增程式电动汽车辅助动力单元控制系统的研究

论文摘要

因为能源危机给传统汽车发展带来的巨大挑战，又因为纯电动汽车具有续驶里程短的瓶颈，所以本文针对增程式电动汽车的核心技术之一——辅助动力单元APU进行研究，利用MATLAB/Simulink软件建立发动机、发电机和控制策略模型，并开发其控制系统，使得纯电动汽车车续驶里程短的问题得到解决，并且能够降低燃油消耗。（1）研究了发动机平均值模型的经典理论并建立发动机的空气模型、油膜模型及动力输出模型。用PID控制算法对发动机模型进行转速控制及仿真，通过优化模型及调整PID参数使得实际转速能够快速跟随目标转速并且稳态误差较小。基于永磁同步电机的数学模型建立其仿真模型，并采用矢量控制算法和PID控制算法对发电机进行转矩控制及仿真。通过优化永磁同步电机控制算法使得发电机转矩能够快速准确的跟随目标转矩。由于发动机与发电机是同轴相连的系统构架，所以把发动机模型与发电机模型进行刚性连接处理得到APU的仿真模型与其物理结构是一致。（2）基于APU模型，设计控制策略并建立控制系统仿真模型。在Simulink软件中用设计好的策略对APU模型进行控制，经过调试并不断优化控制策略后，通过计算机仿真9个NEDC循环工况验证了模型的正确性与控制策略的可行性。APU控制器硬件设计中采用Motorola MPC563单片机作为主控芯片，对传感器输入信号设计了相关的处理电路，并将其处理成CPU可以计算的数字信号。对于控制策略设计了分块的软件子程序。（3）最后我们基于台架试验验证控制策略以实现系统的两大控制目标，其一是辅助动力单元APU输出功率要跟随需求功率，其二是整车燃油经济性目标。通过试验数据分析与计算得出设计的控制策略是能够满足控制目标，即APU输出功率能够快速准确的响应需求功率，并且百公里的油耗仅为7.6L，与相同动力输出的传统车相比节油达20%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 增程式电动汽车的概述
• 1.2.1 增程式电动汽车定义
• 1.2.2 增程式电动汽车工作模式及特点
• 1.2.3 增程式电动汽车与并联混合动力汽车的区别
• 1.3 增程式电动汽车现状
• 1.3.1 国外增程式电动汽车发展现状
• 1.3.2 国内增程式电动汽车发展现状
• 1.4 课题的来源与研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 课题的主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 动力系统的总体设计
• 2.1 动力系统结构
• 2.2 动力系统总体设计
• 2.2.1 动力系统结构的特点
• 2.2.2 能量流向的确定
• 2.2.3 辅助动力单元部件的选择
• 2.2.4 控制策略
• 2.3 本章小结
• 第三章 辅助动力单元建模与仿真
• 3.1 发动机模型
• 3.1.1 空气模型
• 3.1.2 油膜模型
• 3.1.3 动力模型
• 3.1.4 总体模型 PID 转速控制
• 3.2 发电机模型
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.2 控制策略
• 3.2.3 控制系统模型仿真
• 3.3 辅助动力单元工作原理
• 3.4 辅助动力单元控制目标及要求
• 3.5 辅助动力单元系统控制器方案设计
• 3.5.1 最低燃油消耗点控制和线控制的区别
• 3.5.2 辅助动力单元 APU 系统控制策略
• 3.6 辅助动力单元控制系统模型
• 3.6.1 起动控制子模型
• 3.6.2 目标转速设定子模型
• 3.6.3 目标转矩设定子模型
• 3.6.4 停机控制子模型
• 3.7 辅助动力单元系统模型
• 3.8 APU 系统模型仿真
• 3.8.1 仿真结果
• 3.8.2 仿真结果分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 辅助动力单元控制系统软硬件设计
• 4.1 控制系统硬件电路设计
• 4.1.1 APU 控制器传感器输入信号处理电路
• 4.1.2 主控制芯片
• 4.2 APU 控制系统软件设计
• 4.2.1 起动控制
• 4.2.2 目标转速设定控制
• 4.2.3 停机控制
• 4.2.4 APU 跟随需求功率控制
• 4.2.5 控制系统主程序流程图
• 4.2.6 APU 控制器软件抗干扰
• 4.3 本章小结
• 第五章 台架试验验证控制策略
• 5.1 辅助动力单元 APU 系统台架试验
• 5.1.1 试验用台架
• 5.1.2 台架试验中 CAN 总线
• 5.2 整车循环工况仿真
• 5.2.1 仿真结果
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 试验数据与结果
• 5.3.1 万有特性曲线
• 5.3.2 试验结果
• 5.3.3 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.1.1 论文主要成果总结
• 6.1.2 课题应用前景
• 6.2 研究的展望与设想
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