【摘要】：混合動(dòng)力汽車兼具傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn),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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與排放性能為目標(biāo),進(jìn)行了車輛動(dòng)力學(xué)建模、由純電動(dòng)向混合驅(qū)動(dòng)模式切換過程的動(dòng)力協(xié)調(diào)控制、整車能量管理優(yōu)化、混合動(dòng)力汽車模式切換與能量管理控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等研究。首先,本文采用前向建模法建立并聯(lián)混合動(dòng)力城市公交車的Simulink仿真模型,該模型由發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器、動(dòng)力電池、車輛縱向動(dòng)力學(xué)模型等部分組成。針對傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型建模復(fù)雜、辨識精度不高等缺點(diǎn),提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)(Least square-support vector machine,LSSVM)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)辨識方法。在此基礎(chǔ)上,采用分布估計(jì)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(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確辨識。其次,分析了混合動(dòng)力汽車模式切換動(dòng)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(dòng)力汽車由純電動(dòng)模式切換至混合驅(qū)動(dòng)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(dòng)力協(xié)調(diào)控制策略。將該過程劃分成三個(gè)典型階段,根據(jù)不同階段的控制目標(biāo),設(shè)計(jì)了Fuzzy-PI控制器對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制,并構(gòu)造了自適應(yīng)滑�？刂破鲗︱�(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。針對系統(tǒng)外部擾動(dòng)的不確定性,采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其進(jìn)行在線估計(jì),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(dòng)軸上耦合轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),最大沖擊度不超過2 m/s~3,保證了模式切換過程中動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性,并顯著提高了整車動(dòng)力性、平順性與舒適性。再次,完成了混合動(dòng)力汽車能量管理問題的數(shù)學(xué)建模。根據(jù)貝爾曼最優(yōu)性原理,將混合動(dòng)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(gè)優(yōu)化問題的狀態(tài)變量、控制變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件。為了避免求解過程中車輛動(dòng)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(dòng)態(tài)規(guī)劃(Iterative dynamic programming,IDP)方法獲得混合動(dòng)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(shí)間與空間復(fù)雜度。針對實(shí)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(jì)了Multi-ANFIS控制器,可根據(jù)混合動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)變量決策出當(dāng)前最優(yōu)控制律。最后,搭建了混合動(dòng)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(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,所提出的能量管理策略能夠在保證動(dòng)力性和動(dòng)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(jì)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(dòng)力汽車模式切換與能量管理控制系統(tǒng),設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件驅(qū)動(dòng)電路,開發(fā)了控制系統(tǒng)的軟件程序,為驗(yàn)證模式切換與能量管理策略提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),在搭建的混合動(dòng)力汽車模式切換與能量管理實(shí)驗(yàn)平臺上,進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,1)采用所提出的模式切換動(dòng)力協(xié)調(diào)控制策略,顯著抑制車輛由純電動(dòng)模式向混合驅(qū)動(dòng)模式切換過程中驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)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(jì)性與排放性能,為混合動(dòng)力汽車能量管理優(yōu)化提供了新的思路。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.7
【圖文】：

混合動(dòng)力汽車增加了驅(qū)動(dòng)電機(jī)作式，可通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行區(qū)間達(dá)到工況復(fù)雜多變時(shí)，車輛運(yùn)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(gè)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(dòng)力汽車模 1.4 為豐田 THS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)機(jī)構(gòu)和減速器等構(gòu)成。其中，太陽輪、動(dòng)電機(jī)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(dòng)電機(jī)來確

AMT）及動(dòng)力電池等部件組成，如圖2.4 所示。圖 2.4 混合動(dòng)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(dòng)機(jī)排量(ml) 6500額定功率(kW) 147最大轉(zhuǎn)矩(N.m) 710驅(qū)動(dòng)電機(jī)類型 永磁同步電機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)變速箱平均故障率相對較高，對車輛可靠運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大影響，故采用發(fā)動(dòng)機(jī)，AMT、驅(qū)動(dòng)電機(jī)依次布置的結(jié)構(gòu)。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過車輛后橋直接與車輪相連，提高了動(dòng)力傳遞效率；另一方面，也提高了再生制

動(dòng)電機(jī)工作電流和實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩。考慮到理論建模方法的復(fù)雜性，驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型仍采用試驗(yàn)建模的方法。電機(jī)性能測試臺架如圖2.10所示。電機(jī)測試項(xiàng)目包括：轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性、電機(jī)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(jī)臺架試驗(yàn)獲得的電機(jī)效率MAP圖。圖 2.10 電機(jī)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(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 汪澤波;;當(dāng)前油價(jià)和補(bǔ)貼政策對中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響——基于Stackelberg模型分析[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);2015年06期

2 尹安東;趙韓;孫駿;路瑞剛;;基于混雜系統(tǒng)理論的混合動(dòng)力汽車驅(qū)制動(dòng)控制研究[J];汽車工程;2015年10期

3 羅玉濤;王敷玟;;機(jī)電無級傳動(dòng)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模式切換協(xié)調(diào)控制[J];汽車工程;2015年05期

4 徐淼;趙丁選;倪濤;徐春博;;基于最小二乘支持向量機(jī)的混合動(dòng)力挖掘機(jī)負(fù)載功率預(yù)測[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2015年01期

5 杜波;秦大同;段志輝;唐嵐;;混合動(dòng)力汽車模式切換與AMT換擋品質(zhì)評價(jià)方法[J];汽車科技;2014年06期

6 黃碩;李亮;楊超;宋健;李磊;張利鵬;;基于規(guī)則修正的同軸并聯(lián)混合動(dòng)力客車瞬時(shí)優(yōu)化能量分配策略[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年20期

7 李焦麗;張成亮;梁福鑫;楊振忠;;鋰離子動(dòng)力電池隔膜的研究及發(fā)展現(xiàn)狀[J];中國科學(xué):化學(xué);2014年07期

8 何仁;束馳;;混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制綜述[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

9 楊陽;李小強(qiáng);蘇嶺;黃劍峰;;重度混合動(dòng)力汽車工作模式切換控制策略[J];中國公路學(xué)報(bào);2014年06期

10 彭宇君;陳慧勇;韓利偉;曾小華;宋大鳳;王慶年;王繼新;;雙行星排式液驅(qū)混合動(dòng)力汽車模式切換的協(xié)調(diào)控制[J];汽車工程;2014年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 童毅;并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制問題的研究[D];清華大學(xué);2004年

本文編號：2806963