面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究

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1、博士学位论文DOCTORRALDISSERTATION论文题目面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究作者姓名杨超学科专业控制科学与工程指导教师焦晓红教授2015年7月中图分类号：TP273学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学博士学位论文面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究博士研究生：杨超导师：焦晓红教授副导师李亮副研究员申请学位：工学博士学科专业：控制科学与工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlScie

2、nceandEngineeringCONTROLSTRATEGIESFORELECTROMECHANICALCOUPLINGOFHYBRIDPOWERTRAINFORAPPLICATIONTOCITYBUSbyChaoYangSupervisor:ProfessorXiaohongJiaoAssociateResearchFellowLiangLiYanshanUniversityJuly,2015燕山大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究

3、》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学博士学位论文使用授权书《面向公交客车应用的混合动力系统机电耦合控制研究》系本人在燕山大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论

4、文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要随着交通能源和城市环境问题的不断恶化以及混合动力技术的不断发展，具有更高节能减排特性、乘坐舒适性以及驾驶性能的混合动力汽车成为了国际汽车产业强国竞相发展的关键技术。基于机械式自动变速器(AMT)的同轴并联混

5、合动力机电耦合系统因具备复杂公交工况下的大转矩传输与多工作模式高效耦合特征，成为新能源客车动力系统的核心技术。然而，当应对典型城市公交工况时，以燃油经济性、乘坐舒适性和驾驶性能作为综合优化指标的混合动力系统机电耦合控制问题仍需进行深入研究。本文针对进一步提升插电式混合动力客车(PHEB)燃油经济性的同时，确保乘坐舒适性和驾驶性能这一复杂问题，以基于AMT的同轴并联混合动力系统为研究对象，其机电耦合控制策略设计为研究主题进行了深入研究。论文研究工作为建立具备全工况高效运行的高燃油经济性混合动力系统机电耦合控制方法奠

6、定了一定的基础，为实际混合动力系统控制策略设计提供了理论参考。具体研究内容和研究成果如下：针对固定公交驾驶工况下的能量最优分配问题，提出了基于修正动态规划算法的PHEB能量管理策略。该策略在利用标准动态规划算法求得全局最优发动机、电机转矩分配的前提下，结合等效坡度估算方法和动力型AMT换档修正逻辑，通过坡道工况下的AMT换档操作对标准动态规划算法求得的最优解进行修正，从而实现了PHEB在城市公交工况下燃油经济性与坡道驾驶性能的综合优化。针对公交工况下频繁的客车起步加速运行过程，提出了一种PHEB自适应经济型起步加

7、速运行模式及其控制方法。控制策略包括顺序运行纯电驱动、电机起动发动机、发动机主动充电和发动机驱动四种工作模式的起步控制以及每种工作模式下的动力特性控制，仿真与实车测试结果表明，所提出的起步加速运行模式及其控制方法可以降低整车在起步加速阶段的油耗，同时工作模式切换过程的离合器协调控制改善了整车的乘坐舒适性。针对PHEB电机起动发动机到发动机介入动力系统的工作模式切换瞬态过程，提出了基于鲁棒H控制方法的模式切换分层控制策略。该策略包括上层离合器转矩指令给定的鲁棒H控制和下层离合器位置的鲁棒跟踪控制。仿真结果显示所提

8、出方-I-燕山大学工学博士学位论文法可以实现系统在满足整车冲击度约束的前提下，缩短工作模式切换过程，同时下层执行机构位置跟踪控制可以实现预期的控制目标。针对复杂城市公交工况的不确定性对驾驶意图造成的影响，以及PHEB耦合驱动过程中电机模型可能出现的不确定性，提出了考虑不确定驾驶意图的混合动力系统耦合驱动鲁棒控制策略。策略中利用模糊逻辑推理量化了不确定的驾驶意图，并且利用