HEV动态协调算法设计应用与研究.doc

HEV动态协调算法设计应用研究
混合动力电动汽车（hybridelectricvehicle，hev）是在电动汽车发展过程中出现的一种低油耗、低排放、续驶里程长、价格适中，兼具纯电动汽车和传统燃油汽车优点的新型汽车，它具有良好的燃油经济性和极低的排放，对传统汽车产业结构不会造成很大冲击及无需改变现有能源供应基础设施等优点，正日益受到广泛的关注。由于在技术、经济和环境等方面的综合优势，hev被认为是目前最切实可行的清洁汽车方案。
从结构和功能方面抽象，混合动力系统可以分成“串联式混合动力系统”，“并联式混合动力系统”，“串并联式混合动力系统”和“复杂式混合动力系统”四类。
并联式混合动力系统存在两类核心的控制问题：1)稳态或动态过程中多个动力源的能量分配和效率优化；2)动态过程中多个机械动力源的相互配合协调工作。前者属于并联式混合动力系统能量管理策略的研究范畴，能量管理策略是迄今为止并联式混合动力系统控制算法中研究的最为广泛的内容之一。而对后者的研究进展却鲜有报道，尤其涉及到具体的控制方法。由于发动机与电动机动态特性存在明显不同，在状态切换过程中，当发动机和电动机的目标转矩发生较大幅度变化时，如果仍然只按照各自的目标值进行控制[3]，将使得发动机和电动机实际输出的转矩之和产生较大波动，与需求的转矩产生较大的误差，从而导致动力传递不平稳，影响整车动力性能，甚至恶化驾驶性能。所以使得当发动机和电动机目标转矩发生大幅度变化或者突变时，必须进行动态协调控制。
1.控制系统特征分析
多能源动力总成控制器通过直接信号连接或数据通讯方式向部件控制器发送控制指令，同时也接收部件控制器返回的部件运行的主要参数，从而完成各项控制功能。控制系统的具体实现方法如下：1)多能源动力总成控制器采集加速踏板行程、制动踏板行程、钥匙开关位置和amt换档杆位置等信号，同时根据部件控制器反馈的信号向部件控制器发出控制指令；2)发动机控制器接收多能源动力总成控制器发送的喷油脉宽信号完成相应的燃油喷射，并将发动机转速反馈至多能源动力总成控制器；3)电动机控制器接收多能源动力总成控制器发送的目标转矩信号和控制方式字信号，控制电动机转矩，并将电动机转速反馈至多能源动力总成控制器；4)isg控制器接收多能源动力总成控制器发送的isg起动和停止信号，控制发动机起动；5)amt控制器在需要换档时向多能源动力总成控制器发出换档请求，在换档请求被允许后，amt控制器根据车速信号以及直接获得的当前加速踏板行程、制动踏板行程和amt换档手柄信号，进行换档操作，并将当前的档位信号，离合器状态以及车速反馈至多能源动力总成控制器；6)电池控制器接收多能源动力总成控制器发送的强电允许信号，将电池电压接入整车强电系统，并将电池的soc值，电池电压以及电流反馈至多能源动力总成控制器，当电池电量减少时，电池控制器还向多能源动力总成控制器发出充电请求信号。
2.基于扭矩的控制算法
在整个汽车动力系统中，发动机作为汽车的动力源，负责整个系统的动力供给，即把燃料的化学能转化为整车系统的机械能，通过传动机构实现整个车辆动力系统的扭矩传输。对于整个汽车动力传动系统而言，发动机曲轴的输出扭矩首先通过离合器，然后通过变速器、万向节轴、驱动桥、半轴，最后到达驱动轮，从而实现了整个系统动力传动链的能量传递与转化。
如果将以功率作为最主要的控制变量的能量管理策略称为功率管理策略，那么功率管理策略最大的优点是在计算功率传递的过程中只需考虑传动系统各部件的效率，而不需要考虑具体的转矩和转速，更不需要考虑变速器的速比等因素，简化了能量分配过程。与功率管理策略相比，转矩管理策略最大的特点就是以转矩作为最主要的控制变量，在发动机和电动机之间对转矩而不是功率进行合理的分配。选择转矩作为最主要的控制变量的原因一方面是因为，在车辆实际运行过程中，当变速器和离合器均接合时，发动机转速和电动机转速与车速具有一定比例关系，在发动机或电动机之间进行功率分配还受到两者转速变化的限制，而分配转矩更为直接。但更重要的是，转矩管理策略是为动态协调控制算法服务的，动态协调控制算法通过对转矩的控制达到控制目标，算法中将涉及到总需求转矩、发动机和电动机目标转矩等多种转矩信号，因此，转矩管理策略必须识别出总转矩需求，并通过对发动机、电动机和电池等部件效率的优化确定发动机和电动机的目标转矩。可以说，转矩管理策略并不是独立的，而是与动态协调控制算法形成一个整体，解决动态协调控制问题。转矩管理策略由三部分组成：1)识别总需求转矩；2)确定状态切换条件；3)确定目标转矩。
3.动态协调算法及控制流程
转矩管理策略将确定在目标状态中发动机和电动机的目标转矩，在部分状态切换过程中，状态切换前后的发动机和电动机目标转矩发生了突变，需要在状态切换过程中对