基于机械自动变速的轻度混合动力传动系统综合控制研究

论文摘要

现有轻度混合动力汽车传动系统一般采用无级自动变速传动(CVT)或者手动变速传动。采用CVT成本高,制造工艺复杂;采用手动变速传动的混合动力系统,其工作性能很大程度上取决于驾驶员的操作,不能充分发挥其优越性。轻度混合动力汽车如采用电控机械自动变速传动(AMT),利用ISG电机辅助工作的作用,可使车辆获得更好的性能。本论文针对长安ISG型混合动力系统,结合AMT自身的特点,对基于AMT的轻度混合动力系统的理论和技术问题进行了研究,主要工作内容如下:(1)在建立轻度混合动力AMT车辆自动起步动力学模型的基础上,提出了利用ISG电动机参与工作的动力源恒转速起步控制策略。在车辆起步时,ISG电机辅助发动机工作,使车辆获得更好的起步品质。(2)在建立车辆动力学模型的基础上,综合考虑发动机、ISG电动机和电池SOC,提出了轻度混合动力AMT车辆动力性换挡规律;在发动机油耗测试数据和电动机效率试验数据的基础上,建立了动力源效率模型,提出了轻度混合动力AMT车辆电动机部分助力时的能量分配策略和经济性换挡规律。(3)在分析车辆制动过程中的发动机反拖阻力、道路阻力、ISG电动机制动力以及电池充电功率的关系的基础上,提出了再生制动制动力控制策略和能量最大化回收的再生制动换挡策略。(4)在传统AMT车辆换挡过程分析的基础上,结合轻度混合动力车辆的特点,提出了利用ISG电动机减小离合器主、从动盘转速差,从而提高轻度混合动力AMT车辆换挡品质的控制策略。(5)搭建了轻度混合动力AMT传动系统试验台架,利用Matlab/Simulink仿真平台和dSPACE实时控制工具,开发了控制系统,分别对车辆起步、动力性换挡、再生制动和换挡品质控制策略进行了试验验证。本文对基于AMT的轻度混合动力系统进行了系统的理论分析和仿真研究,最后通过台架试验对理论分析进行了验证。仿真和试验结果与理论分析取得了较好的一致性,为研究开发轻度混合动力AMT车辆提供了理论和试验基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 混合动力传动系统概述
• 1.2.1 混合动力系统分类
• 1.2.2 混合动力传动系统发展现状
• 1.2.3 混合动力传动系统控制研究现状
• 1.3 AMT 系统概述
• 1.3.1 AMT 系统结构
• 1.3.2 AMT 控制问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 起步控制策略研究
• 2.1 引言
• 2.2 动力源转矩数学模型
• 2.2.1 发动机转矩数学模型
• 2.2.2 ISG 电机动态数学模型
• 2.2.3 动力源动态转矩数学模型
• 2.3 动力源的控制
• 2.3.1 发动机转速调节
• 2.3.2 ISG 电动机转速控制
• 2.4 车辆起步控制
• 2.4.1 车辆传动系统模型
• 2.4.2 车辆自动起步控制系统
• 2.4.3 自动起步仿真
• 2.5 本章小结
• 3 优化的换挡规律
• 3.1 引言
• 3.2 动力性换挡规律
• 3.2.1 发动机和ISG 电动机联合工作模型
• 3.2.2 动力性换挡规律的制定
• 3.2.3 仿真结果及分析
• 3.3 经济性换挡规律
• 3.3.1 动力源效率数值模型
• 3.3.2 电动机助力时的经济性换挡规律
• 3.3.3 仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 4 再生制动控制
• 4.1 引言
• 4.2 制动过程的动力学分析
• 4.2.1 整车制动力
• 4.2.2 行驶阻力
• 4.2.3 发动机制动力
• 4.2.4 ISG 电动机制动力
• 4.2.5 电池充电制动强度
• 4.3 再生制动制动力分配
• 4.3.1 电动机再生制动控制策略
• 4.3.2 制动力分配策略
• 4.4 再生制动挡位决策
• 4.4.1 电动机实际发电功率与挡位的关系
• 4.4.2 再生制动降挡规律
• 4.5 仿真与分析
• 4.6 本章小结
• 5 换挡品质控制
• 5.1 引言
• 5.2 AMT 车辆换挡过程动力学模型及分析
• 5.2.1 以原挡位行驶
• 5.2.2 分离离合器并释放加速踏板阶段
• 5.2.3 摘挡和选挡阶段
• 5.2.4 换入新挡位阶段
• 5.2.5 离合器接合阶段
• 5.2.6 以新挡行驶阶段
• 5.3 轻度混合动力AMT 车辆换挡品质控制策略
• 5.3.1 换挡控制流程
• 5.3.2 换挡控制策略
• 5.4 换挡品质仿真
• 5.5 本章小结
• 6 试验研究
• 6.1 引言
• 6.2 试验系统组成
• 6.2.1 试验系统整体结构
• 6.2.2 数据采集及控制系统
• 6.3 测控软件开发
• 6.4 试验分析
• 6.4.1 起步试验
• 6.4.2 动力性换挡试验
• 6.4.3 再生制动试验
• 6.4.4 换挡品质试验
• 6.5 本章小节
• 7 全文总结
• 7.1 论文主要研究工作及结论
• 7.2 论文的主要创新点和继续研究的方向
• 7.2.1 创新点
• 7.2.2 继续研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
• B：作者在攻读博士学位期间申请的专利
• C：作者在攻读博士学位期间参加的科研项目