增程式电动车发动机转速控制方法的研究

摘要

随着城市汽车数量的急剧增加,汽车对环境的污染问题已不容忽视,节能减排已成为汽车设计研发中的一项重要设计指标。传统燃油汽车只有发动机一个动力源,在不同路况下发动机的工作点在不断变化,由于发动机固有特性当发动机工作在低速、小负荷工况时,发动机的工作效率较低且污染物的排放量较大。鉴于传动燃油汽车的局限性,本文以增程式混合动力车为背景,进行发动机转速控制问题的分析与研究。
　　增程式混合动力车提出了以下两种工作模式的概念。一是纯电动模式,在此模式下发动机是关闭的,仅由电池发电提供给电动机电能,最终驱动车辆,达到了“零”排放的目的。另一种模式是增程模式,这是模式主要是为了满足人们对高速驾驶以及对汽车长续航能力的需求。这时启动发动机,发动机与发电机形成一个子系统为驱动电机提供电能以获得牵引车辆的扭矩,同时也可以将多余的电能储存在蓄电池中。增程式混合动力车的动力性和续航性完全可以满足繁华市区人们日常出行的需求。这种结构下的发动机可以通过能量优化策略来决定发动机的工作点,从而保证发动机可以一直维持在最佳工作点附近以提高发动机工作效率达到了节能减排的目的。
　　为了准确的设计发动机转速的控制方法,本文首先在了解发动机工作原理的基础上建立了基于转速控制的发动机数学模型,继而在Matlab/simulink环境下搭建了仿真模型。为了验证模型的准确性,本文以enDYNA中的一个四缸四冲程火花点火发动机模型为基准进行模型参数拟合与模型验证。enDYNA是一个高精度汽车发动机实时仿真软件,这个软件也是基于Matlab/simulink平台,enDYNA适用于内燃机控制算法的开发及在线的故障诊断,世界各大汽车制造厂商都用它来进行汽车电控系统的研发,在汽车界有很强的认可度与可靠性。
　　在完成建模的基础上,先进行了模糊PID控制器的设计,并对仿真结果进行了分析与对比。当时由于模糊PID控制器本身没有考虑约束,只是后期硬性的加入了限幅环境,使得调节时间增长。为了达到更好的控制效果,鉴于本模型的特性,本文着重设计模型预测控制器来实现对转速的控制,在不同工况下对仿真结果进行分析。

目录

摘 要

Abstract

目 录

绪论

课题研究的背景及意义

混合动力车简介

增程式混合动力车能量优化问题

本文主要研究内容

发动机转速控制模型

引言

建模方法介绍

发动机数学模型建立

模型验证

本章小结

发动机转速的模糊PID控制器设计

引言

模糊PID控制器设计

仿真及结果分析

本章小结

发动机转速的模型预测控制器设计

引言

问题描述与模型线性化

闭环系统稳定性

预测控制器仿真及结果分析

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