發(fā)布時間：2020-08-28 02:28

【摘要】：混合動力汽車兼具傳統(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的優(yōu)點,已成為短期內(nèi)緩解我國資源與環(huán)境壓力的有效技術(shù)手段之一。本文以提高車輛動力性、經(jīng)濟性與排放性能為目標,進行了車輛動力學建模、由純電動向混合驅(qū)動模式切換過程的動力協(xié)調(diào)控制、整車能量管理優(yōu)化、混合動力汽車模式切換與能量管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)等研究。首先,本文采用前向建模法建立并聯(lián)混合動力城市公交車的Simulink仿真模型,該模型由發(fā)動機、驅(qū)動電機、電控機械式自動變速器、動力電池、車輛縱向動力學模型等部分組成。針對傳統(tǒng)發(fā)動機平均值模型建模復(fù)雜、辨識精度不高等缺點,提出一種基于最小二乘支持向量機(Least square-support vector machine,LSSVM)的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩動態(tài)辨識方法。在此基礎(chǔ)上,采用分布估計算法優(yōu)化LSSVM關(guān)鍵參數(shù)(懲罰因子C和核函數(shù)寬度σ),獲得參數(shù)最優(yōu)的觀測器模型,從而實現(xiàn)對發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的實時、準確辨識。其次,分析了混合動力汽車模式切換動態(tài)協(xié)調(diào)控制問題產(chǎn)生原因,探索了切換過程中的混雜特性。以混合動力汽車由純電動模式切換至混合驅(qū)動模式的過程為研究對象,提出基于混雜系統(tǒng)理論的模式切換動力協(xié)調(diào)控制策略。將該過程劃分成三個典型階段,根據(jù)不同階段的控制目標,設(shè)計了Fuzzy-PI控制器對發(fā)動機進行調(diào)速控制,并構(gòu)造了自適應(yīng)滑�？刂破鲗︱�(qū)動電機進行轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。針對系統(tǒng)外部擾動的不確定性,采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其進行在線估計,基于李雅普諾夫直接法獲得滑�？刂破鞯淖赃m應(yīng)律,并證明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,該協(xié)調(diào)控制策略能夠有效抑制驅(qū)動軸上耦合轉(zhuǎn)矩脈動,最大沖擊度不超過2 m/s~3,保證了模式切換過程中動力傳遞的平穩(wěn)性,并顯著提高了整車動力性、平順性與舒適性。再次,完成了混合動力汽車能量管理問題的數(shù)學建模。根據(jù)貝爾曼最優(yōu)性原理,將混合動力汽車能量管理優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一組帶約束條件的最優(yōu)控制問題,確定了整個優(yōu)化問題的狀態(tài)變量、控制變量、目標函數(shù)以及約束條件。為了避免求解過程中車輛動力性能的惡化,采用模糊控制算法修正變速器換擋曲線。在此基礎(chǔ)上,通過迭代動態(tài)規(guī)劃(Iterative dynamic programming,IDP)方法獲得混合動力汽車在中國典型城市公交循環(huán)工況下的最優(yōu)控制律,從而有效降低了算法的時間與空間復(fù)雜度。針對實車應(yīng)用難題,引入自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(Adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)探索最優(yōu)控制律與系統(tǒng)狀態(tài)變量之間的非線性映射關(guān)系,將最優(yōu)控制律轉(zhuǎn)化為一組隨系統(tǒng)狀態(tài)變化的控制量序列。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了Multi-ANFIS控制器,可根據(jù)混合動力系統(tǒng)狀態(tài)變量決策出當前最優(yōu)控制律。最后,搭建了混合動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺,對所提出的IDP-ANFIS能量管理策略進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明,所提出的能量管理策略能夠在保證動力性和動力電池荷電狀態(tài)平衡的基礎(chǔ)上,有效地提高了整車的燃油經(jīng)濟性與排放性能。最后,構(gòu)建了基于MPC5744P微處理器為核心的混合動力汽車模式切換與能量管理控制系統(tǒng),設(shè)計了系統(tǒng)的硬件驅(qū)動電路,開發(fā)了控制系統(tǒng)的軟件程序,為驗證模式切換與能量管理策略提供了實驗基礎(chǔ),在搭建的混合動力汽車模式切換與能量管理實驗平臺上,進行了詳細的試驗研究。試驗結(jié)果表明,1)采用所提出的模式切換動力協(xié)調(diào)控制策略,顯著抑制車輛由純電動模式向混合驅(qū)動模式切換過程中驅(qū)動軸上耦合轉(zhuǎn)矩的大幅度變化,整車的沖擊度明顯下降,最大的沖擊度可控制在3 m/s~3以內(nèi);2)在滿足整車實時控制要求的基礎(chǔ)上,采用基于IDP-ANFIS的能量管理策略,極大地改善了車輛的燃油經(jīng)濟性與排放性能,為混合動力汽車能量管理優(yōu)化提供了新的思路。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U469.7
【圖文】：

