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原文传递混合动力汽车AMT换档策略及换档控制的研究

论文题名：	混合动力汽车AMT换档策略及换档控制的研究
关键词：	混合动力汽车;换档策略;能量管理策略;离合器接合;控制策略;行驶平顺性;汽车动力传动系统;发动机;车辆行驶;最优控制;整车控制;换档过程;永磁同步电机;转矩分配策略;燃油经济性;协调控制;变速箱;燃油消耗;驱动转矩;排放性能
摘要：	汽车保有量的增加和人们对环境、能源问题的日益关注推动着汽车技术的不断进步。混合动力汽车(HEV,Hybrid Electric Vehicle)兼有纯电动汽车和传统燃油汽车的优点,不仅油耗和排放性能显著改善,而且具有续驶里程长、成本适中等产业化优势,因此其受到了越来越广泛的重视。本文即以国家863计划混合动力轿车项目为背景,主要研究混合动力汽车的整车控制及其在实车上的应用。　　整车控制是混合动力汽车的关键技术之一,主要包括两个方面的内容:整车的能量管理策略和能量管理策略在动力、传动系统中的实观。车辆的燃油经济性、排放性能以及行驶平顺性、离合器等部件使用寿命等等都依赖于整车的控制策略。　　能量管理策略的目的是提高车辆燃油经济性并减少废气排放。在研究混合动力汽车的能量管理策略时,学者往往针对的是发动机、电机的转矩分配策略,在使用机械式自动变速器(AMT,AutomaticMechanical Transmission)的混合动力汽车中,变速系统档位的选择会影响发动机、电机的工作状态进而影响车辆动力性和经济性,因此换档策略是能量管理策略的另一个方面。本文在并联式混合动力汽车燃油消耗特性分析的基础之上,基于电机助力的转矩分配策略,以车辆综合燃油消耗最小为目标,提出针对混合动力汽车的经济性换档策略,进一步完善了混合动力汽车的能量管理策略。　　实现能量管理策略时动力传动系统的控制是混合动力汽车整车控制的另一个主要方面。混合动力汽车的能量管理策略通过AMT实现,电驱动系统是混合动力汽车动力传动系统的控制区别与传统汽车的关键。使用AMT的混合动力汽车的换档过程包括对发动机、电机、离合器和变速系统的协调控制,是能量管理策略实现的关键。现在研究整车控制多针对的是能量管理策略,动力传动系统协调控制尤其是离合器参与工作时的相关研究尚需深入。　　为研究换档过程的控制策略,本文对并联式混合动力汽车动力传动系统各部件的动力学特性进行深入分析,提出和建立了包括发动机、膜片弹簧离合器、永磁同步电机、同步器等在内的混合动力汽车瞬态动力学仿真模型,该模型为控制策略的研究和开发提供了必要的仿真平台。　　混合动力汽车换档过程控制的目的是尽量缩短换档时间并改善车辆行驶平顺性和减小离合器磨损。车辆行驶的平顺性与变速箱所传递的转矩相关,在换档过程中将变速箱切换到目标档位并恢复车辆驱动转矩时,变速箱输入转矩由离合器和永磁同步电机共同提供。与发动机和离合器相比,永磁同步电机有较高的控制精度和响应速度,因此控制策略是在平顺、小磨损地接合离合器时,通过调整电机转矩来实现车辆行驶平顺性所需要的变速箱输入转矩。　　离合器接合控制是指通过控制离合器和发动机来减小离合器摩擦片的磨损并防止由离合器接合所引起的传动系统冲击振动。通过对混合动力汽车中离合器接合过程的分析和对驾驶员离合器操纵经验的总结,同时考虑到系统的非线性和不确定性,本文使用模糊逻辑的智能算法确定离合器接合的控制策略。在接合离合器时,为减小摩擦片磨损,需要在防止发动机过转速和熄火的情况下,控制发动机跟踪离合器从动盘的转速,本文使用实用性较强的PID算法控制发动机节气门来实现离合器接合控制所需要发动机控制目标。　　车辆行驶平顺性与换档过程中车辆驱动转矩的恢复时间相互制约,为此本文建立包括行驶平顺性和动力恢复时间等在内的最优控制综合性能指标,使用极小值原理的方法确定多目标时的最优控制,由此确定的最优控制给出了系统控制的最优性能和控制目标。由于最优控制并没有引入反馈,为使控制系统不受系统不确定性和外界干扰的影响,使用强鲁棒性的滑模控制来跟踪所设计的最优控制。　　在前述混合动力汽车分析和建模的基础上,对混合动力汽车的整车控制算法进行了数值仿真和分析,仿真结果表明能量管理策略和动力传动系统协调控制策略能够较大幅度地改善车辆燃油经济性和行驶平顺性等指标。本文最后通过设计实车控制系统和进行相关试验,对控制策略进行进一步的优化和验证,试验结果表明了控制策略的有效性。　　作为混合动力汽车控制核心技术之一,本文的研究对开发具有我国自主知识产权的混合动力汽车,加快其产业化步伐具有重要意义。
作者：	古艳春
专业：	车辆工程
导师：	张建武;殷承良
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文