混联式混合动力汽车再生制动控制理论与试验研究

摘要

混合动力汽车的再生制动系统是区别传统内燃机汽车制动系统，并实现混合动力汽车节油的关键装置之一。其能够在汽车滑行或减速制动过程中，利用汽车消耗的动能拖动驱动电机的转子反转发电，并把产生的电能存储在电池中，实现制动能量的回收，同时产生再生制动转矩。再生制动系统在降低汽车的燃油消耗及排放污染物的同时，还实现了汽车的减速和制动，对实现汽车的节能、减排以及延长续驶里程等方面具有重要意义。　　本文结合黑龙江省自然科学基金项目“混联式混合动力系统优化控制及硬件在环仿真研究”，重点研究了混联式混合动力汽车再生制动控制策略及算法，并通过搭建的仿真平台和研制的混联式混合动力汽车再生制动试验平台进行了验证。在保证制动效能的同时，实现了几种典型制动工况下制动能量的高效回收。　　首先阐述了混合动力汽车再生制动控制系统研究的背景及意义，混合动力汽车驱动系统的分类及结构特点，以及混合动力汽车再生制动控制技术的国内外研究现状。详细分析了混合动力汽车在制动能量回收过程中的影响因素，以及在研究中面临的问题。　　以混联式混合动力汽车再生制动系统为研究对象，对其结构、工作原理以及驱动电机、电池等关键组件的工作特性进行了分析，建立了再生制动主要评价指标的数学模型。对混合动力汽车的制动过程进行了动力学分析，建立了整车动力学模型、再生制动系统总成及各组件的数学模型。在此基础上，研究了制动过程中前、后轮理想制动力和实际制动力的分配关系。　　在分析最佳制动感觉、最佳能量回收和并行制动等三种典型制动控制策略的基础上，结合混联式混合动力汽车再生制动系统的特点，确定了系统制动力的分配原则、实现方式及分配方法。采用制动控制器与整车控制器独立式的再生制动控制系统，制动控制器控制机械制动，整车控制器控制再生制动，制动控制器与整车控制器之间采用 CAN总线通信。根据再生制动控制系统输入、输出参数及要求，提出了本文的混联式混合动力汽车再生制动控制策略。　　在对混合动力汽车制动控制过程中用到的PID控制、模糊逻辑控制等控制算法进行阐述的基础上，重点分析了模糊PID控制算法。根据所提出的再生制动控制策略，采用独立式再生制动控制系统，对混联式混合动力汽车制动控制系统进行总体结构设计，并编制了控制流程图。对混联式混合动力汽车制动控制系统中的再生制动的控制采用模糊　　PID控制，在对再生制动模糊 PID控制器总体结构设计的基础上，分别对模糊控制器和PID控制器进行了设计，最终完成了模糊控制器与PID控制器之间采用串级式组合的混联式混合动力汽车再生制动模糊 PID控制器设计。　　应用MATLAB/Simulink软件建立了混联式混合动力汽车再生制动控制策略模型，应用AVL CRUISE软件建立了混联式混合动力汽车各动力总成及制动系统的参数化模型。通过搭建MATLAB/Simulink与AVL CRUISE软件的联合仿真平台，进行所建立的混联式混合动力汽车再生制动控制策略模型在典型制动工况、滑行工况及典型循环行驶工况下的制动过程仿真及分析。从仿真结果可得出，机械制动与再生制动转矩、电池SOC、制动回收能量及制动能量回收率等参数在不同工况下的变化规律。　　研制了一种基于底盘测功机的混联式混合动力汽车再生制动试验平台。该平台以dSPACE MicroAutobox作为实时控制器，以底盘测功机作为动力总成的功率吸收及加载装置，以VCX车辆通信模块作为试验平台的数据采集装置。将在MATLAB/Simulink中建立的再生制动系统控制策略模型下载到dSPACE MicroAutobox中，通过MATLAB/Simulink/RTW、dSPACE/RTI和ControlDesk软件，实现对混联式混合动力汽车再生制动过程的控制。采用研制的试验平台进行了模糊 PID控制策略下，分别对典型制动工况中常用的中等制动强度时的不同制动初始速度下和典型的稳态工况下的制动工况，以及滑行工况的试验验证。试验结果表明：所研制的再生制动试验平台运行平稳，并且采用的模糊 PID控制策略能有效地回收制动能量，制动能量回收率在三种工况下分别达到20％、25％及60％左右。本文为混联式混合动力汽车再生制动控制系统的研究提供了一种新的控制方法和试验平台。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第 1 章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 混合动力汽车驱动系统介绍

1.3 混合动力汽车再生制动控制技术研究现状

1.4 制动能量回收的影响因素及面临的问题

1.5 论文研究的主要内容

第 2 章 混合动力汽车再生制动基本理论研究

2.1 引言

2.2 混合动力汽车再生制动系统分析

2.3 再生制动过程动力学分析

2.4 制动过程中前后轮制动力分配

2.5 本章小结

第 3 章 混联式混合动力汽车再生制动控制策略研究

3.1 引言

3.2 典型的再生制动控制策略

3.3 混联式混合动力汽车再生制动控制策略

3.4 本章小结

第 4 章 混联式混合动力汽车再生制动控制算法研究

4.1 引言

4.2 混合动力汽车再生制动控制方法

4.3 混联式混合动力汽车制动控制系统总体结构设计

4.4 混联式混合动力汽车再生制动模糊 PID 控制器设计

4.5 本章小结

第 5 章 混联式混合动力汽车再生制动系统建模及仿真

5.1 引言

5.2 仿真平台介绍

5.3 混联式混合动力汽车模型技术参数

5.4 混联式混合动力汽车再生制动系统建模

5.5 混联式混合动力汽车制动仿真

5.6 本章小结

第 6 章 混联式混合动力制动试验平台研制与试验研究

6.1 引言

6.2 混联式混合动力制动试验平台研制

6.3 再生制动试验平台数据采集及控制系统

6.4 再生制动性能试验

6.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和取得的科研成果

致谢

个人简历