混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究

上海交通大学博士学位论文混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究姓名：李卫民申请学位级别：博士专业：控制科学与工程指导教师：徐扬生20081001混合动力汽车控制系统与能量管理策略研究作者：李卫民学位授予单位：上海交通大学相似文献(10条)1.学位论文吴建中混合动力汽车驱动系统设计及控制系统的研究2008混合动力汽车采用内燃机和电机作为动力源，成为解决排污和能源问题最具现实意义的途径之一，集成一体化起动/发电机(ISG)技术是当前国际公认的未来汽车的先进技术之一，也是当代汽车发展的重要方向。论文以ISG型混合动力汽车为研究对象，进行了混合动力汽车驱动系统和动力总成控制系统等方面的研究。本文系统地分析了串联式、并联式以及混联式混和动力汽车动力总成构型的优缺点，介绍了ISG型混合动力汽车结构及主要特点的基础上，首先通过对各总成选型分析，选择了发动机、电机、电池等部件，接着根据性能指标，确定了发动机、电机、电池等部件参数匹配。动力总成控制系统作为HEV控制系统的关键，主要负责对行驶需求功率的合理分配，保证HEV高效运行，使发动机燃油消耗和排放达到最优。动力总成控制系统的硬件采用了TMS320F2812芯片，由于它功能强大，I/O资源丰富，并且支持广泛用于汽车电控的CAN通讯，因此，非常适合于混合动力汽车的实时控制。本文研究了动力总成控制系统的总体结构，以TMS320F2812型DSP为核心，组建了混合动力总成控制系统的硬件系统。在充分利用DSP内部模块的基础上对它的外部总线进行扩展。并设计了电源模块、A/O模块、IO模块、CAN总线模块和串口通讯模块。在模块化设计方式基础上建立了混合动力控制策略的软件设计。为了证明设计方案的可行性和DSP总成控制系统的控制性能，在MATIAB/Simulink环境下，以hdvisor为仿真平台，依据系统的结构、控制策略，对相关模块进行修改，建立了ISG型混合动力汽车整车的仿真模型。利用建立的模型，在Advisor仿真软件中输人仿真参数，设置仿真性能，汽车动力性、经济性以及一些重要性能曲线的仿真结果。与同样参数设置的传统燃油汽车仿真结果进行比较表明，油耗和排放都得到了很好的降低。2.期刊论文罗永革.王保华.佘建强.金阳.刘成武.刘柯路.LuoYongge.WangBaohua.SheJianqiang.JinYang.LiuChengwu.LiuKeluHC9S12单片机在混合动力汽车ISG控制系统中的应用-湖北汽车工业学院学报2005,19(2)基于MC68HC9S12DP256B单片机,研制了混合动力汽车(HEV)集成化动力总成(ISG)控制系统,提出了软硬件设计、电机和动力电池的模糊控制和动力总成的控制策略.3.学位论文陈鹏新型混合动力汽车双转子电机控制系统的设计2007随着全球石油资源的紧张和大气污染的日益严重，混合动力汽车受到越来越广泛的关注。混合动力电动汽车(HybridElectricVehicle，简称HEV)是在一辆汽车上同时配各电力驱动系统和辅助动力单元(APU)的汽车。与电动汽车和燃油汽车相比，混合动力电动汽车具有高的燃油经济性、高性能和低排放的优势。混合动力汽车要进入实用化，需要合理解决机电耦合传动模式等问题。因此，建立一种高效能电机驱动系统，并采用一种有效的控制方法，是解决混合动力电动汽车技术革新的一项关键内容。本课题提出了一种新型的双转子电机结构应用于混合动力汽车驱动系统中，并设计了其控制系统。其具有结构简单、运行可靠、功率分配比合理等特点，理论上解决了传统混合动力电动汽车中两个级联电机的复杂结构和功率不均衡的问题。本文主要进行双转子电机控制系统的设计。首先，推导出了双转子电机的数学模型，提出了其转子磁场定向的控制策略，并利用MatLab/SimuLink/S-Function进行数字仿真验证电机模型及控制方案的正确性。另外，设计了双转子电机逆变变频控制器硬件电路及其软件控制系统。