混合动力汽车能量管理实时控制系统研究与设计

摘要

21世纪以来，能源危机与空气质量恶化困扰着人类，对机动车节能减排被认为是解决该问题的有效方案。我国不少地方政府推出车辆限购、限行政策，另外，地方政府和中央政府共同推出多种推广新能源汽车的相关政策，对新能源汽车关键技术研发及其产业化政府也给予了大力的扶持，本文依托国家自然科学基金项目，研发可应用于实车实时控制的整车控制器，以期获得燃油经济性和汽车驾驶性能兼顾的控制策略。
　　本文首先在后向仿真环境中建立整车模型，以此为基础建立等效燃油消耗功率的解析表达式，利用庞特里亚金的最小化原理(PMP，Pontryagin'sminimumprinciple)分析能量管理最优化控制的必要条件，以及传统的等效消耗最小化策略(ECMS，EquivalentConsumptionMinimizationStrategy)取得最优控制的条件。考虑到传统ECMS虽然能取得近似优化的燃油经济性，但其驾驶性能较差，计算复杂度较高，无法满足实车应用的要求。因此，本文利用汽油发动机和电机的WillansLine模型设计WillansLine-ECMS控制策略，将档位计算和扭矩分配算法简化为简单的查表计算，用离线仿真方式对控制策略验证，获得接近传统ECMS燃油经济性的同时，驾驶性能和控制实时性能得到明显提升。
　　基于飞思卡尔公司的MPC5634M微控制器设计混合动力汽车整车控制器硬件电路，采用自动代码生成技术，并集成CCP标定协议，建立前向实时仿真模型，由此构建硬件在环试验系统，以验证整车控制器软硬件性能。硬件在环试验结果表明:整车控制器硬件电路能稳定、可靠运行，测试期间无故障出现;整车控制器计算的扭矩分配曲线与需求扭矩曲线几乎重合，控制策略运算时间很短，对于燃油消耗，硬件在环试验与离线仿真取得的控制效果一致，很好地验证本文设计的WillansLine-ECMS控制策略具有较好的实时性。
　　设计的WillansLine-ECMS的控制策略有利于实现基于优化的能量管理策略在实车上的应用，并最终实现混合动力汽车节能减排的目标具有一定的推动作用，并且对于开发新型高效节能环保的混合动力汽车，优化混合动力汽车能量管理控制策略具有理论指导意义和实际的应用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．2 混合动力能量管理控制策略研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 并联混合动力系统整车建模

2．1 引言

2．2 前向建模

2．2．1 驾驶员模型

2．2．2 发动机模型

2．2．3 电机模型

2．2．4 动力电池模型

2．2．5 离合器模型

2．2．6 变速箱模型

2．2．7 传动系统及车辆模型

2．3 本章小结

第三章 ECMS能量管理策略研究

3．1 引言

3．2 后向仿真建模

3．3 PMP求解最优控制量

3．4 等效消耗最小策略(ECMS)

3．4．1 ECMS等效电压(协同变量)近似求解方法

3．4．2 ECMS最优分配转矩的计算

3．5 初步ECMS控制策略设计与分析

3．6 本章小结

第四章 Willans Lines-ECMS能量管理策略

4．1 引言

4．2 简化换档策略

4．3 简化能量分配策略

4．3．1 发动机与电机的WiUans Line模型

4．3．2 简化的Willans Lines-ECMS算法

4．3．3 整车控制器的控制MAP图生成

4．4 Willans Line-ECMS策略仿真分析

4．5 本章小结

第五章 整车控制器的设计

5．1 引言

5．2 HCU硬件总体结构

5．3 微处理器的特性

5．4 MPC5634最小系统设计

5．5 电源电路设计

5．6 输入模块电路设计

5．7 驱动电路设计

5．8 通信电路的设计

5．9 整车控制器PCB布线设计

5．10 本章小结

第六章 硬件在环仿真试验

6．1 引言

6．2 硬件在环仿真平台的搭建

6．2．1 dSPACE实时硬件系统介绍

6．2．2 各部件具体连接方案

6．3 整车控制器代码生成

6．4 整车控制器实时性验证

6．5 仿真结果及分析

6．6 本章小结

第七章 全文总结与展望

7．1 工作结论

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果