且通过试验数据与仿真结果进行了对比验证;建立了ISG电机的动态仿真模型,对ISG电机转矩响应特性进行了仿真分析,并通过转矩试验进行了验证;同时建立了主离合器模型、蓄电池模型、湿式双离合器自动变速器模型、以及整车动力学模型,为模式切换动态过程的研究奠定了基础。(2)阐述了湿式主离合器的液压系统工作原理和组成结构,分别对湿式主离合器液压系统的关键部件高速开关阀和离合器油缸活塞进行了动态建模;建立了高速开关阀的占空比与离合器油缸控制油压的传递函数;利用Matlab/Simulink软件仿真平台,对高速开关阀的动态特性和离合器油缸活塞的位移响应特性进行了仿真分析。(3)对驾驶员的需求转矩进行了识别,并进行了工作模式区域的划分,确定了各工作模式下的动力源目标转矩;对发动机采用限制目标转矩变化率的算法进行控制,对电机采用直接转矩控制方法,并以发动机点火时刻为临界点将离合器的控制分为了两个阶段,并针对不同的阶段提出了不同的控制算法;对三类典型的模式切换过程进行了动力学分析,并制定了模式切换协调控制策略。(4)利用Matlab/Simulink软件仿真平台,搭建了混合动力汽车模式切换仿真模型,对动态建模下的模式切换仿真结果与稳态建模下的模式切换仿真结果进行了对比,最后进行了三种模式切换的台架试验验证。结果表明,动态建模下的模式切换仿真结果比稳态建模下的能更好的反映传动系统各关键部件的动态特性,与试验结果具有更好的一致性,为模式切换控制策略的完善和模式切换品质的评价奠定了基础。


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