混联型液压混合动力体系建模与动态协调控制研究

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1、混联型液压混合动力体系建模与动态协调控制研究第一章绪论1.1课题研究的背景及目的意义根据美国《油气杂志》（OilGasJournal)2011年12月5日发布的统计数据，随着世界汽车产业的迅猛发展，石油的消耗越来越大，运输工具应用的大部分燃料源于石油的液态燃料，并且污染着我们的环境。在大气污染中，汽车尾气排放所造成的污染占大气污染的60%-70%。温室效应、臭氧保护层破坏等污染问题等都与汽车排放的污染物有关。据美国汽车行业权威杂志。早期的混合动力系统根据发动机与驱动轮之间的构型是否存在直接的机械连接，将混合系统划分为串联式、并联式和混联式三类构型。经研究

2、，以机械连接方式对混合动力系统进行分类的方法，其未能体现混合动力系统的运行的实质，在实用性上有较大的局限性。如今基于任务的分类方法得到大家普遍的认可，于是混合动力系统得到了合理的分类，即微混合动力系统、轻度混合动力系统和全混合动力系统三类[5]。.1.2液压混合动力汽车国内外研究现状国外对液压混合动力的研究工作起步较早，可以追溯到上世纪的70年代。1977年，德国专家第一次提出二次调压技术，克服了传统液压阀控制的效率低的缺点。80年代，德国开发了第一辆液压混合动力车，名为MANHydrobus，2002年，美国军方和澳大利亚PermoDrive公司在卡车

3、上应用了液压传动技术美国环保署（EPA)经过多年的研发工作，在液压混合动力研究方面己经取得了重大突破，并设计了更小，更轻，更高效泵/马达和液压传动系统，为液压混合系统在大型商业和消费类车辆的应用与推广起到了至关重要的作用。图1.1为EPA相继幵发并投入生产的主要车型有游览车、福特F-550、福特远征SUV、UPS货运卡车。美国EATON公司是全球最大的液压元器件生产企业，德国博世公司是全球最大的汽车电子制造商，这两个企业都在开发液压混合动力系统，也代表着国外液压混合动力新能源汽车研发的最高水平。图1.2为在2009年已经投产的垃圾车，采用并联混合动力（H

4、LA)，燃油经济性提高26.2%,图1.3为与EPA联合开发的货运卡车，燃油经济性提高50%-70%。2008年，英国ArtemisIntelligentPoentAutomotiveTransmission)高效数控液压汽车传动系统。这套系统以宝马530i手动版为基础，在走走停停的市区进行了燃油经济性测试，实际油耗仅有原来的一半，二氧化碳排放要减少30%。到50%之多，效果非常明显。图1.5为日本的三菱公司研制用于城市公交车的液压再生系统CPS(ConstantPressureHydraulicSystem),此系统在能量回收、减少噪声和车体震动方面发

5、挥了重要作用。..第二章混联式液压混合动力系统研究2.1混联式液压混合动力系统物理结构特征分析本文研究的混联式液压混合动力系统，通过两个动力源转矩的親合，减少切换过程中的速度波动，达到功率分流和变速的目的，并支持足够的扭矩输出。液压栗/马达A调节发动机转速，可以使得发动机转速从车速中解稱出来，工作在理想的转速区域；液压栗/马达B对发动机进行扭矩补偿，可以使得发动机扭矩从路面的负载扭矩中解稱，工作在理想的扭矩区域，双行星排式动力稱合装置与液压粟/马达等动力源的联合使用，实现液压驱动无级连续变速（H-CVT)的控制功能。减速或制动工况，二次元件以粟工况工作，

6、设置两档拉维娜式行星齿轮机构，根据制动的强度，更加有效地回收车辆制动能量，储存到高压蓄能器中，实现整车燃油经济性同时，也方便车辆在启停频繁的工况下，车辆的启动和加速。对于前向仿真系统，需要了解驾驶员控制车辆的行为。迄今为止，对驾驶员行为的描述仍存在一些问题。这主要是因为驾驶员的控制行为与其生理和心理因素及其实际的驾驶状况都有关。据目前的研究发现，驾驶员的行为可釆用经典控制理论或模糊控制理论来建模，本文中采用经典控制理论建模。..2.2混联式液压混合动力总成控制系统特征分析在混联式液压混合动力汽车行驶过程中，通过安装在车辆子系统部件中的传感器，实时地采集的

7、运行数据，转换为控制命令，传递到不同的控制系统层。首先系统把经诊断后的数据传送到最高优先决策层，判断子系统是否发生故障，由于安全任务在常规控制中处于最高优先级，只要危险状况出现，决策层立即中断正常模式的运行，切换到容错运行模式。否则，最高优先决策层切换到常规运行模式，进入动态系统控制层。切换监督控制层针对模式动态切换中存在的非线性强、控制复杂等混杂特性进行有效控制，完成传动系（发动机的启停）和车辆的运行状态（发动机驱动、混合驱动、制动）的决策；根据选定的工作模式，系统进入部件能量控制层，进行能量的合理分流管理，确定不同动力源的目标转矩；最终分配后的转矩进

8、入响应的底层单元控制器，通过发动机控制单元对发动机输出节气门变化率的控制，以及液