CVT混合动力汽车再生制动系统前向建模与仿真

摘要

再生制动是混合动力电动汽车的一项重要功能，在保证车辆制动性能的条件下，把车辆动能或位能通过电机/发电机或者高速飞轮等装置，转化为其它形式的能量储存在能量储存装置中，实现能量回收再利用，同时产生车辆所需的制动力，有效地降低了整车的燃油消耗和污染物排放，还减少了制动器摩擦片的磨损。 CVT 混合动力汽车能根据车辆行驶条件自动连续改变速比。当汽车处于制动工况时，可利用CVT速比的连续变化特性，使混合动力汽车上发电机的转速独立于车速的变化，通过调节CVT速比调节发电机转速，使电机工作在高效区域，最大限度地回收能量。 本文以ISG型CVT混合动力长安轿车为研究对象，对混合动力汽车再生制动系统进行了深入的理论分析研究、系统功能仿真和试验模拟，取得了如下成果： 1．基于对CVT混合动力汽车的制动力分配的分析，综合考虑发动机反拖制动、镍氢电池快速充电特性、ISG电机高效发电特性、CVT速比及其夹紧力控制对再生制动性能的影响，制定了CVT混合动力汽车再生制动系统制动力分配方法和控制策略。 2．根据镍氢电池快速充电特性和ISG电机高效发电特性，分析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高效优化工作线；提出在制动过程中基于电池电机联合高效工作的CVT速比及其夹紧力控制策略。 3．在分析驾驶员模型建模方法的基础上，提出采用PID和模糊控制器对驾驶员模型中的车速偏差子系统进行建模的方法，并用这两种建模方法分别进行了建模仿真，对仿真结果进行了分析比较，说明采用模糊控制器建模使驾驶员模型具有更高的准确性。 4．基于前向建模思想，根据发动机、ISG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ISG型CVT混合动力汽车再生制动系统的综合前向仿真模型。 5．提出了再生制动系统仿真的评价指标，并在典型制动工况(30km/h、40km/h和50km/h)和典型城市驱动循环(EUDC、ECE+EUDC、1015和UDDS)下对电池电机联合高效工作与电机单独高效工作两种情况进行再生制动仿真分析，以验证本文提出的再生制动控制策略和各子系统控制策略能否满足整车安全制动和能量回收的要求，并验证所建立的ISG型CVT混合动力汽车再生制动系统前向仿真模型的正确性。 6．根据ISG型CVT混合动力轿车的配置和参数，构建了再生制动系统硬件在环仿真的软硬件试验平台，在dSPACE环境下建立了CVT速比控制、ISG电机再生制动转矩控制以及再生制动液压系统控制模型。利用构建的试验系统，进行了不同车速和不同制动强度下的再生制动性能试验，试验结果表明，采用本文提出的再生制动控制策略能够有效地提高制动能量回收率。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1混合动力汽车概述

1.1.1开展混合动力汽车研究的背景及现实意义

1.1.2混合动力汽车的分类

1.1.3 CVT混合动力汽车的研究现状

1.2混合动力汽车再生制动系统的关键问题及技术现状

1.2.1再生制动的关键问题

1.2.2再生制动技术的研究内容

1.2.3再生制动技术研究方法

1.2.4再生制动国内外研究现状

1.3本课题的研究意义和主要内容

1.3.1本课题的来源和研究意义

1.3.2本课题研究的主要内容

2 CVT混合动力汽车再生制动控制策略研究

2.1汽车制动过程中的制动力分配

2.1.1汽车制动过程的动力学分析

2.1.2前后制动器的理想制动力分配

2.1.3具有固定比值的前、后制动器制动力

2.1.4变比值制动力分配

2.1.5发动机制动

2.1.6ISG电机再生制动力

2.1.7混合动力汽车再生制动力分配

2.2混合动力汽车再生制动力分配控制策略

2.3本章小结

3 CVT混合动力汽车再生制动系统前向综合建模

3.1混合动力汽车仿真建模思想

3.1.1后向仿真

3.1.2前向仿真

3.1.3前后向仿真比较

3.2驾驶员模型

3.2.1基于PID控制的驾驶员模型

3.2.2基于模糊逻辑控制的驾驶员模型

3.3整车工作模式判断模型

3.4 CVT混合动力汽车整车控制器模型

3.4.1基于发动机反拖制动的离合器控制建模

3.4.2基于电池电机联合高效发电的CVT速比及夹紧力控制模型

3.4.3再生制动系统的制动控制模型

3.5 CVT混合动力汽车再生制动系统前向建模

3.5.1发动机前向模型

3.5.2镍氢电池前向模型

3.5.3 ISG电机前向模型

3.6 CVT混合动力汽车动力传动系统前向建模

3.6.1离合器前向模型

3.6.2 CVT前向模型

3.6.3主减速器前向模型

3.7 CVT混合动力汽车中纵向动力学前向建模

3.7.1车轮前向模型

3.7.2车辆参数计算前向模型

3.8本章小结

4 CVT混合动力汽车再生制动系统前向仿真与分析

4.1基于PID和模糊逻辑控制的驾驶员模型仿真结果与分析

4.2 CVT混合动力汽车再生制动系统在典型制动工况下的前向仿真和分析

4.2.1 30km/h初始制动车速下的仿真和分析

4.2.2 40km/h初始制动车速下的仿真和分析

4.2.3 50km/h初始制动车速下的仿真和分析

4.3 CVT混合动力汽车再生制动系统在典型城市驱动循环下的前向仿真与分析

4.3.1 CVT混合动力汽车在EUDC驱动工况下的仿真结果分析

4.3.2 CVT混合动力汽车在ECE+EUDC驱动工况下的仿真结果分析

4.3.3 CVT混合动力汽车在1015驱动工况下的仿真结果分析

4.3.4 CVT混合动力汽车在UDDS驱动工况下的仿真结果分析

4.3.5 CVT混合动力汽车在四种驱动循环工况下电机工作点分布

4.4再生制动系统前向仿真评价指标的确定及仿真结果分析

4.5本章小结

5基于dSPACE的CVT混合动力再生制动系统硬件在环仿真

5.1基于dSPACE的硬件在环仿真(HILS)

5.1.1 dSPACE简介

5.1.2 dSPACE系统的软硬件平台

5.2 CVT混合动力再生制动硬件在环仿真系统的构建

5.2.1 CVT混合动力试验系统构建

5.2.2再生制动试验系统主要控制模型

5.2.3 CVT混合动力试验台测控调试系统的构建

5.3再生制动系统硬件在环仿真试验与分析

5.4再生制动系统硬件在环仿真结果评价

5.5本章小结

6结论

致 谢

参考文献

附录