混合動力汽車AMT換檔策略及換檔控制的研究.pdf

1、汽車保有量的增加和人們對環(huán)境、能源問題的日益關(guān)注推動著汽車技術(shù)的不斷進步?；旌蟿恿ζ?HEV,Hybrid Electric Vehicle)兼有純電動汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的優(yōu)點,不僅油耗和排放性能顯著改善,而且具有續(xù)駛里程長、成本適中等產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢,因此其受到了越來越廣泛的重視。本文即以國家863計劃混合動力轎車項目為背景,主要研究混合動力汽車的整車控制及其在實車上的應(yīng)用。
　　 整車控制是混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一,主要包括兩

2、個方面的內(nèi)容:整車的能量管理策略和能量管理策略在動力、傳動系統(tǒng)中的實觀。車輛的燃油經(jīng)濟性、排放性能以及行駛平順性、離合器等部件使用壽命等等都依賴于整車的控制策略。
　　 能量管理策略的目的是提高車輛燃油經(jīng)濟性并減少廢氣排放。在研究混合動力汽車的能量管理策略時,學者往往針對的是發(fā)動機、電機的轉(zhuǎn)矩分配策略,在使用機械式自動變速器(AMT,AutomaticMechanical Transmission)的混合動力汽車中,變速系統(tǒng)檔位

3、的選擇會影響發(fā)動機、電機的工作狀態(tài)進而影響車輛動力性和經(jīng)濟性,因此換檔策略是能量管理策略的另一個方面。本文在并聯(lián)式混合動力汽車燃油消耗特性分析的基礎(chǔ)之上,基于電機助力的轉(zhuǎn)矩分配策略,以車輛綜合燃油消耗最小為目標,提出針對混合動力汽車的經(jīng)濟性換檔策略,進一步完善了混合動力汽車的能量管理策略。
　　 實現(xiàn)能量管理策略時動力傳動系統(tǒng)的控制是混合動力汽車整車控制的另一個主要方面。混合動力汽車的能量管理策略通過AMT實現(xiàn),電驅(qū)動系統(tǒng)是混合

4、動力汽車動力傳動系統(tǒng)的控制區(qū)別與傳統(tǒng)汽車的關(guān)鍵。使用AMT的混合動力汽車的換檔過程包括對發(fā)動機、電機、離合器和變速系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制,是能量管理策略實現(xiàn)的關(guān)鍵。現(xiàn)在研究整車控制多針對的是能量管理策略,動力傳動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制尤其是離合器參與工作時的相關(guān)研究尚需深入。
　　 為研究換檔過程的控制策略,本文對并聯(lián)式混合動力汽車動力傳動系統(tǒng)各部件的動力學特性進行深入分析,提出和建立了包括發(fā)動機、膜片彈簧離合器、永磁同步電機、同步器等在內(nèi)的混合

5、動力汽車瞬態(tài)動力學仿真模型,該模型為控制策略的研究和開發(fā)提供了必要的仿真平臺。
　　 混合動力汽車換檔過程控制的目的是盡量縮短換檔時間并改善車輛行駛平順性和減小離合器磨損。車輛行駛的平順性與變速箱所傳遞的轉(zhuǎn)矩相關(guān),在換檔過程中將變速箱切換到目標檔位并恢復車輛驅(qū)動轉(zhuǎn)矩時,變速箱輸入轉(zhuǎn)矩由離合器和永磁同步電機共同提供。與發(fā)動機和離合器相比,永磁同步電機有較高的控制精度和響應(yīng)速度,因此控制策略是在平順、小磨損地接合離合器時,通過調(diào)整電

6、機轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)車輛行駛平順性所需要的變速箱輸入轉(zhuǎn)矩。
　　 離合器接合控制是指通過控制離合器和發(fā)動機來減小離合器摩擦片的磨損并防止由離合器接合所引起的傳動系統(tǒng)沖擊振動。通過對混合動力汽車中離合器接合過程的分析和對駕駛員離合器操縱經(jīng)驗的總結(jié),同時考慮到系統(tǒng)的非線性和不確定性,本文使用模糊邏輯的智能算法確定離合器接合的控制策略。在接合離合器時,為減小摩擦片磨損,需要在防止發(fā)動機過轉(zhuǎn)速和熄火的情況下,控制發(fā)動機跟蹤離合器從動盤的轉(zhuǎn)速,本

7、文使用實用性較強的PID算法控制發(fā)動機節(jié)氣門來實現(xiàn)離合器接合控制所需要發(fā)動機控制目標。
　　 車輛行駛平順性與換檔過程中車輛驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的恢復時間相互制約,為此本文建立包括行駛平順性和動力恢復時間等在內(nèi)的最優(yōu)控制綜合性能指標,使用極小值原理的方法確定多目標時的最優(yōu)控制,由此確定的最優(yōu)控制給出了系統(tǒng)控制的最優(yōu)性能和控制目標。由于最優(yōu)控制并沒有引入反饋,為使控制系統(tǒng)不受系統(tǒng)不確定性和外界干擾的影響,使用強魯棒性的滑?？刂苼砀櫵O(shè)計的最

8、優(yōu)控制。
　　 在前述混合動力汽車分析和建模的基礎(chǔ)上,對混合動力汽車的整車控制算法進行了數(shù)值仿真和分析,仿真結(jié)果表明能量管理策略和動力傳動系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略能夠較大幅度地改善車輛燃油經(jīng)濟性和行駛平順性等指標。本文最后通過設(shè)計實車控制系統(tǒng)和進行相關(guān)試驗,對控制策略進行進一步的優(yōu)化和驗證,試驗結(jié)果表明了控制策略的有效性。
　　 作為混合動力汽車控制核心技術(shù)之一,本文的研究對開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的混合動力汽車,加快其產(chǎn)業(yè)化步