單電機(jī)多模式混合動力系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(jī)構(gòu)的復(fù)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(jì)了一種新型的采用雙行星排四離合器進(jìn)行動力耦合的單電機(jī)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(shí)現(xiàn)了對燃

2、油經(jīng)濟(jì)性能的分析評價(jià)；通過多階段反饋補(bǔ)償和最優(yōu)控制，實(shí)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(yàn)驗(yàn)證。
　　綜合分析國內(nèi)外的混合動力架構(gòu)，可以分為雙電機(jī)方案和單電機(jī)方案。針對現(xiàn)有雙電機(jī)方案電驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)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(jī)方案只能實(shí)現(xiàn)單自由度調(diào)節(jié)的弊端，本文采用遞進(jìn)式六步設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)了一種新型的采用雙排行星齒輪及四離合元件進(jìn)行動力耦合的單電機(jī)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(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)具有16種工作模式，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力的純機(jī)械路徑傳遞，且具備連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)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(xué)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(jì)性是評價(jià)混合動力系統(tǒng)的首要指標(biāo)，本文以提高燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，開發(fā)出由“模式選擇”模塊和“扭矩分配”模塊組成的實(shí)時(shí)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(jìn)行了所設(shè)計(jì)單電機(jī)方案與典型雙電機(jī)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(jì)性能對比的定量分析法，得到了二者經(jīng)濟(jì)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(jìn)行全局優(yōu)化，結(jié)果為3.66L/100km，進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)方案的節(jié)油潛力，與實(shí)時(shí)控制油耗結(jié)果3.94％的微小差異證明了所設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)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(biāo)，本文選取對駕駛性能影響最為顯著的兩類模式切換進(jìn)行控制研究。針對“純電到混合”模式切換過程中單電機(jī)方案發(fā)動機(jī)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(jì)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(bǔ)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(biāo)進(jìn)行了控制優(yōu)化。閉環(huán)仿真和臺架試驗(yàn)結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了預(yù)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。基于ETAS-LABCAR的硬件在環(huán)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果十分接近，表明該控制器較好的實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)控制策略。文章最后搭建了試驗(yàn)臺架，完成了基本工作模式的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)，并進(jìn)行了模式切換控制的驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制方法實(shí)現(xiàn)了預(yù)期控制目標(biāo)，具有較好