基于AMT的重度混合动力汽车经济性控制策略研究

摘要

带行星齿轮机构的ISG型重度混合动力汽车属于并联式混合动力结构，与普通的中度混合动力汽车相比，其电机功率所占总功率的比重增加，通过结合湿式多片离合器使电机单独驱动车辆，增加电机利用率，降低油耗和排放；同时还可实现多种工作模式，比如转矩合成和转速合成两种动力耦合方式。转矩合成方式发动机和电机的转速相同，适用于大功率的电机传动系统，方便发动机和电机在宽广的转矩范围内选择最优转矩分配方案，改变发动机的工作点，提高车辆性能和整车运行效率；转速合成方式中，发动机和电机的转矩相互制约，但可以通过电机调速来改变发动机转速，在一定的范围内实现无级变速，优化整车传动效率。鉴于以上两点，扬长避短，合理选择不同的动力耦合方式，充分发挥混合动力系统的经济性潜力。
　　 电控机械式自动变速器AMT(Automatic Manual Transmission)具有传动效率高，结构紧凑，生产继承性好、成本低等优点，装备AMT的混合动力汽车可实现自动换挡。AMT没有效率低的液力变矩器，合理的换档规律可以更进一步提高以节能减排为目的的混合动力汽车的经济性。
　　 本文针对装备行星排和 AMT的重度混合动力汽车，以提高整车的燃油经济性为研究目的，主要展开了以下工作：
　　 ①针对本文的重度混合动力汽车可实现的工作模式进行分析，包括纯电动模式、行车充电模式、发动机单独驱动模式、电机助力模式a以及电机助力模式b；对混合动力系统各模式下各部件的运动状态进行了详细的研究。
　　 ②建立了重度混合动力系统的相关模型：建立了基于模糊控制器的驾驶员模型；建立了驾驶员转矩识别模型，即加速/制动踏板开度与需求转矩之间的关系；建立了发动机、电机以及电池的理论与数值相结合的模型；建立了混合动力系统的行驶动力学模型；在此基础上，开发了基于前向仿真算法的重度混合动力汽车整车性能仿真模型。
　　 ③提出以发动机的燃油能耗转化为电池电能的效率最高为目标来划分行车充电模式下的发动机工作区间，并通过发动机燃油能耗与电池充电电能的转换得到电池SOC变化量与电机等效油耗的转换关系，为重度混合动力汽车在不同工作模式下综合燃油消耗率的计算奠定了基础。
　　 ④以瞬时综合燃油消耗率最低为目标对重度混合动力汽车的纯电动、发动机单独驱动、行车充电以及电机助力模式的工作区域进行了优化，获得了相应的能量管理策略；在能量管理策略的基础上，以综合燃油消耗率最低为目标，制定了AMT重度混合动力汽车在不同工作模式下的经济性换档规律。
　　 ⑤进行了基于Matlab/Simulink的仿真分析，搭建了重度混合动力系统台架并进行试验，对本文控制策略进行了初步试验验证。