HEV再生制动与摩擦制动综合控制研究

论文摘要

再生制动(能量回馈制动)是混合动力汽车的重要工作模式,它能在车辆减速或制动过程中,在保证车辆制动性能的条件下,将车辆动能或位能转化为电能储存在电池中,实现能量回收,同时产生车辆所需全部或部分制动力。既实现了车辆的减速和制动,又有效地降低了整车的燃油消耗和污染物排放。因此再生制动是提高混合动力汽车燃油经济性和降低排放的有效措施。混合动力汽车的制动力由电机再生制动力和制动器摩擦制动力构成,制动过程中具有多种制动工作模式,存在着电机再生制动和制动器摩擦制动的综合控制问题,因此混合动力汽车制动系统与传统车辆存在较大的不同。通过对前轮制动采用压力协调控制,进行整车制动力分配与控制,可实现整车的安全制动和高效能量回收。在混合动力汽车制动过程中,通过确定合理的制动力分配策略,可以在保证制动安全条件下实现高效的能量回收,因此如何实现再生制动与摩擦制动的协调控制是混合动力汽车再生制动的关键技术。在已开发的混合动力汽车制动系统中,通常采用电液比例阀来实现再生制动过程中的前轮压力协调控制,这需要对传统制动系统作较大的改造甚至重新设计。因此,如何利用整车所装备的ABS系统在不同制动工作模式下进行压力协调控制是本文研究的主要内容,在国内尚处在探索阶段。本文以ISG型CVT混合动力长安羚羊轿车为研究对象,在对混合动力汽车再生制动进行理论分析基础上,进行了再生制动与摩擦制动综合控制策略和方法的研究,取得了如下成果:1.在对混合动力汽车制动工作模式、控制策略和制动性能分析基础上进行了一种新型的综合制动系统的设计,并选定了ABS在整车上的布局形式。2.根据台架试验数据,采用理论和数值建模相结合的方法,建立了再生制动系统部件(发动机、镍氢电池与ISG电机)和动力传动系统部件(离合器、CVT与主减速器)的仿真模型;应用车辆动力学理论,建立了汽车行驶动力学模型。3.在对ABS系统进行全面分析的基础上,建立了基于PID控制的高速开关阀的压力调节模型并进行了仿真计算与性能分析,结果表明利用PID控制方法能获得很好的压力响应特性。4.利用模糊控制理论设计了基于ABS硬件系统的再生制动与摩擦制动的综合控制器,其中滑移率模糊控制器用于车轮的最优滑移率控制,而制动力矩动态分配模糊控制器用于确定能量回收制动力矩和液压制动力矩的动态分配,在安全制动条件下实现高效能量回收。5.进行了基于MATLAB/Simulink环境下的CVT长安混合动力轿车制动动力学建模和典型制动工况下的仿真分析,结果表明在不同的制动模式下所设计的综合控制器能够很好地进行再生制动力和液压制动力之间的动态分配,并实现压力协调控制,具有较大的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 开展混合动力汽车研究的背景及现实意义
• 1.2 混合动力汽车的组成与特点
• 1.3 国内外混合动力电动汽车的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 混合动力汽车再生制动技术及ABS 研究状况
• 1.4.1 HEV 再生制动研究状况
• 1.4.2 国内外ABS 的发展状况
• 1.4.3 混合动力汽车ABS 的控制及其作用
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 2 HEV 综合制动系统的设计与分析
• 2.1 混合动力系统类型和样车参数
• 2.1.1 混合动力汽车类型和特点
• 2.1.2 样车参数
• 2.2 混合动力汽车制动能量回收控制系统分析
• 2.3 混合动力汽车综合制动系统的设计
• 2.3.1 混合动力汽车再生制动系统的设计要求
• 2.3.2 CVT 长安混合动力轿车综合制动系统设计
• 2.4 本章小结
• 3 再生制动控制策略与系统建模
• 3.1 传统汽车制动力分配
• 3.2 再生制动控制策略
• 3.2.1 混合动力汽车的制动力分配策略
• 3.2.2 再生制动系统的制动控制模型
• 3.2.3 基于电池电机高效工作CVT 速比控制策略
• 3.3 混合动力汽车再生制动系统建模
• 3.3.1 发动机建模
• 3.3.2 电池模型
• 3.3.3 电机的模型
• 3.4 CVT 混合动力汽车整车系统建模
• 3.4.1 离合器模型
• 3.4.2 CVT 模型
• 3.4.3 主减速器模型
• 3.4.4 车轮模型
• 3.4.5 车辆参数计算模型
• 3.5 本章小结
• 4 ABS 的建模与压力控制研究
• 4.1 ABS 的工作原理和控制技术
• 4.1.1 ABS 的主要装置
• 4.1.2 防抱死的基本原理
• 4.1.3 ABS 系统压力控制算法
• 4.2 ABS 动力学系统仿真模型
• 4.2.1 车辆系统模型
• 4.2.2 轮胎力学模型
• 4.2.3 制动器模型
• 4.3 ABS 液压系统压力响应特性与压力控制
• 4.3.1 ABS 液压系统压力响应特性模型
• 4.3.2 高速开关阀的响应特性
• 4.3.3 ABS 液压系统控制方法研究
• 4.3.4 PID 控制
• 4.4 基于PID 控制的高速开关阀的压力控制仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于ABS 系统的再生制动与摩擦制动综合控制策略与仿真
• 5.1 HEV 综合制动控制策略的研究现状
• 5.2 ISG 型混合动力汽车综合制动控制策略
• 5.2.1 制动能量回收与压力协调控制
• 5.2.2 综合制动控制应考虑的影响因素
• 5.3 基于模糊控制的再生制动与摩擦制动综合控制器设计
• 5.3.1 制动系统模糊控制器输入输出设计
• 5.3.2 模糊控制器控制规则设计
• 5.4 基于综合制动策略的整车动力学建模与仿真分析
• 5.4.1 整车建模
• 5.4.2 仿真分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录