一種混聯(lián)式混合動力汽車模式切換過程發(fā)動機和驅(qū)動電機控制策略研究.pdf

1、在能源和環(huán)境問題日益嚴峻的時代背景下，汽車作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶钪匾慕煌üぞ咧唬仨毟?jié)能、更高效和更清潔?；旌蟿恿ζ囀且环N有效、可靠的新能源汽車解決方案，其中混聯(lián)式混合動力汽車兼具串聯(lián)式混合動力和并聯(lián)式混合動力的特點，具有較強的提高整車經(jīng)濟性的能力。為了滿足整車能量管理策略的要求，混合動力汽車在運行過程中需要在不同模式間切換。然而，模式切換過程中，特別是純電動模式向發(fā)動機驅(qū)動或混合驅(qū)動模式切換的過程中，涉及發(fā)動機起動、離合器結(jié)合等

2、瞬態(tài)過程，影響整車駕駛性和排放。因此，以優(yōu)化模式切換過程駕駛性和排放為目標，進行發(fā)動機和驅(qū)動電機控制策略的研究，對提高混合動力汽車整車性能具有重要意義。同時，由于模式切換過程的持續(xù)時間很短，且切換期間發(fā)動機、ISG、離合器和驅(qū)動電機等多部件發(fā)生瞬時動態(tài)變化，因此給研究帶來一定的挑戰(zhàn)。
　　本文針對一種混聯(lián)式混合動力汽車，通過研究純電動模式向混合驅(qū)動模式切換過程中的發(fā)動機控制策略和驅(qū)動電機控制策略，達到改善模式切換過程整車駕駛性和排

3、放的研究目標。具體研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：
　　（1）采用Mototron快速原型控制器開發(fā)平臺，搭建發(fā)動機管理系統(tǒng)基本框架，并通過圖形化控制策略開發(fā)軟件Matlab/Simulink，開發(fā)基本的發(fā)動機控制功能模塊，包括電子節(jié)氣門控制、基本的進氣量控制、噴油控制以及點火控制，為模式切換過程發(fā)動機控制策略的研究提供基礎(chǔ)和平臺。
　?。?）針對模式切換時發(fā)動機起動過程駕駛性和排放問題，進行模式切換過程發(fā)動機控制策略的研究。

4、首先，通過臺架測試對傳統(tǒng)發(fā)動機起動特性進行研究。傳統(tǒng)發(fā)動機起動時，發(fā)動機必須輸出足夠的有效轉(zhuǎn)矩，以保證起動成功。因此，傳統(tǒng)發(fā)動機進氣量控制、噴油控制和點火控制都必須考慮有效轉(zhuǎn)矩輸出的需求；同時，傳統(tǒng)發(fā)動機起動時，首循環(huán)轉(zhuǎn)速低，油氣混合差，燃燒條件惡劣。接著，分析總結(jié)混合動力發(fā)動機起動控制的特點：一，ISG提供輔助轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機控制策略可以擺脫有效轉(zhuǎn)矩輸出需求的限制；二，ISG可以實現(xiàn)良好調(diào)速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進氣歧管壓力控制精確。最后，進行模

5、式切換過程發(fā)動機控制策略的優(yōu)化：一，轉(zhuǎn)速和負荷的優(yōu)化，即工作點的優(yōu)化，包括發(fā)動機目標轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)過程的離合器狀態(tài)選擇，首循環(huán)轉(zhuǎn)速和負荷，以及轉(zhuǎn)速和負荷的變化路徑；二，噴油量的優(yōu)化，包括基于轉(zhuǎn)速和進氣歧管壓力精確控制的噴油量優(yōu)化，以及基于點火能量的噴油量優(yōu)化。
　　（3）針對模式切換時離合器結(jié)合過程的駕駛性問題，進行了模式切換過程驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制策略的研究。首先，建立用于模式切換過程驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制策略設(shè)計與仿真的混合動力汽車整車系統(tǒng)動

6、力學(xué)模型。接著，提出了模式切換過程驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩的控制策略：一，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩的一部分用于滿足整車駕駛需求，另一部分用于補償離合器輸出的轉(zhuǎn)矩對傳動系和整車造成的影響；二，補償控制由基于離合器/發(fā)動機轉(zhuǎn)矩估計的前饋控制和用于消除離合器/發(fā)動機轉(zhuǎn)矩估計誤差和瞬態(tài)效應(yīng)的反饋控制兩部分組成。反饋控制器以理想車輪轉(zhuǎn)速為參考量，以實際車輪轉(zhuǎn)速為反饋量，基于忽略車輪負載轉(zhuǎn)矩并考慮參數(shù)辨識誤差的系統(tǒng)模型，采用魯棒控制理論進行設(shè)計。仿真結(jié)果顯示，設(shè)計的控制策

7、略可以有效地補償離合器輸出轉(zhuǎn)矩，降低車輛沖擊度，改善整車駕駛性，并對模型參數(shù)辨識誤差具有一定的魯棒性。
　?。?）通過半實物臺架實驗，進一步驗證了模式切換過程驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制策略的有效性。首先，搭建了半實物臺架測試平臺，將輸入測功機（模擬發(fā)動機和ISG組成的總成）、真實的變速箱（包括離合器）和虛擬車輛模型組成一個閉環(huán)的混合動力系統(tǒng)，虛擬車輛模型由驅(qū)動電機及其控制策略、主減速器、差速器、半軸、車輪、車身和路面組成。具體地，輸入測功機

8、經(jīng)過變速箱輸出的轉(zhuǎn)矩為虛擬車輛模型的輸入；虛擬車輛模型實時運行并計算得出發(fā)動機轉(zhuǎn)矩控制命令和左、右車輪轉(zhuǎn)速，分別作為輸入測功機的參考轉(zhuǎn)矩和左、右測功機的參考轉(zhuǎn)速；測功機跟蹤各自的參考轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)半實物臺架對混合動力系統(tǒng)的模擬。接著，通過半實物臺架測試，驗證了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制策略在車輛從純電動模式向混合驅(qū)動模式切換時補償轉(zhuǎn)矩沖擊，降低車輛沖擊度的有效性。同時，通過改變實驗時的參考車速和虛擬模型的參數(shù)值，驗證了驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩控制策略的魯棒