混合动力汽车发动机扭矩控制策略的研究

江苏大学硕士学位论文混合动力汽车发动机扭矩控制策略的研究姓名：徐红林申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：袁银男20100610混合动力汽车发动机扭矩控制策略的研究作者：徐红林学位授予单位：江苏大学相似文献(10条)1.期刊论文熊伟威.张勇.殷承良.XiongWeiwei.ZhangYongYin.Chengliang混合动力汽车的电机启动发动机过程仿真研究-中国机械工程2008,19(20)研究了在混合动力车用发动机断油条件下,利用电机调速控制方法降低发动机产生的负载扭矩的可行性.运用MATLAB/Simulink软件建立了四缸柴油发动机、永磁同步电机和电机控制器的数学模型,通过数字仿真分析了混合动力车用发动机启动过程中的负载扭矩特性.仿真结果表明,对比最大扭矩控制算法,采用离散模糊PID控制算法可以快速启动发动机并可有效地将发动机转速控制在目标转速附近规律波动,这有助于降低发动机产生的负载扭矩.2.学位论文胡振伟ISG型并联混合动力汽车起动控制策略及性能试验研究2010汽油机在起动过程中，由于燃油蒸发、雾化性能变差，影响了可燃混合气的形成，导致不完全燃烧严重，污染物排放增加；同时，起动过程中阻力矩增大，导致汽油机起动可靠性能降低。ISG型并联混合动力汽车取消了起动电机，利用ISG电机高速拖动发动机达到起动目标转速，完成混合动力汽车起动过程。这种起动方式一方面可以降低起动排放，另一方面缩短了起动时间。本文以“863”计划项目为背景，对ISG型并联混合动力汽车起动过程进行了较为深入的研究，取得了以下成果：首先对发动机起动过程中所受到的摩擦阻力矩进行分析和模拟计算；对永磁同步电机采用最大转矩/电流矢量控制，建立了永磁同步电机模型并分析了仿真结果。基于Matlab/Simulink仿真平台，建立了发动机-ISG电机一体化起动模型，仿真结果表明：ISG电机输出扭矩能够克服发动机起动阻力矩，满足混合动力汽车起动要求，为混合动力汽车起动控制策略制定提供了理论基础。其次，在混合动力汽车起动仿真的基础上，制定了混合动力汽车起动过程控制策略。提出冲击起动模式和混合动力起动模式，完善了混合动力汽车起动流程。把ISG电机起动过程分为静止、加速和结束三个阶段，优化了混合动力汽车起动过程中发动机进气量、喷油量、点火提前角和空燃比的控制策略。br　　最后，利用LabVIEW8.5软件和数据采集板卡，开发了适合混合动力汽车试验数据采集系统。采用冲击起动模式，对混合动力汽车进行低温起动试验，将起动过程分为静止、拖动、加速、着火和暖机五个阶段，分别对发动机、ISG电机和超级电容进行分析；采用混合动力起动模式，对混合动力汽车发动机进行起动排放性能试验，分析了冷却水温度、点火提前角和ISG拖转转速等参数对混合动力汽车起动排放性能的影响。br　　本文研究内容为ISG型并联混合动力汽车整车能量控制策略的制定奠定了基础。3.会议论文张彦琴.周大森.冯能莲辅助混合动力汽车中发动机的应用研究2005本文分析了辅助混合动力汽车中发动机的应用,从电池组充电、车身制冷和电池组保温等几方面提出了提高发动机和整车能量利用效率的技术手段和应用效果.4.学位论文冯启山混合动力汽车发动机调速系统建模及应用研究2005日益苛刻的环保法规和匮乏的能源成为汽车技术革命的主要推动力。混合动力汽车同时采用发动机和电机驱动，使发动机在高效区域工作以降低油耗和排放，并通过电机回收制动工况的能量，从根本角度提高燃油利用率，混合动力汽车以其低能耗低排放特性越来越引起人们的重视。在混合动力汽车开发过程中发动机转速振荡使AMT(AutomaticManualTransmission)换档时间加长并在驱动ISG(IntegratedStarterGenerator)发电过程中转速振荡，不仅破坏了整车的乘坐舒适性，还导致燃油消耗增加、排放恶化，失去了混合动力汽车清洁和高效的优势，因此需要对混合动力汽车发动机调速系统进行深入研究。