其中，硬件电路包括主功率电路、DSP最小系统电路、控制采样电路、开关电源电路以及显示电路等，控制系统以TMS320LF2407型号DSP为控制核心，提出了一种转子磁场定向控制策略，仿真实现了电机各种运行状态的控制。最终验证了双转子电机结构在混合动力汽车驱动系统中应用是可行的。4.期刊论文姚国春.陈寿孙.韩聚奎.朱小林.YAOGuo-chun.CHENShou-sun.HANJu-kui.ZHUXiao-lin新型混合动力汽车再生制动控制系统的实现-公路交通科技2007,24(4)介绍了混合电动汽车的两种基本结构形式及CAN总线的工作特性,论述了再生制动系统储能装置和控制系统的原理.分析比较常用的几种储能装置,确定以蓄能器作为能量存储设备,利用自主开发的CAN智能模块和嵌入式微计算机主控模块,组成基于CAN总线的混合动力电动汽车的新型再生制动能量控制系统,运用相应控制策略实现再生制动能量控制.通过实际使用表明:该系统具有控制优良、运行可靠、成本低、能量利用率高等优点,极具应用前景.5.学位论文陈礼敏基于DSP的混合动力汽车用永磁同步电机控制系统200720世纪90年代以来，为了缓解能源和环境对人类生活和社会发展的压力，“准绿色”的混合动力型汽车登上了历史舞台。混合动力汽车既克服了纯电动汽车的续驶里程短、价格昂贵等缺点，又有利于大幅度减少汽油消耗，合理利用电能，调整能源结构，为解决城市污染问题和解决一次能源的短缺开辟了一条新途径。本论文围绕混合动力汽车用永磁同步电机控制系统的一些问题展开了研究，研究内容分为一下几个部分：首先，分析几种常用的电机系统并结合作为混合动力汽车驱动电机的要求，指出以永磁同步电机作为混合动力汽车驱动电机的优势。其次，根据永磁同步电机常用的控制方法和混合动力汽车电源的限制因素以及对大转矩的需求，确定在电机低速工作时采用最大转矩/电流比控制策略，高速工作时采用弱磁控制策略，并给给出了这两种控制方式下电流与转矩的关系公式。提出最大功率弱磁控制策略并给出永磁同步电机在全速范围内的电流控制策略。最后，对电机控制方法进行了Matlab/Silnulink的初步仿真，得出了该控制方式下系统的阶跃响应曲线和转矩特性曲线。最后还给出了具体的硬件电路设计及实现形式，给出了具体的实际的调试结果，从结果可以看出，本控制系统的设计是符合要求的。6.学位论文陈晓丽混合动力汽车电驱动控制系统研究2008混合动力汽车融合了内燃机汽车和电动汽车的优点，在不降低动力性的前提下，可大幅提高燃油经济性及减少汽车排放，是目前清洁汽车研究的主要方向。美、日及欧洲等许多发达国家投入大量资金和人力进行相关研究，我国也将混合动力汽车作为重点攻关项目，同时将混合动力汽车的3大关键零部件电池、电机和控制系统的相关研究列为3个纵向发展目标。电机及控制系统作为混合动力汽车主要的动力源，其性能好环直接影响混合动力汽车整车的动力性能，因此对其关键技术进行深入研究具有现实意义。本文对混合动力汽车用电机及其驱动控制系统进行了相应研究，包括永磁无刷直流电机和交流感应电机，具体内容包括：首先，对混合动力汽车的工作模式进行了分析，推导了混合动力系统功率流约束条件，根据混合动力汽车动力学，对SWB6116混合动力大客车的动力驱动系统进行分析、设计，根据客观条件和设计要求，确定了电机、电池参数以及对电机驱动控制器的具体要求和实现策略。第二，对永磁无刷直流电机工作原理进行了分析，在此基础之上利用Matlab/Simulink软件建立了永磁无刷直流电机的数学模型和控制模型，并进行终端滑模控制器的设计和仿真研究；变结构控制方法的引入有效的改善了无刷直流电机固有的电机转矩脉动大，控制精度低的问题。为了比较控制方法的有效性，与传统的PID控制器和线性滑模控制器进行了比较，仿真结果说明，所设计非奇异终端滑模控制器效果最佳第三，对交流感应电机进行了建模和仿真研究，感应电机显著优点是电机设计制造容易、电机坚固耐用，而且随着现代电力电子技术的发展，大功率电力电子器件的出现，以及调速方法的不断改进，使得交流调速系统的性能得到了很大改善，因此对交流感应电机的研究也是目前国际上电动汽车用电机的研究热点。