面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究

摘要

随着交通能源和城市环境问题的不断恶化以及混合动力技术的不断发展，具有更高节能减排特性、乘坐舒适性以及驾驶性能的混合动力汽车成为了国际汽车产业强国竞相发展的关键技术。基于机械式自动变速器(AMT)的同轴并联混合动力机电耦合系统因具备复杂公交工况下的大转矩传输与多工作模式高效耦合特征，成为新能源客车动力系统的核心技术。然而，当应对典型城市公交工况时，以燃油经济性、乘坐舒适性和驾驶性能作为综合优化指标的混合动力系统机电耦合控制问题仍需进行深入研究。
　　本文针对进一步提升插电式混合动力客车(PHEB)燃油经济性的同时，确保乘坐舒适性和驾驶性能这一复杂问题，以基于AMT的同轴并联混合动力系统为研究对象，其机电耦合控制策略设计为研究主题进行了深入研究。论文研究工作为建立具备全工况高效运行的高燃油经济性混合动力系统机电耦合控制方法奠定了一定的基础，为实际混合动力系统控制策略设计提供了理论参考。具体研究内容和研究成果如下：
　　针对固定公交驾驶工况下的能量最优分配问题，提出了基于修正动态规划算法的PHEB能量管理策略。该策略在利用标准动态规划算法求得全局最优发动机、电机转矩分配的前提下，结合等效坡度估算方法和动力型AMT换档修正逻辑，通过坡道工况下的AMT换档操作对标准动态规划算法求得的最优解进行修正，从而实现了PHEB在城市公交工况下燃油经济性与坡道驾驶性能的综合优化。
　　针对公交工况下频繁的客车起步加速运行过程，提出了一种PHEB自适应经济型起步加速运行模式及其控制方法。控制策略包括顺序运行纯电驱动、电机起动发动机、发动机主动充电和发动机驱动四种工作模式的起步控制以及每种工作模式下的动力特性控制，仿真与实车测试结果表明，所提出的起步加速运行模式及其控制方法可以降低整车在起步加速阶段的油耗，同时工作模式切换过程的离合器协调控制改善了整车的乘坐舒适性。
　　针对PHEB电机起动发动机到发动机介入动力系统的工作模式切换瞬态过程，提出了基于鲁棒H∞控制方法的模式切换分层控制策略。该策略包括上层离合器转矩指令给定的鲁棒H∞控制和下层离合器位置的鲁棒跟踪控制。仿真结果显示所提出方法可以实现系统在满足整车冲击度约束的前提下，缩短工作模式切换过程，同时下层执行机构位置跟踪控制可以实现预期的控制目标。
　　针对复杂城市公交工况的不确定性对驾驶意图造成的影响，以及PHEB耦合驱动过程中电机模型可能出现的不确定性，提出了考虑不确定驾驶意图的混合动力系统耦合驱动鲁棒控制策略。策略中利用模糊逻辑推理量化了不确定的驾驶意图，并且利用电机的快速转矩响应特性补偿发动机的转矩响应偏差，同时考虑电机模型的参数摄动与外部干扰设计了电机的鲁棒转矩跟踪控制器。仿真结果表明所提出的控制策略可以实现PHEB高效的耦合驱动，同时确保不确定性情况下的动力系统跟踪控制性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 面向公交客车应用的混合动力系统构型概述

1.3 混合动力系统控制策略概述

1.4 本文的主要研究内容

第2章 基于AMT的同轴并联混合动力系统模型描述

2.1 同轴并联混合动力系统总述

2.2 面向整车能量管理策略的系统数学模型描述

2.3 面向动力系统控制的系统动态模型描述

2.4 本章小结

第3章 基于修正动态规划算法的PHEB全局优化能量管理策略

3.1 引言

3.2 动态规划算法及优化问题的形成

3.3 基于修正动态规划算法的PHEB能量管理策略

3.4 仿真研究

3.5 本章小结

第4章 混合动力系统自适应经济型起步加速模式及其控制方法

4.1 引言

4.2 混合动力系统经济型起步加速控制方法

4.3 仿真研究

4.4 实车试验结果

4.5 本章小结

第5章 基于鲁棒控制方法的混合动力系统模式切换分层控制

5.1 引言

5.2 模式切换阶段划分及控制问题描述

5.3 模式切换鲁棒分层控制策略设计

5.4 仿真研究

5.5 本章小结

第6章 考虑不确定驾驶意图的混合动力系统耦合驱动鲁棒控制

6.1 引言

6.2 同轴并联PHEB耦合驱动鲁棒控制策略

6.3 仿真研究

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