（光学工程专业论文）单轴isg混合动力汽车转矩分配控制策略的研究.pdf

摘要 单轴i s g 混合动力汽车控制策略设计是整车及其各子系统控制器设计中的重要一环， 是实现单轴i s g 混合动力汽车节能减排的基础。本文以国家“十一五”8 6 3 节能与新能源汽 车重大专项i s g 混合动力汽车项目及其整车控制策略设计予课题! 为背景，研究了驱动工况 下转矩分配控制策略、制动力矩动态分配控制策略、再生制动系统与a b s 动态协调控制策 略以及制动稳定性控制策略，并基于d s p a c e 实时系统进行了车；矩分配控制策略的快速控 制原型仿真试验。本文完成的主要工作和结论总结如下： 基于试验数据，建立了发动机、i s g 电机、镍氢电池的半经验仿真模型和基于魔术公式 的全工况轮胎经验模型，并基于理论建模的方法建立了传动系模型、液压制动系统模型、七 自由度整车动力学模型和驾驶员模型，为单轴i s g 混合动力汽j ：转矩分配控制策略的研究 提供了仿真和验证的基础。 建立了i s g 混合动力系统燃油经济性和排放性能的数值函数，以整车燃油经济性和排 放性能最佳为目标函数，采用求解多元函数极值的方法求出在任一转速一f 的发动机和i s g 电机的最佳转矩分配值，作为i s g 混合动力系统的最佳工作点。将求解的最佳： 作点作为 a n f i s 系统的先验知识，建立了a n f i s 转矩分配系统，用于驱亏】工况下整车的转矩分配控 制。仿真结果表明：与i n s i g h t 电动辅助控制策略相比，在a n f i s 转矩分配控制策略下，i s g 混合动力汽车实现了更好的燃油经济性和排放性能。 提出了一种制动路面最佳滑移率的实时估计方法。通过将制动过程中前后轮利用附着系 数与各种典型路面的峰值附着系数进行对比来判断为制动路面。根据路面附着系数与滑移率 的函数关系，采用黄金分割法对附着系数极大值进行直接搜寻，获得路面的最佳滑移率。根 据求得的路面最佳滑移率，设计了基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略。仿真结果 表明：基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略能够有效的协调再生制动力矩和液压制 动力矩，在轻中度制动工况下能高比率的回收制动能量；紧急制动时，在高、中、低以及突 变附着路面上均能够通过对制动力矩的动态调整，保证车轮不出现抱死拖滑，在保证制动效 能和制动安全的前提下有效的回收制动能量。 针对制动过程中路况的不确定性，将滑移率最优控制问题归当 为极值漂移的实时动态寻 优问题，提出了基于滑移率自寻优的再生制动系统与a b s 动态协调控制策略。设计了滑移 率模糊自寻优控制器，并采用遗传算法在线优化模糊控制规则。彳e 高低附着路面、突变路面 和分离路面上紧急制动的仿真结果表明：所提出的控制策略不仅能快速自动搜寻并控制车轮 滑移率在最佳值附近，实现再生制动系统与a b s 的动态协调，保讧：制动效能和制动稳定性， 而且能够在紧急制动情况下回收到可观的制动能量。 为了保证在转向制动工况下的制动横向稳定性，提出了制动隐定性分层协调控制策略。 基于模糊控制理论，对制动过程中需求的校正横摆力矩进行估计，将校正横摆力矩的补偿对 制动力矩的需求转化为对再生制动力矩和车轮滑移率的调节。设计了滑移率模糊控制器，控 制车轮滑移率在判定的目标值。通过对目标滑移率的实时确定，实现上层横摆力矩控制与下 层滑移率及再生制动力矩控制的统一调节，保证了车轮不出现抱死。分别进行了转向情况下 高低附着路面轻度制动和紧急制动的仿真分析，其结果表明：所提出的制动稳定性分层协调 控制策略，在保持制动效能的基础上，实现了比单独实施滑移率控制更好的制动横向稳定性。 最后，进行了单轴i s g 混合动力汽车转矩分配控制策略的快速控制原型仿真试验，验 证了转矩分配控制策略及算法的基本控制性能，使经离线仿真验证的控制策略及算法进一步 的得到完善和验证。 关键词：转矩分配；最佳工作点；再生制动；最佳滑移率控制；制动稳定性 a bs t r a c t t h ed e s i g no fc o n t r o ls t r a t e g yf o rs i n g l e s h a f ti s gh y b r i de l e c t i cv e h i c l e si sa l li m p o r t a n t p a r ti nv e h i c l ea n ds u b s y s t e m sc o n t r o l l e rd e v e l o p m e n t , a n dt h ef o u rd a t i o no fa c h i e v i n ge n e r g y s a v i n ga n de m i s s i o nr e d u c t i o n t h i sp a p e ri ss u p p o r t e db yt h ee n m g ys a v i n ga n dn e we n e r g y v e h i c l e sm a j o rp r o j e c t so fn a t i o n a l “t h ee l e v e n t hf i v e y e a rp l a n n i n g ”，a n dt o r q u ed i s t r i b u t i o n c o n t r o ls t r a t e g yf o rd r i v i n gc o n d i t i o n s ，d y n a m i cb r a k i n gt o r q u ed is t r i b u t i o nc o n t r o l s t r a t e g y , d y n a m i c a lc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yf o rr e g e n e r a t i v eb r a k i n gw i t ha b ss y s t e m ，a n dc o n t r o l s t r a t e g yf o re n h a n c i n gt h eb r a k i n gs t a b i l i t yo fh y b r i de l e c t r i cv e h i c l ew e r er e s e a r c h e d ，a n dr a p i d c o n t r o lp