單電機多模式混合動力系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計分析與模式切換研究.pdf

1、混合動力汽車（HEV）具有燃油效率高，動力性能好，續(xù)駛里程長等優(yōu)點，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ男履茉雌?。然而，電?qū)動系統(tǒng)及動力耦合機構(gòu)的復雜性增加了開發(fā)成本并降低了系統(tǒng)可靠性，成為發(fā)展混合動力汽車的兩大阻礙。因此，開發(fā)一種技術(shù)繼承性好、性能穩(wěn)定可靠的高效混合動力系統(tǒng)對于HEV的推廣具有重要意義。
　　本文設(shè)計了一種新型的采用雙行星排四離合器進行動力耦合的單電機混合動力系統(tǒng)架構(gòu)，并展開了一系列研究工作，通過對比仿真和全局優(yōu)化，實現(xiàn)了對燃

2、油經(jīng)濟性能的分析評價；通過多階段反饋補償和最優(yōu)控制，實現(xiàn)了典型模式切換的動態(tài)協(xié)調(diào)控制，并完成了混合動力控制器開發(fā)和臺架試驗驗證。
　　綜合分析國內(nèi)外的混合動力架構(gòu)，可以分為雙電機方案和單電機方案。針對現(xiàn)有雙電機方案電驅(qū)動系統(tǒng)復雜且能量轉(zhuǎn)換損失大的問題，以及采用自動變速器的單電機方案只能實現(xiàn)單自由度調(diào)節(jié)的弊端，本文采用遞進式六步設(shè)計法，設(shè)計了一種新型的采用雙排行星齒輪及四離合元件進行動力耦合的單電機混合動力系統(tǒng)架構(gòu)，可沿用自動變速器

3、的零部件，易于實現(xiàn)，穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)具有16種工作模式，可實現(xiàn)發(fā)動機動力的純機械路徑傳遞，且具備連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)動機扭矩或轉(zhuǎn)速的功能。本文剖析各種工作模式，匹配動力系統(tǒng)的主要參數(shù)，并采用“即插即用”式的模塊化建模方法，在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了動力學模型，搭建了仿真分析和控制研究的關(guān)鍵開發(fā)平臺。
　　經(jīng)濟性是評價混合動力系統(tǒng)的首要指標，本文以提高燃油經(jīng)濟性為目標，開發(fā)出由“模式選擇”模塊和“扭矩分配”模塊組成的實時控制

4、策略，并聯(lián)合已經(jīng)建立的模型，在國內(nèi)外多種典型工況下進行了所設(shè)計單電機方案與典型雙電機方案的對比仿真，結(jié)果表明二者油耗彼此接近。提出了一種混合動力汽車燃油經(jīng)濟性能對比的定量分析法，得到了二者經(jīng)濟性能具有可比性的原因。此外，采用改良的動態(tài)規(guī)劃算法對綜合工況下的油耗進行全局優(yōu)化，結(jié)果為3.66L/100km，進一步驗證了所設(shè)計方案的節(jié)油潛力，與實時控制油耗結(jié)果3.94％的微小差異證明了所設(shè)計實時策略的優(yōu)異控制效果。
　　駕駛性能是混合動

5、力系統(tǒng)性能的另一重要指標，本文選取對駕駛性能影響最為顯著的兩類模式切換進行控制研究。針對“純電到混合”模式切換過程中單電機方案發(fā)動機啟動慢及離合器滑摩到結(jié)合瞬間沖擊度大的問題，提出了一種分階段設(shè)計子控制系統(tǒng)，并采用模糊增益調(diào)節(jié)P ID作為扭矩控制反饋補償器的4階段協(xié)調(diào)控制方法；針對“混合到混合”模式切換過程，采用最優(yōu)控制方法，在保證響應(yīng)速度的前提下，對沖擊度和離合器磨損指標進行了控制優(yōu)化。閉環(huán)仿真和臺架試驗結(jié)果顯示，所設(shè)計控制方法可以保

6、證駕駛平穩(wěn)性，提高模式切換響應(yīng)速度，并降低離合器磨損，實現(xiàn)了預期控制效果。
　　此外，本文應(yīng)用德國ETAS的開發(fā)工具，開發(fā)出基于Infineon XE166高速芯片的整車控制器?；贓TAS-LABCAR的硬件在環(huán)試驗結(jié)果與仿真結(jié)果十分接近，表明該控制器較好的實現(xiàn)了所設(shè)計的實時控制策略。文章最后搭建了試驗臺架，完成了基本工作模式的實現(xiàn)試驗，并進行了模式切換控制的驗證試驗，試驗結(jié)果表明，所設(shè)計協(xié)調(diào)控制方法實現(xiàn)了預期控制目標，具有較好