轻度混合动力节能离合器控制策略研究及仿真分析

在传统ISG型混合动力系统的发动机和电机之间增加一个自动离合器,将其定义为节能离合器。针对该ISG型混合动力系统中节能离合器接合问题,进行了节能离合器控制策略研究,并对离合器接合过程进行了动力学分析,建立了离合器控制仿真模型。分析了离合器接合量和接合速度随离合器主、从动盘转速变化的关系。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

P2结构混合动力系统协同控制

为了提高混合动力各系统的控制效率和响应性,针对P2结构混合动力系统控制对象的特点和整车的功能需求,提出了P2结构混合动力控制系统的构架和所有有效的工作模式,并从整车运行工况和模式转换效率的角度总结了所有有效的工作模式转换真值矩阵。为了满足各节点单元的协同控制要求,提出了P2混合动力控制系统的协同控制构架,约束了各控制单元的主要功能和接口定义,并对多个控制单元之间的复合控制过程进行描述。分析了2种不同动力源在液压控制的混合动力离合器的耦合过程以及混合动力离合器与换挡离合器控制过程重叠时所带来的动力迟滞,对离合器的压力控制和发动机的启动过程时序进行了优化。在不同的控制阶段定义了关键的控制目标,建立发动机扭矩、电机扭矩、混合动力离合器控制压力三者之间的关联。结果表明：发动机、电机、变速器之间通过HCU的协同控制方法能够高效地完成混动工作模式之间的转换。整车试验验证了各系统的系统控制效果,整个模式转换过程的时间为1.5 s,换挡品质和动力响应性满足驾驶需求。     

新能源插电式混合动力汽车馈电时控制逻辑的分析与驾驶体验优化——不同混动架构与驾驶体验以及与能耗之间的关系分析

时代的发展使得环境污染问题愈发严重,机动车成为排放污染物的重要贡献者。因此,发展新能源汽车具有很强的战略性必要性。常见的混合动力汽车可粗略分为两大类:HEV 普通型混合动力汽车;PHEV 插电式混合动力汽车。前者的代表性车型为:丰田普锐斯、一汽丰田卡罗拉双擎。后者的代表车型为:比亚迪秦、荣威Ei6等国产车型。特殊车型为传祺GA5插电增程式电动车。本文重点介绍PHEV插电式混合动力汽车根据不同混动架构,在馈电时对驾驶质感以及能耗的影响做出分析、以及探讨可采取对应结构的改进方法及手段的可行性分析。PHEV插电式混合动力汽车馈电驾驶质感以及能耗的改变最终通过P0位置加装BSG电机或者P1位置加装ISG电机(适用于P3结构混合动力车型、代表车型比亚迪秦)、采用能量分流的混动架构(例如一汽丰田卡罗拉双擎)以及双电机增程式架构(例如传祺GS4 GA5新能源前轴发动机带动发电机发电输出动力的任务完全交给大功率的独立电机)等。通过该方式使得在馈电状态时,发动机与传动系脱藕,于最佳经济转速只用于发电。从而使能量得到最合理的利用、实现馈电油耗低、以及馈电行驶质感提升的目的。     

基于新型动力耦合构型的HEV模式切换协调控制策略研究

受到不同动力源响应差异及离合器非连续工作特点的影响,混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)在模式切换过程中存在动力传递不连续及整车纵向冲击。针对一种采用新型动力耦合构型的混合动力汽车,研究了车辆由纯电动状态切换至发动机单独驱动的多动力源协调控制策略。此方案将模式切换过程分为5个阶段,确定了不同切换阶段的控制策略,并提出了基于模糊控制的离合器接合策略。仿真结果表明,提出的模式切换协调控制策略使整车冲击度减小了73.5%,提高了HEV模式切换过程的平顺性。     