本章建立了三相感应电机在不同坐标系上的数学模型；之后，基于建立的三相感应电机的数学模型，对矢量控制原理进行了分析，设计了转子磁场定向的矢量控制系统，并在MATI_AB/SIMIJUNK环境下，对三相感应电动机和转子磁场定向矢量控制系统进行仿真分析。最后，对混合动力汽车用永磁无刷直流电机驱动系统进行了设计，包括硬件电路设计和软件开发两部分内容，实现了恒转矩启动和恒功率运行的要求。为了验证所设计系统的有效性，研制了一个小功率试验平台，该平台以TMS320LF2407A为核心器件，基本实现了混合动力汽车要求的大部分功能。7.期刊论文钱立军.赵韩.鲁付俊基于CAN总线的混合动力汽车控制系统-农业机械学报2004,35(6)介绍了基于CAN总线开发的混合动力汽车控制系统及各子系统的任务、网络图和部分信息流.为了解决整车控制的实时性与汽车车身网络控制系统数据传输量大的矛盾,系统采用了高、低速双CAN总线结构,并且通过信息交换模块实现对高、低速CAN网络中的部分需交换信息的数据交换.8.学位论文万发雨基于混合动力汽车控制系统的有限状态机容错设计2008在混合动力汽车控制系统中，由于复杂的电磁环境，以及实时性要求，可靠性问题越来越严重。当我们将容错技术运用到控制系统中，可以在很大程度上提高系统的可靠性和稳定性。有限状态机是控制系统设计中的重要组成部分，是实现高效率高可靠性逻辑控制的重要途径，因此在控制系统设计中，具有容错功能的有限状态机设计和有容错功能的系统设计是一个趋势。本论文主要介绍一种混合动力汽车控制系统的有限状态机的容错设计。本文首先介绍混合动力汽车的控制策略以及卷积码的编译码理论；接着详细论述了利用卷积码矩阵设计了码字生成器、检查器、译码器，通过这几个容错模块，错误的状态能够被纠正后重新送到有限状态机中，因此突发性的错误能够被纠正；最后讨论了各个容错模块设计的关键问题及解决方案，完成了有限状态机容错结构，并优化了状态机，还对设计中涉及的多时钟域问题进行了讨论。在FPGA上进行了功能仿真，并在SMIC0.25μm工艺上用电路综合工具Design-Compiler完成了电路综合。本文的主要创新点：通过对混合动力汽车的控制策略的分析，设计了容错状态机。通过对卷积码的编码分析，提出了可以利用卷积码的转移矩阵对有限状态机的状态转换进行编码，进而我们可以检测并纠正状态机状态转换的错误；得到了有限状态机的容错结构，对状态机进行优化，减少了硬件开销。9.期刊论文黄苏融.曾凤.洪文成.陈小佳.HUANGSu-rong.ZENGFeng.HONGWen-cheng.CHENXiao-jia混合动力汽车用起动发电一体化永磁同步电机控制系统设计与仿真-电机与控制应用2007,34(11)为实现混合动力汽车用起动发电一体化(IntegratedStarterandGenerator,ISG)永磁同步电机控制系统的优化设计与精确的仿真分析,提高ISG永磁同步电机控制系统的快速开发能力,提出了一种ISG永磁同步电机控制系统设计新方法.该方法基于定子电流最优控制策略建立控制系统模型,结合有限元法计算的ISG永磁同步电机饱和电感参数特性和功率器件特性,在Simplorer系统仿真平台上开展ISG永磁同步电机及其控制系统设计与仿真.样机的仿真结果与试验结果比较吻合,验证了该设计方法的可信性,并实现了ISG永磁同步电机控制系统的快速开发.10.学位论文史月俊基于混合动力汽车的交流永磁电机驱动控制系统的研究2010混合动力汽车(HybridElectricVehicle)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的车型，拥有燃油汽车的动力性能和电动汽车的低排放，是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。电驱动系统作为混合动力汽车的关键组成部分，在混合动力汽车中起着十分重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和实践意义