一種混聯(lián)式混合動力客車能量管理及模式切換協(xié)調(diào)控制研究.pdf

1、混合動力客車整車能量管理策略及行駛模式切換協(xié)調(diào)控制是提高混合動力客車能量轉(zhuǎn)換效率及車輛駕駛性能的關(guān)鍵。因此，針對混合動力客車在實際循環(huán)工況中多個動力源的能量分配和效率優(yōu)化及行駛模式切換動態(tài)過程中多個動力源的協(xié)調(diào)控制的研究對于實現(xiàn)混合動力客車的高效、平穩(wěn)運行具有重要意義。
　　 本文針對一種動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和零部件參數(shù)確定的混聯(lián)式混合動力客車，在整車能量管理策略及動力系統(tǒng)模式切換協(xié)調(diào)控制方面，以提高混合動力客車的燃油經(jīng)濟性和保證車輛的

2、駕駛性能為目標(biāo)，進行了整車動力學(xué)建模、純電動至并聯(lián)驅(qū)動模式切換過程中的駕駛性能分析、整車控制系統(tǒng)設(shè)計、硬件在環(huán)仿真試驗及實車道路試驗等方面的研究。
　　 根據(jù)混合動力客車整車能量管理策略有效性驗證及模式切換動態(tài)過程中駕駛性能分析的需求，針對混合動力客車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量流動方向，以Matlab/Simulink為平臺，建立了適用于混合動力客車整車能量管理策略及模式切換協(xié)調(diào)控制研究的混合動力客車整車動力學(xué)模型。模型基于理論建模和

3、試驗建模相結(jié)合的方法，充分反映了柴油發(fā)動機和電控自動離合器的動態(tài)性能，能較好地描述混合動力系統(tǒng)對整車控制器設(shè)定值的動態(tài)響應(yīng)特性。
　　 對于混合動力客車多個動力源的能量分配和效率優(yōu)化問題，基于迭代動態(tài)規(guī)劃方法和Elman動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計了混合動力客車的實時次優(yōu)能量管理策略。由于城市公交客車通常在固定的線路上運行，其道路循環(huán)工況相對確定。本文首先以最小燃油消耗為目標(biāo)，采用迭代動態(tài)規(guī)劃方法求解了混合動力客車在給定循環(huán)工況下的最優(yōu)控

4、制律;然后通過構(gòu)建Elman動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將采用迭代動態(tài)規(guī)劃方法計算出的最優(yōu)控制律從一組隨時間變化的序列轉(zhuǎn)化為一組隨狀態(tài)變化的序列，從而將迭代動態(tài)規(guī)劃方法的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于混合動力客車的實時控制;最后基于ETASPT-LABCAR硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)，建立了混合動力客車整車控制器硬件在環(huán)仿真試驗臺，對設(shè)計的實時次優(yōu)能量管理策略進行了硬件在環(huán)仿真試驗研究，驗證了控制策略具有實時控制功能且能顯著提高混合動力客車的燃油經(jīng)濟性。設(shè)計方法不僅極大地提高

5、了混合動力客車能量管理策略優(yōu)化的計算效率，也為混合動力客車能量管理策略的優(yōu)化提供了新的途徑。
　　 對于混合動力客車的動力系統(tǒng)在行駛模式切換過程中的協(xié)調(diào)控制問題，提出了基于自適應(yīng)模糊滑模方法的混合動力客車模式切換協(xié)調(diào)控制方法，在滿足駕駛員動力需求的前提下，以減小模式切換過程中的動力系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩波動和車輛縱向沖擊為目標(biāo)，設(shè)計了混合動力客車純電動至并聯(lián)驅(qū)動模式切換協(xié)調(diào)控制策略。本文首先分析了混合動力客車在純電動模式切換至并聯(lián)驅(qū)動模式

6、過程中的駕駛性能，并在此基礎(chǔ)上提出了混合動力客車從純電動模式切換至并聯(lián)驅(qū)動模式過程的協(xié)調(diào)控制原理及控制系統(tǒng)方案。然后采用自適應(yīng)模糊滑模方法，針對離合器在結(jié)合過程中的不同運行狀態(tài)，且在限制發(fā)動機油門變化率的基礎(chǔ)上分段設(shè)計了混合動力客車純電動至并聯(lián)驅(qū)動模式切換協(xié)調(diào)控制策略，并通過Lyapunov直接方法設(shè)計了自適應(yīng)律并分析了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設(shè)計方法將發(fā)動機實際輸出轉(zhuǎn)矩與其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的偏差和系統(tǒng)參數(shù)不確定性引起的偏差歸入統(tǒng)一的干擾項，因此設(shè)計

7、的模式切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在保證控制精度的同時避免了系統(tǒng)參數(shù)的在線辨識;同時干擾項采用自適應(yīng)模糊系統(tǒng)進行估計用于修正固定邊界層滑模控制器的控制參數(shù)，因此設(shè)計的模式切換協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在消除控制量顫振的同時減少了系統(tǒng)的控制誤差。相關(guān)仿真結(jié)果表明，設(shè)計的模式切換協(xié)調(diào)控制策略實現(xiàn)了混合動力客車純電動模式至并聯(lián)驅(qū)動模式的平穩(wěn)切換且顯著改善了離合器的工作狀況。
　　 針對混合動力客車實車道路試驗，設(shè)計了基于CAN總線的車載道路試驗測試系統(tǒng)，并進行