并联式混合动力汽车模式切换控制策略研究

并联式混合动力汽车模式切换时离合器会介入传动系统，容易引起较明显的冲击感，是影响整车驾驶舒适性的主要因素。为此，提出了基于离合器双模糊和电机转矩协调的模式切换控制策略。首先建立混合动力汽车模式切换过程的动力学模型，以减小离合器滑磨功为目标，对模式切换时的离合器接合过程进行划分；其次，结合混合动力汽车模式切换的基本要求和驾驶意图，制定离合器双模糊控制策略，分别对滑摩阶段的接合时长和转矩同步阶段的压力变化率进行控制；然后以离合器滑磨功和整车冲击度为优化目标，采用二次型最优控制算法对滑摩阶段的接合压力进行优化，从而获取模式切换过程中离合器的最优接合压力轨迹；在此基础上，通过实时计算离合器传递转矩，根据电机转矩响应快的特点，制定电机转矩协调控制策略；最后，基于某混合动力试验样车，在底盘测功机上分别进行缓加速、中等加速和急加速下的模式切换试验，对所提出的控制策略进行验证。试验结果表明：该策略能较好地反映驾驶人驾驶意图，保证离合器的使用寿命，所产生的整车冲击度均处于合理范围之内，改善了整车模式切换过程中的驾驶舒适性。     

Design of an energy management strategy for parallel hybrid electric vehicles using a logic threshold and instantaneous optimization method

A novel parallel hybrid electric vehicle (PHEV) configuration consisting of an extra one-way clutch and an automatic mechanical transmission (AMT) is taken as the study subject of this paper. An energy management strategy (EMS) combining a logic threshold approach and an instantaneous optimization algorithm is developed for the investigated PHEV. The objective of this EMS is to achieve acceptable vehicle performance and drivability requirements while simultaneously maximizing engine fuel economy and maintaining the battery state of charge (SOC) in its rational operation range at all times. Under the MATLAB/Simulink environment, a computer simulation model of the studied PHEV is established using the bench test results. Simulation results for the behavior of the engine, motor, and battery illustrate the potential of the proposed control strategy in terms of fuel economy and in keeping the deviations of SOC at a low level.     

基于模型匹配控制的PHEV动态协调控制方法

在分析发动机与电动机的动态响应特性基础上,设计基于模型匹配控制的整车动力系统动态协调控制方法,并在所建立的并联式混合动力汽车(PHEV)的前向仿真模型上对该方法进行研究,证明该方法能有效控制2个动力源的动力耦合过程,具有较高的转矩控制精度和很好的动态响应特性,并利用所建立的硬件在环仿真试验台对该方法进行试验验证。     

P2混动自动变速器的离合器自适应控制

为了解决混合动力系统动力耦合的响应性和舒适性问题，建立混动离合器C0起动发动机过程和并联动力输出模式下的功率流模型。对C0起动发动机的控制过程进行仿真分析，针对C0的起动扭矩和电机的输出扭矩在时间和空间上的匹配问题，提出以换挡离合器的滑摩控制来进行缓冲的策略。为了实现稳定精确的发动机起动控制，消除各自的扭矩控制、液压系统特性的误差，提出C0离合器起动发动机的自适应控制和B1离合器滑摩自适应控制，以换挡离合器滑差和发动机转速的超调量为监控对象，对C0离合器各阶段压力控制参数进行自适应调整，以优化发动机起动过程。研究结果表明：通过换挡离合器的滑摩控制可以很好地解决C0离合器扭矩和电机扭矩的匹配问题，即使在换挡过程中对发动机起动也能保证良好的舒适性，并控制过程时间在1.5 s内；在整车试验过程中，通过对C0压力的自适应调整，发动机转速的超调和起动冲击问题均可以得到有效解决。     

Engine clutch torque estimation for parallel-type hybrid electric vehicles

This paper mainly focuses on the accurate estimation of the torque transferred through the engine clutch installed between the engine and the drive motor in parallel-type hybrid electric vehicles. The estimation of the engine clutch torque primarily relies on the forward-direction observer which uses the nominal engine net torque information. To overcome the limitation of using the nominal engine torque information that it may not be accurate during the transient states or due to the influence of external disturbance such as the road condition and wind, the forward-direction observer is supplemented by the use of reverse-direction observer which uses the driveline model and wheel speed measurements. In addition, the drive motor torque information is used to calibrate the nominal engine torque during the idle charging state, so that the driveline characteristic unique to parallel-type hybrid electric vehicle can be utilized to increase the estimation accuracy. Finally, the estimation performance of the designed observer is tested via simulation and experiments based on a real vehicle.     

