全轮驱动混合动力汽车再生制动系统控制策略研究

论文摘要

混合动力汽车是传统内燃机汽车与纯电动汽车相结合的一种汽车型式,它继承了电动汽车低排放的优点,又保持了传统汽车优良动力性的长处,因而能显著改善传统内燃机汽车的排放和燃油经济性,增加电动汽车的续驶里程,已成为当今世界清洁汽车开发的重点。混合动力汽车突出优点之一就是能够实现再生制动。它能在车辆减速或制动过程中,在保证车辆制动性能的条件下,将车辆动能或位能通过带动电机发电,转化为电能储存在电池中,实现能量回收,同时产生车辆所需全部或部分制动力。既实现了车辆的减速和制动,又有效地降低了整车的燃油消耗和污染物排放。因此,再生制动对混合动力汽车的燃油经济性、排放性和行驶安全性都有直接影响,也是混合动力汽车的关键技术之一。制动能量回收效果与车辆的驱动型式密切相关,对于全轮驱动(4WD)车辆,能量回收效果最好;前轮(后轮)驱动车辆,只能回收部分制动能量。本文以全轮驱动混合动力汽车为研究对象,对其再生制动系统控制策略进行了深入的理论研究和系统的建模与仿真分析,取得了如下研究进展和结果:1.以ISG型轻度混合动力汽车为基础,进行了全轮驱动混合动力汽车传动系统方案的设计,并根据其特点制订了相应的工作模式。2.根据全轮驱动汽车的整车参数和动力性目标,进行了动力传动系统部件(发动机、前后电机、电池、变速器)的选型和参数设计。3.分析了传统汽车的制动力分配策略;通过分析前后电机的外特性曲线,得到了前后电机的制动强度外特性曲线,进而在保证制动安全的基础上,提出了一种可最大化回收能量的全轮驱动混合动力汽车再生制动力分配控制策略。4.在电机和镍氢电池的性能试验基础上,分析了电机发电效率与电池充电效率之间的变化规律,确定出电池电机联合工作效率优化线;提出在制动过程中实现电池电机联合工作效率优化下的手动变速(MT)换挡策略。5.建立了驾驶员模型,建立了全轮驱动混合动力汽车工作模式判断模型,并基于前向建模思想,根据发动机、前后电机和NiMH电池的台架试验数据,采用理论和数值建模相结合的方法,建立了全轮驱动混合动力汽车再生制动系统的前向仿真模型。6.提出了再生制动系统的评价指标,并对不同车速和电池荷电状态(SOC)进行了典型制动工况和城市工况下的再生制动仿真分析,结果表明,采用本提出的再生制动系统控制策略能满足整车安全制动和最大化能量回收的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混合动力汽车概述
• 1.2.1 混合动力汽车的研究背景和现实意义
• 1.2.2 混合动力汽车的分类
• 1.2.3 全轮驱动混合动力汽车的研究现状
• 1.3 混合动力汽车再生制动系统的研究现状及关键问题
• 1.3.1 再生制动系统的国内外研究现状
• 1.3.2 再生制动系统的关键问题
• 1.4 本课题研究意义和主要内容
• 1.4.1 本课题的来源和研究意义
• 1.4.2 本课题的主要内容
• 2 全轮驱动混合动力汽车动力传动部件选型和参数设计
• 2.1 全轮驱动强混合动力汽车的动力传动系统方案
• 2.1.1 ISG 型轻度混合动力汽车的动力传动系统方案
• 2.1.2 全轮驱动强混合动力汽车的动力传动系统方案
• 2.2 全轮驱动强混合动力汽车的工作模式
• 2.2.1 汽车起步
• 2.2.2 低负荷
• 2.2.3 正常行驶与蓄电池充电
• 2.2.4 满负荷加速
• 2.2.5 湿滑路面行驶
• 2.2.6 减速与制动
• 2.3 全轮驱动混合动力汽车的动力传动部件选型
• 2.3.1 发动机的选型
• 2.3.2 电机的选型
• 2.3.3 电池的选型
• 2.3.4 变速器的选型
• 2.4 全轮驱动混合动力汽车动力传动部件的参数设计
• 2.4.1 发动机功率的选择
• 2.4.2 电机的参数设计
• 2.4.3 电池的参数设计
• 2.4.4 传动系传动比的设计
• 2.5 本章小结
• 3 全轮驱动混合动力汽车的再生制动系统控制策略研究
• 3.1 传统汽车制动过程的制动力分配
• 3.2 前后电机的制动强度特性曲线
• 3.3 全轮驱动混合动力汽车制动力分配控制策略
• 3.3.1 制动强度Z<0.08 条件下的制动力分配
• 3.3.2 制动强度0.08
• 0.21 条件下的制动力分配'>3.3.3 制动强度Z>0.21 条件下的制动力分配
• 3.4 全轮驱动混合动力汽车电池电机联合工作效率优化下的换挡控制策略
• 3.4.1 电池充电策略
• 3.4.2 前电机发电效率优化工作线的获取
• 3.4.3 电机电池联合工作效率的获取
• 3.4.4 电池电机联合工作效率优化线的获取
• 3.4.5 电池电机联合工作效率优化下的换挡控制策略
• 3.5 本章小结
• 4 全轮驱动混合动力汽车再生制动系统前向仿真建模
• 4.1 混合动力汽车仿真建模思路
• 4.1.1 后向仿真
• 4.1.2 前向仿真
• 4.1.3 前后向仿真比较
• 4.2 驾驶员模型
• 4.3 整车工作模式判断模型
• 4.4 全轮驱动混合动力汽车传动系统模型
• 4.4.1 车轮模型
• 4.4.2 主减速器模型
• 4.4.3 变速器模型
• 4.5 再生制动系统发动机、电机、电池模型
• 4.5.1 发动机模型
• 4.5.2 电池模型
• 4.5.3 电机模型
• 4.6 全轮驱动混合动力汽车制动力分配模型
• 4.7 汽车动力学模型
• 4.8 本章小结
• 5 全轮驱动混合动力汽车再生制动系统的仿真与分析
• 5.1 再生制动系统仿真工况的选择
• 5.1.1 典型制动工况的选择
• 5.1.2 典型城市工况的选择
• 5.1.3 全轮驱动混合动力汽车再生制动系统的评价指标
• 5.2 全轮驱动混合动力汽车再生制动系统在典型制动工况下的仿真与分析
• 5.2.1 30Km/h 初始制动车速下的仿真与分析
• 5.2.2 60Km/h 初始制动车速下的仿真与分析
• 5.3 全轮驱动混合动力汽车再生制动系统在典型城市工况下的仿真与分析
• 5.3.1 全轮驱动混合动力汽车在UDDS 工况下的仿真与分析
• 5.3.2 全轮驱动混合动力汽车在NEDC 工况下的仿真与分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目