混合動力汽車增加了驅(qū)動電機作式，可通過優(yōu)化發(fā)動機的運行區(qū)間達到工況復(fù)雜多變時，車輛運行模式切換的換品質(zhì)提出了較高要求。目前，模式切結(jié)構(gòu)優(yōu)化與協(xié)調(diào)控制算法兩個方面�；緞�(chuàng)新性地采用行星齒輪結(jié)構(gòu)作為耦件，較為理想地解決了混合動力汽車模 1.4 為豐田 THS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)機構(gòu)和減速器等構(gòu)成。其中，太陽輪、動電機相連，而減速器的齒輪還與齒圈的輸出轉(zhuǎn)矩，從而可調(diào)節(jié)驅(qū)動電機來確

AMT）及動力電池等部件組成，如圖2.4 所示。圖 2.4 混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.4 Diagram of the hybrid electric bus表 2.1 車輛的主要參數(shù)Table 2.1 Technical parameters of vehicle整車參數(shù)整備質(zhì)量(kg) 16500外廓尺寸(長×寬×高，mm) 10490×2480×3200最高車速(km/h) 69輪胎規(guī)格 11R22.5發(fā)動機排量(ml) 6500額定功率(kW) 147最大轉(zhuǎn)矩(N.m) 710驅(qū)動電機類型 永磁同步電機額定轉(zhuǎn)矩/峰值轉(zhuǎn)矩(N.m) 955/2800額定轉(zhuǎn)速/最高轉(zhuǎn)速(r/min) 1000/3000動力電池 總?cè)萘?kW.h) 26.6變速器類型 AMT各檔速比 4.763/2.808/1.594/1.00/0.756主減速器 主減速比 5.571整車傳動系采用同軸安裝方式，可有效減少所占用的空間以及底盤布置的難度�？紤]到目前重型自動變速箱平均故障率相對較高，對車輛可靠運行會產(chǎn)生較大影響，故采用發(fā)動機，AMT、驅(qū)動電機依次布置的結(jié)構(gòu)。其中，驅(qū)動電機通過車輛后橋直接與車輪相連，提高了動力傳遞效率；另一方面，也提高了再生制

動電機工作電流和實際的輸出轉(zhuǎn)矩�？紤]到理論建模方法的復(fù)雜性，驅(qū)動電機模型仍采用試驗建模的方法。電機性能測試臺架如圖2.10所示。電機測試項目包括：轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性、電機效率、最高轉(zhuǎn)速以及能量回饋性能等，并按照GB/T 18488.2-2015中規(guī)定的要求執(zhí)行。圖2.11為電機臺架試驗獲得的電機效率MAP圖。圖 2.10 電機性能測試臺架Fig.2.10 The test bench for the electric motor0 500 1000 1500 2000 2500 3000-3000-2000-10000100020003000轉(zhuǎn)速(rpm)矩轉(zhuǎn)N(.m)0.650650.650.70.70.70.70.70.750.750

【參考文獻】

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本文編號：2806963