混合动力电动汽车能量自适应模糊控制研究

为了实现混合动力电动汽车两种能量的最佳分配,确保电机、蓄电池的合理运行,建立了前向并联式混合动力电动汽车动力系统模型,提出了采用自适应模糊控制方法对动力系统进行能量分配,设计了控制器,讨论了自组织控制器的规则自我调整过程。整车循环工况仿真试验表明该控制具有较强的鲁棒性,可使电机、发动机、蓄电池等动力设备工作于最佳工况。     

不同混合动力电动轿车方案的比较与分析

设计了同在离合器前与发动机的动力耦合的ISA并联、电机在离合器后变速器前与发动机的动力耦合的一般并联、类似于Prius的混联三种HEV方案。对这三种方案和原轿车的最高车速、原地起步加速特性等动力性指标和基于ECE＋EUDC的100km油耗和续驶里程等能量经济性指标及排施行性进行了仿真和分析。得到相应结论。     

Modeling and control of engine starting for a full hybrid electric vehicle based on system dynamic characteristics

This paper focuses on the dynamic modeling and control of engine starting for a Full Hybrid Electric Vehicle (FHEV) consisting of an Integrated Starter Generator (ISG) and Dual Clutch Transmissions (DCTs). The dynamic characteristics of the engine, the ISG motor and the main clutch are analyzed respectively. The dynamic models of the main components of the powertrain system are also established taking the system dynamic characteristics into consideration. The FHEV dynamic model of engine starting during electric driving mode has been investigated in detail. The coordinated control strategy of engine starting has been proposed based on the powertrain system dynamic characteristics. The simulation for the engine starting control during electric driving mode has been performed based on the Matlab/Simulink platform. The simulation results show that the proposed control strategy satisfies the requirements of response and smoothness during engine starting process. Furthermore, a bench test has been carried out to analyze the system characteristics during engine starting process. The test data is highly agreeable to the simulation data and the effectiveness of engine starting control strategy is validated by the comparison between simulation results and the test data.     

并联式混合动力电动汽车动力总成控制器硬件在环仿真

通过对EQ6110并联式混合动力城市客车的动力总成系统结构和控制系统的分析,研制开发了用于并联式混合动力电动汽车(PHEV)的动力总成控制器设计开发的硬件在环仿真系统;详细介绍了动力总成各个部件仿真模型的建立,包括发动机模型、电机模型、动力电池模型以及传动系统模型等;通过Matlab/Simulink的建模,运用dSPACE实时计算系统成功地构建了PHEV多能源动力总成控制器的硬件在环仿真系统;最后进行了PHEV动力总成控制器硬件在环仿真的测试试验研究。     

双电机串联驱动PHEV 能量管理策略研究

为使插电式混合动力汽车(PHEV)拥有更好的经济性,文章提出一种以行星齿轮为动力耦合机构的双电机PHEV构型,实现了多种工作模式,避免了传统单电机构型下模式单一、效率低下问题。在此构型的基础上进行工作模式的划分与制定,能量管理策略的搭建。基于MATLAB/Simulink搭建整车模型及控制策略,对所建模型的准确性以及所提策略的有效性进行验证。仿真结果表明:在NEDC工况测试下,该构型车辆工作模式切换正确,可有效提升续驶里程,节能效果显著。     

双电机混合动力车辆串并联驱动模式切换控制方法

为实现双电机混联构型混合动力车辆(HEV)的串并联切换控制,通过对双电机混联构型进行串并联驱动模式分析,提出一种通过三动力源协调控制的无动力中断切换方法。将串联到并联切换过程分为发动机工作点转移、离合器结合、动力源切换3个阶段,将并联到串联行驶切换过程划分为动力源切换、离合器打开、发动机工作点转移3个阶段,并通过仿真分析和实车测试对控制方法进行了验证。结果表明:在时速80 km/h进行串联到并联切换时,切换过程历时1.76 s,切换冲击度小于10 m/s³,相同时速进行并联到串联切换时,切换过程历时2.57 s,切换冲击度小于5 m/s³,整个切换过程,均没有出现动力中断现象。因此,本控制方法,能够顺利地完成串并联切换控制。     

PHEV发动机驱动工况效率耦合分析与优化控制

单轴并联式混合动力系统（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）包括电池、驱动电机、发动机、自动变速器等多个关键部件。各部件效率特性存在相互耦合的关系，要实现系统整体效率最优，需要辨明影响系统效率的控制参数，并对系统整体效率最优的控制参数进行优化。以装备无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）的PHEV为研究对象，首先对系统各关键部件的效率特性进行分析，建立各关键部件效率模型，明确各部件效率与控制参数、状态参数之间的关系。在此基础上，对发动机单独驱动模式下动力传递路径中不同部件的效率耦合关系进行分析，推导出系统燃油消耗量与动力系统各状态参数、控制参数之间的函数关系。根据分析结果，选取车辆需求功率及车速为状态参数，变速器速比及发动机转矩为控制参数，以系统燃油消耗量最小为目标建立优化目标函数和约束条件，对系统优化问题进行定义。根据优化问题的特点，设计基于模拟退火的优化算法对优化问题进行求解，获取系统燃油消耗率最小时变速器目标速比和发动机目标转矩随状态参数的变化关系。建立系统仿真模型对所述优化算法进行仿真分析，并搭建混合动力试验台对优化结果进行试验验证。结果表明：无级变速器效率对系统整体效率影响较大，采用优化控制规律使发动机效率有所降低，但无级变速器效率升高更大，系统整体效率升高；在功率需求一定的循环工况下，优化控制算法比传统上仅以发动机效率最高为目标的控制算法节油1%~2%。     

并联式混合动力电动汽车动力总成控制策略的仿真研究

分析了并联式混合动力电动汽车(PHEV)动力总成的构成及主要传递参数,阐述了电力辅助控制策略以及控制逻辑的具体实现,建立了PHEV动力总成各子系统包括发动机、电机和电池等的仿真模型,利用建立的仿真软件进行了控制策略及其控制参数的仿真研究。仿真结果表明,电池特性及发动机运行参数对整车的性能有较大的影响,根据不同的控制要求,调整相应的控制参数值,可以达到改善整车性能的目的。     

A comparative study on the power characteristics and control strategies for plug-in hybrid electric vehicles

A comparative study was performed on two types of plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs): the GM Volt and the Toyota Prius Plug-in Hybrid. First, the powertrain models of the two vehicles were derived. Based on the dynamic models, a detailed component control algorithm was developed for each PHEV. Specifically, a control algorithm was proposed for motor generator 1 (MG1) and MG2 to achieve optimal engine operation. Additionally, an energy management strategy for selecting the operation mode was developed from the viewpoint of fuel economy, battery state of charge and vehicle velocity. Using the dynamic model of the control algorithm for each PHEV, simulations were performed, and the simulation results were verified by comparing them with those obtained using the Powertrain System Analysis Toolkit simulator for the plug-in Prius. Based on the simulation results, a comparative study was performed, and it was found that the role and capacity of MG1 and MG2 and the mode selection algorithm must be determined depending on the configuration of the PHEV.     

Energy management and design optimization for a series-parallel PHEV city bus

Series-parallel PHEV city buses combine the advantages of series and parallel configurations and have been used in China. However, the design and energy management of series-parallel PHEV city buses based on Chinese driving conditions still need to be investigated. In this paper, an equivalent consumption minimization strategy is provided to optimize energy management for series-parallel PHEV city buses, and the process of the equivalent consumption minimization strategy for series-parallel is presented in this paper. Compared with the validated rule-based energy control strategy, ECMS shows a fuel economy improvement of 8.2 % in the CBCD (Chinese Bus Driving Cycle). Based on the optimal energy management, a design for a generator motor in the series-parallel configuration has been processed. The fuel consumption has been shown to decrease, with an increase in generator power, because the system with the higher generator power can work at a higher efficiency in the series mode and operate the engine in the high efficiency area in the parallel mode. Besides, in terms of costof- ownership for a PHEV bus for lifetime of 8 years, although the high generator power will lead to high purchase cost for series-parallel PHEV bus, a series-parallel PHEV city bus with a generator of 100 kW maximum power will still show small advantage in cost-of-ownership, based on current motor price and natural gas price.