基于人—车闭环系统的燃料电池汽车正向仿真研究

论文摘要

燃料电池汽车是未来新能源车辆研究的重要方向之一。燃料电池动力系统与传统的内燃机动力系统相比,差异巨大。研究这样的动力系统装入整车后对整车动力性能的影响是一个重要课题。随着国内燃料电池汽车研究的深入,根据静态逆向建模对传动系统各个子系统总成参数进行优化匹配的方法并不理想;对于具体控制策略的开发实施更是无法给予平台支持。在当前的研究中,已开始采用正向建模仿真的方法指导参数匹配设计和控制策略的实施。本文提出从人—车（路/工况）的闭环系统角度讨论这个研究方向,以期对参数匹配和策略设计提供开发设计支持。本文以某燃料电池汽车的开发为依托,结合项目的需要,对车辆正向模型进行了建模、并基于人-车闭环系统进行了仿真研究和试验验证。作为关键的研究支持,同时对于人—车界面进行了试验研究。本文的研究路线:应用Matlab/Simulink软件建模,仿真分析的结果与子系统试验的数据结合修正车辆模型;然后建立人—车系统闭环模型进行仿真,制定多能源管理系统控制器控制策略,并在硬件控制器上实现控制策略的离线仿真调试;最后在实车上应用控制器和控制策略。在人—车闭环正向模型的建立中,对纵向驾驶员模型进行了基于传统预瞄跟随模型加入了前馈环节的建模研究,引入了代表驾驶员经验的描述并对此进行了研究。将人—车界面的概念引入到正向模型中,对纵向控制人—车界面及其设计进行了研究和试验。最后,应用试验数据对模型进行了验证。本文的研究工作初步实现了在实车上的应用,并为下一阶段的研究打下了平台基础。对于我国发展燃料电池汽车等新能源车辆,提供了一种研究方法和研究成果,对提高整车性能提供了一个新思路,具有很好的现实意义和应用价值。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 燃料电池和燃料电池汽车
• 1.2 燃料电池汽车的发展现状及对中国的意义
• 1.3 燃料电池汽车的关键技术
• 1.3.1 燃料电池汽车参数匹配与设计
• 1.3.2 燃料电池汽车总成技术
• 1.3.3 燃料电池汽车多能源动力总成控制技术
• 1.4 燃料电池汽车的研究现状
• 1.4.1 燃料电池汽车整车动力控制技术及研究现状
• 1.4.2 从人—车系统角度考虑的整车动力控制
• 1.5 燃料电池汽车仿真技术
• 1.6 论文研究的技术路线
• 1.7 论文主要研究内容
• 第2章 正向模型建模研究
• 2.1 概述
• 2.2 正向模型的建模思想
• 2.2.1 逆向仿真模型
• 2.2.2 正向仿真模型
• 2.3 正向仿真模型的建立
• 2.3.1 驱动电机
• 2.3.2 离合器与变速器
• 2.3.3 整车动力学模型
• 2.3.4 车轮模型
• 2.3.5 动力蓄电池模型
• 2.3.6 动力总线
• 2.3.7 燃料电池模型
• 2.4 小结
• 第3章 考虑驾驶员经验的预瞄跟随纵向驾驶员模型
• 3.1 问题的提出
• 3.2 考虑驾驶员经验的预瞄跟随纵向驾驶员模型
• 3.2.1 纵向驾驶员模型简介
• 3.2.2 在预瞄跟随纵向驾驶员模型中加入驾驶经验环节
• 3.2.3 前馈环节的生理基础和参数确定
• 3.2.4 带前馈驾驶员经验环节的纵向驾驶员模型所解决的问题范畴
• 3.3 小结
• 第4章 人—踏板系统研究
• 4.1 纵向控制中人—车的结合部分：人—踏板系统
• 4.1.1 电子油门踏板的力滞回结构对其信号输出的影响
• 4.1.2 驾驶员踏板切换时间
• 4.1.3 驾驶员踏板操作的精确控制
• 4.1.4 从踏板操作模式得到驾驶员分类
• 4.2 纵向控制人—车界面剖析和思考
• 4.3 人—车闭环仿真研究的引申和展望
• 4.4 小结
• 第5章 试验及仿真研究
• 5.1 纵向控制人—车界面台架试验研究
• 5.1.1 纵向控制人—车界面台架试验平台
• 5.1.2 纵向控制人—车界面台架试验方案
• 5.2 整车试验研究
• 5.2.1 多能源动力总成控制系统
• 5.2.2 整车试验方案
• 5.3 正向仿真模型的建立
• 5.3.1 软件的选择
• 5.3.2 建模实现的说明
• 5.4 多能源动力总成控制模型
• 5.4.1 蓄电池驱动模式
• 5.4.2 燃料电池驱动模式
• 5.4.3 混合驱动模式
• 5.4.4 蓄电池充电模式
• 5.4.5 再生制动模式
• 5.4.6 混合充电模式
• 5.4.7 模式切换逻辑
• 5.5 模型的仿真与验证
• 5.6 人—车闭环模型在循环工况下的应用
• 5.7 小结
• 第6章 全文总结
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT