并联混合动力汽车从纯电动驱动到发动机驱动的协调切换控制

从纯电动切换到发动机驱动,是并联混合动力汽车的状态切换模式之一.在切换过程中,为保持整车动力性能的平稳性和舒适性,必须对电机和发动机进行协调控制.以状态切换过程中总转矩不发生大的波动为控制目标,提出“发动机调速+发动机/电机转矩优化分配”协调切换控制策略.建立并联混合动力汽车传动系统整车动力学模型,应用极大值原理,将二次型最优控制算法运用到控制策略中,并建立以车辆行驶平顺性为目标的泛函,设计了状态切换控制器.仿真结果表明,在动力切换过程中,该切换控制算法能有效控制混合动力系统在状态切换过程中的转矩波动,保证动力传递的平稳性.     

并联混合动力汽车发动机调速控制及试验研究

通过分析并联混合动力电动汽车的结构和工作模式的切换过程,讨论了并联混合动力汽车进行发动机调速控制的必要性。对单轴并联混合动力汽车的发动机进行了PID调速方法研究,搭建了试验台架系统,以dSPACE快速控制原型工具为控制器,进行了PID参数整定和调速试验。试验表明,在并联混合动力状态切换过程中,发动机调速系统实现了调速快、波动小和运转稳定的目标,能够满足动力系统进行快速状态切换的需求。     

ISG混合动力汽车控制规则优化与转矩分配策略研究

为提高ISG混合动力汽车的燃油经济性,开展控制规则优化与转矩分配策略研究,以保证发动机工作在高效区域。从控制发动机输出负荷角度出发,综合考虑ISG效率特性和电池组充放电特性,对发动机、ISG、电池组稳态工作区域进行划分。以混合动力系统工作模式分析为基础,提出各模式下能量管理策略,并根据车辆行驶过程中工作模式动态切换的需要,制定了模式切换策略。以IVECO并联混合动力汽车为例,按照ECE+EUDC工况进行了基于优化规则的转矩分配策略硬件在环仿真,结果表明采用基地规则的转矩分配策略能有效地协调转矩在发动机和ISG之间的分配,综合油耗比原车降低20%。     

双行星排式混合动力汽车的模式切换协调控制

以一款基于双行星排式动力耦合机构的混合动力汽车为研究对象,针对其模式切换过程中因发动机和电机的动态响应时间悬殊较大而引起的驱动转矩波动太大和整车冲击大等不良现象,提出了"转矩分配+发动机转矩监测+电动机转矩补偿"的动态协调控制策略,并在Matlab/Simulink平台中搭建了控制策略模型,联合LMS. AMESim平台中建立的整车模型进行了联合仿真,以纯电动模式向联合驱动模式切换过程为例进行了模式切换瞬间的舒适性分析。结果表明,动态协调控制策略能有效减小模式切换过程中的驱动转矩波动和整车冲击度,提高了车辆的行驶平顺性,同时冲击度的幅频特性表明,该混合动力汽车模式切换瞬间的整车冲击能量主要集中在1～2 Hz,所提出的满意度评价指标在经过动态协调控制后获得较大提升。     

基于BP神经网络的发动机转矩估计

针对并联式混合动力总成在状态切换和换挡时动力协调控制的需要,完成了富康TU5JP/K汽油发动机的稳态和动态性能试验,建立了基于BP神经网络的发动机转矩估计模型:通过对试验数据的训练,完成了全工况范围内的发动机稳态和动态转矩的估计,并实际应用到在基于dSPACE的混合动力总成控制原型中,达到了预期的控制精度,为实现并联式混合动力系统在状态切换和换挡过程中发动机和电动机的协调控制奠定了基础.     

Coordinated Torque Control of Power Sources for Driving Mode Switch of Full Hybrid Electric Vehicle

针对采用离合器和行星排作为动力耦合机构的重度混合动力汽车在模式切换过程中动力源输出转矩波动过大从而影响驾驶平顺性的问题,考虑模式切换过程中发动机和电机动态特性的差异,采用遗传算法结合BP神经网络建立了发动机转矩模型.在对离合器接合与分离前后发动机输出转矩准确估计的基础上,通过离合器接合压力的模糊控制和电机输出转矩对发动机转矩波动的补偿控制,减小了不同模式切换过程的输出转矩波动,以提高模式切换的平顺性.建立了该重度混合动力汽车的动力学仿真模型,并进行了不同混合驱动模式之间模式切换的仿真分析.结果表明,采用本文提出的转矩协调控制方法能够有效提高模式切换的平顺性.     

机电无级传动混合动力驱动系统的模式切换协调控制

开发了一种由双转子电机和双排行星齿轮机构组成的机电无级传动混合动力驱动系统,建立了整车动力学模型,提出了"转矩分配+发动机转矩估计+电动机转矩补偿+补偿系数修正"的协调控制策略;最后分别对由纯电动模式切换到混合驱动模式的定工况和全工况进行仿真,结果表明:所提出的控制策略能有效地抑制驱动模式切换过程中因不同动力源动态特性差异所造成的整车纵向冲击,提高了汽车行驶平顺性。     

基于混沌神经网络的混合动力汽车状态切换协调控制策略研究

针对并联混合动力汽车在发动机和电动机工作状态切换过程中非线性动力耦合系统工作状态所具有的混沌特征,提出了基于混沌神经网络的混合动力汽车状态切换协调控制策略。建立了协调控制总体模型构架,设计了混沌神经网络工作状态识别器,并通过试验对该识别器的准确性进行了验证。在此基础上搭建了协调控制系统整车控制模型,针对协调控制策略进行了仿真试验。结果表明,采用该控制策略能够有效提高整车动力性、燃油经济性与SOC平衡性,实现了对状态切换过程的协调控制。     

基于补偿滑模控制的混合动力汽车协调控制

由于行星排功率分流式混合动力汽车的结构优势,双行星排功率分流式混合动力汽车已经成为各机构的研究重点。由纯电动模式到混合驱动模式切换的过程中存在发动机起动和发动机转矩引入,而发动机转矩瞬态响应存在迟滞,导致切换过程中动力系统的输出转矩会有较大波动。为减小波动,降低模式切换过程中的动态冲击度,本文中提出补偿滑模控制方法,对双行星排功率分流式混合动力汽车模式切换进行协调控制。首先,建立整车动力学模型,对切换过程每个模式进行分析;之后,针对发动机拖转阶段和混合驱动阶段分别采用补偿控制和基于固定边界层的自适应滑模控制,并对滑模控制进行稳定性分析;最后,结合Matlab/Simulink软件平台进行仿真验证。仿真结果表明,补偿滑模协调控制策略能够有效地减小从纯电动到混合驱动模式切换过程中的转矩波动和冲击度。     

基于电机转速闭环控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制策略

针对混合动力汽车模式切换过程中动力传递不平稳引起的冲击和发动机转矩难以实时精确获得等问题,提出了基于电机转速闭环控制的混合动力汽车模式切换动态协调控制策略。采用基于斜率限制的发动机转矩控制方法,限制发动机转矩变化率,减小了发动机转矩突变造成的冲击;运用电机转速闭环控制方法,以容易实时精确测量的电机转速作为反馈控制量,解决了发动机转矩在线实时精确估计难题。利用Matlab/Simulink与AEMSim搭建了联合仿真平台。仿真结果表明,提出的动态协调控制策略能减小电机转速和车速的波动,有效提高混合动力汽车的行驶平顺性。     

用于混合动力控制的汽油机动态转矩建模仿真

针对混合动力系统能量管理及动力平稳传递控制策略开发的需要,以MATLAB/SIMULINK仿真软件为工具,建立了发动机平均值模型,模型能够根据发动机转速和节气门开度实时计算出发动机的稳态和动态转矩。在发动机动态试验台上验证了该模型,表明模型达到了需要的计算精度和实时性要求。对给定的转矩曲线进行动态跟随时发动机的节气门开度变化情况进行了仿真分析。模型可用于混合动力控制策略开发中的仿真及在线转矩估计,为并联式混合动力系统能量分配和动态协调控制中的发动机转矩反馈提供了基础。     

A control strategy for parallel hybrid electric vehicles based on extremum seeking

An energy management control strategy for a parallel hybrid electric vehicle based on the extremum-seeking method for splitting torque between the internal combustion engine and electric motor is proposed in this paper. The control strategy has two levels of operation: the upper and lower levels. The upper level decision-making controller chooses the vehicle operation mode such as the simultaneous use of the internal combustion engine and electric motor, use of only the electric motor, use of only the internal combustion engine, or regenerative braking. In the simultaneous use of the internal combustion engine and electric motor, the optimum energy distribution between these two sources of energy is determined via the extremum-seeking algorithm that searches for maximum drivetrain efficiency. A dynamic programming solution is also obtained and used to form a benchmark for performance evaluation of the proposed method based on extremum seeking. Detailed simulations using a realistic model are presented to illustrate the effectiveness of the methodology.     

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。     

汽车发动机油门控制系统的开发

开发了基于摩托罗拉16位单片机MC9S12DP256B的汽车发动机油门控制系统,介绍了单片机核心控制电路、力矩电机驱动电路及控制算法设计,该系统已应用到电涡流测功机控制器中,实现了对发动机油门位置的控制。试验证明,该系统运行稳定、可靠,控制效果良好。     

单电机强混合动力电动车辆的动态协调控制

为减小或消除单电机式强混合动力电动车辆在纯电动模式与发动机驱动模式间切换时产生的动力系统冲击,提出了发动机起动过程的转矩协调控制策略和发动机退出过程的转矩补偿控制策略.转矩协调控制策略包括起动模式下的发动机起动阻力转矩补偿控制和调节模式下的发动机过冲转矩平衡控制,转矩补偿控制策略利用电机补偿发动机退出过程中动力系统转矩的变化.台架和实车试验结果表明了该动态协调控制策略可确保发动机的快速平稳起动和发动机退出时不产生动力系统冲击.     

混合动力传动系 Tip-in/out工况的模型预测控制

为抑制混合动力汽车加减速过程中传动系统振荡,以电机转矩为控制量,提出一种基于模型预测主动控制混合动力传动系统振荡的策略,基于 Matlab/Simulink平台搭建动态系统模型,实时计算电机转矩补偿优化发动机输出转矩,准确跟踪目标转矩的同时减少传动系统振荡。探索不同控制器参数设置对于驾驶动力性和舒适性的增益效果,通过硬件在环 （Hardware-in-Loop,HIL） 试验表明,所设计的 MPC控制器能使汽车平稳地加减速,迅速跟踪目标转速,求解时间控制在10 ms以内,具有较好的实时性,同时对传动系统中的非线性因素和参数变化有较好的鲁棒性。     

中度混合动力汽车燃油经济性预测控制研究

利用车载全球定位系统(Global Position System,GPS)和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)所提供的混合动力汽车未来一段预测路线上的道路交通信息、以及汽车当前运行状态模型,建立混合动力汽车在未来一段预测路线上的运行状态模型;以蓄电池荷电状态为系统状态变量,电动机/发电机转矩为决策变量,混合动力汽车等效燃油消耗量最低为优化控制目标函数,运用动态规划逆序算法,建立了中度混合动力汽车预测控制数学模型;研究了混合动力汽车转矩分配的最优控制方法,并就如何减少动态规划法的计算量进行了研究。文中给出了某混合动力汽车的最优控制计算实例结果。     

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。     

基于矢量控制的混合动力汽车电机控制器设计

为满足HEV扭矩响应快的要求,本文研究基于转子磁定向的矢量控制算法并建立仿真模型,仿真结果表明,该方法能够获得良好的动态跟随性;然后对控制器的软、硬件进行模块化设计,为实现异步感应电机矢量控制构建平台;同时,采取多种抗干扰及隔振措施使控制器能够适应HEV的工作环境;最后通过电机台架试验验证,所设计的驱动系统具有扭矩响应快、调速范围宽、综合效率高等特性。     

Decoupled self-tuning PI controller for an idling stop system applied to scooters

This paper is aimed to propose a decoupled self-tuning proportional plus integral (PI) controller with simple law for an idling stop system applied to scooters. An integrated starter generator (ISG) of the idling stop system is designed with a high efficiency permanent magnet synchronous motor (PMSM). The PMSM used as an ISG must have a high torque characteristic to ensure that the engine can be accelerated up to firing speed. A conventional and useful control algorithm named PI control is unable to handle motor current very well for dynamic load, parametric variation, and external disturbance, especially in a vehicle application. Therefore, a robust algorithm for current control in an ISG is proposed. The decoupled selftuning PI controller based on the Lyapunov stability theorem is utilized to guarantee the control performance. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the proposed control algorithm. Experimental results show that the engine of a 150 cm3 scooter can be cranked to reach firing speed by a ISG within 0.1?0.2 second. The proposed method is simple, robust, as well as stable for idling stop system, and can be effectively implemented.