本文结合国家“863”电动汽车重大专项课题“EQ7200HEV混合动力轿车开发”项目，开发基于混合动力汽车发动机的电子调速系统以消除转速振荡，减少整车换档时间，提高动力性、燃油经济性和乘坐舒适性。为从整车角度综合考核发动机调速系统动力学特性，本文建立了发动机的瞬态动力学调速模型以及ISG和整车动力学模型。在建立面向发动机调速系统的动力学模型时，学者往往采用均值模型。这类模型忽略发动机运转过程中复杂的能量转换和动力学过程，对发动机内部各主要部件的相互作用关系描述不清，且与发动机设计参数无关。因此这类均值动力学模型精确性受到影响，适用范围也相对小。为此本文建立精确的瞬态动力学模型，以曲轴转角来描述每一瞬间发生在发动机内部能量转换和力学关系。提出基于气缸压力-曲轴转速(p-ω)的发动机动力学模型，采用FFT无量纲模型重构气缸压力变化过程，根据曲柄-滑块机构确定发动机指示扭矩，应用拉格朗日方程分析发动机瞬时转动惯量并求得往复惯性扭矩，以曲轴转速和气缸压力为主要影响因素建立了摩擦扭矩瞬态模型。本文根据发动机转速-扭矩-节气门开度关系，采用HCU控制发动机管理系统并调节节气门，建立了调速模块与混合动力汽车电控系统的拓扑结构，使调速系统在复杂的混合动力汽车电控系统中得以实现。根据调速工况的基本控制策略，将PID控制策略引入Fuzzy控制，构成Fuzzy-PID双模复合控制方法，发挥PID良好的稳态性能和Fuzzy快速的动态性能。以转速差和转速差变化率最小隶属度为加权系数，保持控制器在模式切换时连续输出。建立了混合动力汽车发动机调速系统动力学模型及控制模型后，对模型进行了稳态仿真和动态仿真。稳态仿真表明，发动机气缸压力除了决定指示扭矩的大小和形状外，还影响发动机摩擦扭矩，因此对曲轴角加速度及转速起到决定性的作用。由于曲柄连杆机构复杂的运动方式，往复惯性扭矩和瞬时转动惯量的变化对动力学特性有非常显著的影响，也是过去研究中常常被忽视的。对瞬态模型研究发现发动机点火顺序对指示扭矩的形状有很大的影响。分别采用PID控制方法和Fuzzy-PID方法对各种工况下转速响应情况进行了对比仿真，在Fuzzy-PID控制下系统转速响应迅速，超调较小，同时在极限工况下能够满足大转速的阶跃响应。为标定并验证调速系统动力学模型，结合相关试验标准设计了调速性能试验方案。试验包括发动机稳态性能试验、PID参数整定试验、发动机空载调速性能试验、换档调速试验和发动机带动ISG低负荷发电试验及混合驱动试验等。试验表明，不同的切换阈值对于双模Fuzzy-PID影响较大，当阈值设定较小时，PID控制器调整范围缩小，转速响应速度快，超调量小，当阈值较大时发动机转速的响应特性变差。发动机空载试验工况在高速情况下，响应速度更快，超调小；带动ISG发电低负荷发电工况转速基本恒定，稳态波动率较低，对整车舒适性影响可以忽略。换档过程中，发动机转速能够在较短时间内调整到理想的换档速度，且减少了转速振荡。与未经调速的时换档试验相比，换档速度有很大提高，动力性明显改善，能够满足整车设计需要。通过本文研究，消除了混合动力汽车发动机运行过程中的转速振荡，改善了转速的响应品质，提高了乘员舒适性和整车燃油经济性。同时本文建立的调速系统瞬态动力学模型丰富了前人的研究成果，并对建模方法进行了修正，提出的基于p-ω发动机动力学模型，建立了包括ISG及整车模型在内的混合动力汽车调速系统模型为系统的优化、参数标定和控制系统仿真提供了理论依据，为此类研究提供参考。5.期刊论文颜伏伍.潘庆庆.杜常清.YanFuwu.PanQingqing.DuChangqing并联混合动力汽车从纯电动切换至发动机驱动的控制研究-汽车技术2009(1)阐述了混合动力汽车的发动机调速方法,通过建模、dSPACEAutoBox对系统的控制以及AVL测功机对系统的监控,完成了发动机起动、调速及离合器接合与分离的控制,建立了用电机补偿发动机动态转矩相对稳态转矩下降的转矩控制策略.