基于Matlab/Simulink的ISG混合动力车控制策略仿真与试验研究

摘要

全球气候变暖，环境污染严重，使得人类赖以生存的地球环境日益恶劣。同时石油资源逐渐枯竭，以石油为主要能源的传统汽车产业面临着前所未有的挑战。在能源和环保的压力下，绿色汽车必将成为未来汽车的发展方向。
　　 单轴ISG混合动力车是并联式的一种，以发动机驱动为主，ISG电机辅助驱动。发动机动力输出动态响应速度慢、转矩输出控制精度差，而ISG电机瞬间动力驱动响应速度快，转矩输出控制精度高，且能量回收率高，因此可以利用ISG电机的工作特点优化发动机工况，提高整车的动力性、经济性和排放性。
　　 论文首先分析了ISG混合动力车的系统结构，以实际工程应用为背景，在详细分析不同运行模式下整车控制策略的基础上，完善了基于转矩管理的混合动力车控制策略。为了验证整车控制策略及基本性能，在Matlab/Simulink环境下搭建了前向式ISG混合动力车模型，仿真分析了相关部件的性能。以基于模型的设计理念，首次在Matlab/Simulink中完成了整车控制器HCU模型。
　　 所开发的ISG混合动力车通讯网络采用CAN总线通讯方式，从而实现整个分布式网络系统的控制功能。为了验证整车控制策略及对控制器硬件进行功能性测试，采用dSPACE实时仿真平台进行了硬件在环仿真。在dSPACE的RTI CAN MultiMessage Blockset库中，调用相应的CAN通讯模块使整车模型和整车控制器硬件实时通讯。在给定的ECE15+EUDC驾驶循环工况下，在ControlDesk结果监控界面中验证了整车控制器算法。
　　 为了评价整车控制策略的优异性，最后分别进行了ISG电机静态试验、发动机标定匹配试验、超级电容性能试验、起动工况对比试验以及整车转鼓试验。由静态试验可知，在电动和发电模式下，ISG电机均有较高的输出效率，ISG电机和控制器温升明显，但在一定时间后温升趋于平缓。由发动机万有特性曲线以及标定Map图可知，为了保证整车经济性好，发动机应尽可能工作在最佳经济性运行曲线上。由超级电容性能试验可知，当ISG电机以最大助力转矩进行快速起动发动机和加速助力时，超级电容电压降较小，有利于超级电容频繁的充放电且能量损失小。由起动工况对比试验可知，混合动力发动机起动时转速没有高的超调量，转速过渡平滑，起动成功后稳定转速相对较低，起动性能良好，且没有传统发动机起动时过浓喷油现象，排放性能更优。由转鼓试验可知，与传统车相比，混合动力车HC和CO排放下降明显，且远低于欧III排放限值，百公里油耗约下降15.1％，节油效果明显。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 新能源汽车概述

1.2 国内外混合动力汽车现状分析

1.2.1 国外混合动力汽车介绍

1.2.2 国内混合动力汽车研究现状

1.2.3 整车控制策略介绍

1.3 论文研究的目的和研究内容

1.3.1 论文的来源及研究目的

1.3.2 论文的研究内容

第二章 混合动力车的分类及结构分析

2.1 混合动力车的分类

2.1.1 串联式混合动力车

2.1.2 并联式混合动力车

2.1.3 混联式混合动力车

2.2 混合动力车结构分析

2.2.1 串联式混合动力车结构特点

2.2.2 并联式混合动力车结构特点

2.2.3 混联式混合动力车结构特点

2.3 ISG混合动力车工作原理

2.3.1 全浮式ISG电机结构

2.3.2 ISG电机选型

2.3.3 单轴并联式ISG混合动力车工作原理

2.4 论文研究的ISG混合动力车结构介绍

2.4.1 关键零部件介绍

2.4.2 控制策略功能的实现

2.5 本章小结

第三章 ISG混合动力车模型

3.1 整车模型的构成

3.2 整车系统的各子模块模型

3.2.1 驾驶员模型

3.2.2 整车控制器模型

3.2.3 发动机模型

3.2.4 ISG电机模型

3.2.5 超级电容模型

3.2.6 离合器模型

3.2.7 变速器模型

3.2.8 车辆动力学模型

3.3 本章小结

第四章 整车控制策略分析

4.1 混合动力车控制策略研究现状

4.1.1 基于人工神经网络的控制策略

4.1.2 模糊逻辑控制策略

4.1.3 自适应控制策略

4.1.4 逻辑门限控制策略

4.2 ISG混合动力车控制策略分析

4.2.1 混合动力车控制策略总体框架

4.2.2 驻车模式控制策略

4.2.3 起动模式控制策略

4.2.4 行驶模式控制策略

4.2.5 滑行模式控制策略

4.2.6 制动模式控制策略

4.3 本章小结

第五章 整车通讯网络及硬件在环测试平台开发

5.1 CAN总线及通讯协议

5.1.1 CAN总线介绍

5.1.2 SAE J1939协议

5.2 混合动力车通讯系统设计

5.2.1 整车CAN网络拓扑结构

5.2.2 整车CAN通讯协议

5.3 dSPACE实时仿真系统介绍

5.3.1 dSPACE硬件系统

5.3.2 dSPACE软件系统

5.3.3 基于模型的控制系统开发

5.4 整车控制器硬件在环测试平台开发

5.5 本章小结

第六章 仿真及试验结果分析

6.1 整车动力系统仿真分析

6.2 试验结果分析

6.2.1 ISG电机台架试验

6.2.2 发动机标定匹配试验

6.2.3 超级电容性能试验

6.2.4 起动工况对比试验

6.2.5 转鼓试验

6.3 本章小结

第七章 全文总结及展望

7.1 全文工作总结

7.2 进一步工作展望

7.3 创新点

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文

攻读博士学位期间参加的科研项目