轻度混合动力汽车再生制动系统建模与仿真

摘要

混合动力汽车（HEV）是一种结合了传统内燃机汽车优良的动力性、续驶里程和纯电动汽车低排放、高效率的新型汽车；是现在和不远的将来最具有可行性的低排放、低油耗特点的新一代清洁汽车。 再生制动（能量回馈制动）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，是混合动力汽车的关键技术之一，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。 本文以ISG型轻度混合动力长安羚羊轿车为研究对象，对混合动力汽车再生制动系统做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．基于混合动力汽车制动过程的动力学分析，参照传统燃油汽车制动过程中的制动力分配方法，提出了两种基于整车安全制动和高效能量回收的混合动力汽车制动力分配策略和控制方法。 2．通过对ISG型轻度混合动力汽车再生制动系统组成和工作特点的分析，提出了基于能量传递的以后向仿真为主前向仿真为辅的再生制动系统建模方法，并在子系统理论建模和数值建模基础上，建立了混合动力汽车整车和再生制动系统仿真模型。 3．根据混合动力汽车再生制动系统的工作特点，提出了专门用于评价混合动力汽车能量回收效果的性能指标－有效能量回收率。并选择不同车速和制动强度下的典型制动工况和城市驱动工况作为仿真工况。 4．通过不同典型制动工况和城市驱动循环下的仿真和汽车制动效能及能量回收率的分析，表明采用本文提出的定比例制动力分配控制策略在保证整车制动安全性的基础上能高效回收整车制动能量，有效能量回收率达到了10％～25％。 5．根据ISG型混合动力实验台和混合动力汽再生制动系统模型，在dSPACE环境下通过MATLAB/Simulink /RTW、dSPACE/RTI、ControlDesk软件及被控实物之间的无缝连接，搭建了再生制动系统硬件在环仿真平台。 6．在所搭建的混合动力再生制动硬件在环仿真试验平台上，进行了不同车速、制动强度和变速箱档位以及离合器状态下的仿真试验。仿真结果表明，采用本文提出的制动力分配控制策略实现了混合动力系统实验台的再生制动功能，在保证制动安全性的基础上实现了制动能量的有效回收。 7．根据不同工况条件下的对比仿真试验，分析了车速、制动强度、档位和双离合器状态对再生制动能量回收率的影响，为混合动力再生制动系统的完善和优化奠定了基础。