动念控制与稳态控制2种试验结果对比表明,动态控制方法提高了驱动模式的切换性能与效果,可提高整车驾驶性、舒适性和耐久性.6.学位论文祝超群混合动力汽车控制策略研究2008世界汽车工业可持续发展所面临的两大难题：一是环境污染，二是石油资源匮乏。混合动力汽车采用内燃机和电动机作为动力源，已经成为国际公认的解决这两大难题的有效方法。它的整车控制策略开发和混合动力单元的控制技术，是混合动力汽车的核心技术，因而本文将该项技术作为研究方向，包括如下三个方面的研究内容：1、以某型并联混合动力电动汽车为研究对象，对电动汽车仿真软件ADVISOR的电池荷电状态SOC校正、燃油经济性计算、整车动力性能计算和排放指标估算等功能进行研究。在ADVISOR基础上建立该车型的混合动力汽车仿真分析平台，为离线仿真打下基础；2、混合动力汽车主要依靠能量管理提高燃油经济性和减少污染物排放。本文在系统地研究并联混合动力总成的控制策略的基础上，提出了一种基于模糊逻辑和PID控制的混合能量控制策略，通过模糊逻辑控制器对引擎和电机的期望转矩进行分配，借助电量持续策略实现整个循环工况电池荷电状态SOC平衡。为了验证能量控制策略的有效性，基于ADVISOR仿真环境对混合动力汽车控制策略进行了仿真分析。仿真和实验结果表明，该策略对提高混合动力汽车的动力性和燃油经济性、改善排放有明显的作用。3、在对发动机分析的基础上，给出了描述发动机各主要子系统动态特性的数学方程，并根据这些方程在MATLAB/SIMULINK环境下建立了混合动力汽车发动机非线性仿真模型。根据简化的发动机模型，设计出一种新型的混合动力单元反演滑模控制器。仿真结果表明，发动机的转速控制效果得到了显著的提高，特别是在克服扰动(负荷变化)方面效果明显。总之，本文的研究具有一定的系统性，这将加快混合动力汽车的控制策略的研究进程。另外，限于实验等各方面条件的限制，本文对并联混合动力控制策略等问题只进行了理论上的探讨，未能深入研究并联混合动力总成控制器的实际开发过程，这方面的研究应该进一步深入下去。7.期刊论文严运兵.陈华明.张光德.YanYunbing.ChenHuaming.ZhangGuangde并联混合动力汽车的发动机转矩估计-汽车工程2008,30(2)提出采用神经网络对发动机转矩进行估计的方法,以发动机台架性能实验所得数据为基础,在Matlab中建立了多种类型的神经元和层数的发动机输出转矩模型.在网络模型的建立过程中,提出了一种新的训练方式,通过对不同模型的训练及结果分析,筛选出了估计精度和泛化能力都较为理想的模型,并以此模型进行了实际的转矩估计,取得了较满意的效果.8.学位论文李红朋基于HEV发动机起动性能的ISG转矩控制与仿真研究2005发动机怠速自动起停是ISG型混合动力汽车的重要工作模式，是提高整车燃油经济性和降低排放的重要措施。ISG型混合动力汽车中取消了传统起动电机，发动机起动由ISG电机来完成。由于ISG电机与发动机曲轴直接相连，ISG电机必须提供足够大的驱动转矩驱动发动机，使发动机从静止到设定转速的起动时间不超过0.4秒。发动机起动性能由发动机动态运行阻力、ISG驱动转矩共同决定。运行阻力越大，电机驱动转矩就越大，ISG电机电流也就越大，电机的能量消耗和损失越大，对电机和电力电子元器件的性能要求越高，所以ISG电机的最大驱动转矩是衡量电机性能的重要指标。另外，由于影响发动机起动运行阻力的因素较多，为减小起动过程中的燃油消耗、尾气排放、电机功率消耗和冲击，在满足起动时间要求的条件下，应根据发动机的运行阻力特性对ISG电机进行有效控制，因此发动机起动过程中的ISG－发动机的综合控制十分重要。本文结合国家“863”项目和国家自然科学基金中的研究内容，以ISG型混合动力汽车为研究对象，对发动机起动与ISG电机控制进行了系统的理论研究，取得了以下研究成果：(1)在发动机曲柄连杆机构动力学分析的基础上，对发动机起动过程中的运行阻力矩进行分析，并以气缸压力及曲轴转速为输入的两参数，