关键词：混合动力汽车;;双行星排;;能量管理;;模型预测;;协调控制
摘 要：采用双行星排结构的混联式混合动力汽车,通过增加离合器和制动器可以使车辆实现丰富的工作模式,从而提高车辆动力性和燃油经济性。然而,双行星排式动力耦合机构同样对整车控制策略提出了较高的要求。本文以一款新型双行星排式混合动力系统为研究对象,针对不同动力源的稳态转矩分配以及模式切换过程存在的转矩波动问题,旨在通过对能量管理策略和动态协调控制策略的优化设计,显著改善车辆燃油经济性,并提高模式切换过程的工作品质。首先,进行了双行星排式混合动力系统的工作特性研究。基于杠杆法理论,对双行星排式混合动力汽车各个行驶模式分别进行分析,在此基础上,建立了不同模式下系统的稳态动力学方程,并揭示了发动机和电机的动态特性,为动态协调控制策略的设计提供依据。其次,完成了双行星排式混合动力系统的模型构建。基于双行星排式混合动力车辆的能量流动特性,确定了整车建模原理,借助AVL/CRUISE软件建立了双行星排式混合动力汽车的动态模型,为验证优化控制策略的有效性,进一步搭建了基于AVL/CRUISE和MATLAB/Simulink的联合仿真平台。再次,进行了能量管理策略的优化设计研究。针对双行星排式混合动力汽车丰富的工作模式,确定了模式切换规则和转矩分配方法,进一步提出了基于模型预测控制的能量管理优化策略,以燃油经济性和电池充放电平衡为目标函数,采用动态规划算法实现预测时域内最优控制输入的优化求解,并进行了仿真分析。最后,提出了基于发动机转矩估计的动态协调控制策略。根据系统的动态特性方程,基于双行星排式混合动力系统发动机与电机转矩的高度耦合特性,提出了发动机转矩实时估计方法,结合电机转矩补偿的思想,建立了系统的动态协调控制策略,并通过联合仿真进行了验证。研究结果表明,相较于基于规则的能量管理策略,采用模型预测控制算法的能量管理策略使本文研究的双行星排式混合动力汽车等效燃油经济性在新欧洲行驶工况下提高了4.76%,在城市道路循环工况下提高了5.13%。针对发动机与电机动态响应不一致导致的模式切换冲击,所提出的转矩动态协调控制策略,使纯电动模式切换到混合动力驱动模式的纵向冲击减小了73.5%,由混合动力驱动模式到纯电动模式的纵向冲击度减小了80%。因此,本文提出的能量管理策略和动态协调控制策略优化了双行星排式混合动力汽车不同动力部件稳态和瞬态过程的转矩分配,显著改善了车辆的燃油经济性和行驶平顺性,提高了混合动力汽车的工作品质,为混合动力汽车的优化设计提供技术支持。
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