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基于交通场景的混合动力汽车模式切换控制策略研究

公冶祥玉  
【摘要】:为了应对化石能源的消耗与环境污染,新能源汽车受到了越来越多的关注。由于混合动力汽车有着对电池技术要求不算高,工况种类多和续航里程长的优点,越来越得到各汽车企业的青睐。混合动力汽车可以由两种动力源组合成不同的工作模式,不同种的工作模式相互切换时,必然会引起动力传动系统发生动力中断或者转矩与转速的波动,影响整车驾驶性能和乘坐舒适性。传统的混合动力汽车的模式切换是由加速/制动以及当前车速和电池SOC等决定的,只有当系统状态发生改变,其模式才会根据设定的“模式切换边界条件”改变,且在模式切换时发动机响应较慢,所以传统模式切换具有“被动性”。随着当前智能交通技术在实车上应用日益增多,但是目前就路况信息对混合动力汽车的模式切换的影响尚缺乏系统的研究。通过应用智能交通系统,可以提前获取汽车的位置、车速等信息,考虑利用提前获取的交通信息确定混合动力系统的未来工作模式,通过当前模式与下一时刻模式对比,在两者不同的前提下,提前主动的控制发动机、电机、离合器等关键零部件,使“被动模式切换”转换为“主动的模式切换”,进一步改善整车的驾驶性能与平顺性。本文以插电式单轴并联混合动力系统为研究对象,对基于交通场景的混合动力汽车主动模式切换控制策略进行研究,主要研究内容如下:1)对本文的研究对象进行了结构分析,并且对关键部件进行动态分析,在Matlab/Simulink上分别建立了发动机、ISG电机、自动离合器和变速器等模型。2)对本文所研究的混合动力系统的工作模式进行分析,将其分为发动机介入和退出工作系统,并重点对发动机介入和退出传动系统的典型驱动模式间的切换进行切换过程中的动力学分析以及确定了评价模式切换品质的标准和方法。3)为研究基于交通场景下混合动力系统模式切换的主动性,制定基于交通场景的混合动力汽车主动模式切换的上下层控制策略。主要包括:(1)首先为满足混合动力系统在某个交通场景行驶中有模式切换的可能性,探讨并建立了红绿灯路口最优通行控制(OTLC,Optimal Traffic Light Control)的上层控制算法并以此构建交通场景,求解目标车速,获取交通信息。结合模式切换的边界条件以及所求得的目标车速确定混合动力系统在构建交通场景中的具体模式切换需求。(2)转矩分配作为模式切换控制策略的一部分,本文建立以经济性函数为目标的实时优化转矩分配算法,并在实时优化转矩分配算法基础上优化了SOC阈值以及混合驱动时的转矩分配算法,然后与传统的逻辑门规则转矩分配算法进行仿真对比验证。(3)将在构建的交通场景中所涉及到的具体模式间的切换与相应的传统模式切换相对比,并进行切换过程动力学分析。最后结合实时优化转矩分配算法制定相应主动模式切换控制算法和控制逻辑。其中实时优化转矩分配算法与主动模式切换算法构成下层控制策略。4)搭建半实物实时仿真平台对制定的控制策略进行验证分析。利用美国NI(National Instrument)公司的实时仿真系统与VCU整车控制器以及驾驶舱组成一个闭环的回路,在PreScan中搭建的具体场景中对主动模式切换控制策略进行实时仿真验证。通过与传统的“被动”模式切换控制策略相比较,结果表明,本文所制定的“主动”模式切换控制策略能够提前主动控制关键零部件,使模式切换提前完成,降低了模式切换时的冲击度,提高了模式切换品质。


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