r o t o t y p es i m u l a t i o nt e s to ft h ep r o p o s e dc o n t r o ls t r a t e g yw e r ei m p l e m e n t e db a s e do n d s p a c er e a l t i m e s y s t e m t h em a i nr e s e a r c hw o r ka n dc o n c l u si o n sw e r es u m m a r i z e d a s f o l l o w i n g ： i no r d e rt op r o v i d et h es i m u l a t i o na n dv e r i f i c a t i o nf o u n d a t i o no ft h et o r q u ed i s t r i b u t i o n c o n t r o ls t r a t e g y , e n g i n em o d e l ，i s gm o d e l ，b a t t e r i e sm o d e la n da l lc o n d i t i o nt i r em o d e lu s i n g m a g i cf o r m u l aw e r eb u i l tb a s e do ne x p e r i m e n t a ld a t a , a n dp o w e rt r a inm o d e l ，h y d r a u l i cb r a k i n g s y s t e mm o d e l ，s e v e n - d o fv e h i c l ed y n a m i c sm o d e la n dd r i v e rm o d ew e r ed e v e l o p e db a s e do n p h y s i c a ll o g i co fp a r a m e t e r s t h ef u e le c o n o m ya n de m i s s i o np e r f o r m a n c ef u n c t i o no ft h ei s gh y b r i dp o w e rs y s t e mw a s e s t a b l i s h e db a s e do nt h et e s td a t ao fi n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n ea n d s gm o t o r ，a n dt h ed a t ao f o p t i m a lo p e r a t i n gp o i n t sf o rt r a i n i n ga n f i ss y s t e mw a sg o tb yt h em e t h o do fs e a r c h i n gg l o b a l m i n i m u mp o i n to fm u l t i v a r i a b l ef u n c t i o n at o r q u ed i s t r i b u t i o ns y s t e mf o rr e a s o n a b l yd i s t r i b u t i n g t h ev e h i c l e sd e m a n dt o r q u eo fd r i v i n gt ot h ei n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g il ea n di s gm o t o rb a s e do n t h et r a i n e da n f i ss y s t e mw a sb u i l tf o rd e c r e a s i n gt h ef u e lc o n s u m p t i o na n de m i s s i o n s t h e r e s u l t so fs i m u l a t i o ns h o wt h a tm u c hb e t t e rf u e le c o n o m ya n de m i s s i o np e r f o r m a n c ea r ea c h i e v e d u n d e rt h ea n f i s t o r q u ed i s t r i b u t i o nc o n t r o ls t r a t e g yt h a ne l e c t r i c a la s s is t a n c ec o n t r o ls t r a t e g y ar e a l - t i m ec o m p u t a t i o nm e t h o do fo p t i m a ls l i pr a t i oa c q u i s i t i o nf o rb r a k i n gr o a dc o n d i t i o n w a sp r o p o s e d t h eb r a k i n gr o a dw a sc o n f i r m e db yc o m p a r i n gt h ew h e e l sa c h i e v e da d h e s i o n c o e f f i c i e n tw i t hp e a ka d h e s i o nc o e f f i c i e n to ft y p i c a lr o a d s ，a n do p t i m , 1s l i pr a t i oo fb r a k i n gr o a d w a sr e a l - t i m es e a r c h e db yg o l d e ns e c t i o nm e t h o da c c o r d i n gt ot h e ： u n c t i o nb e t w e e na d h e s i o n c o e f f i c i e n ta n ds l i pr a t i o ac o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yb a s e do ns l i pr a t i oc o n t r o lw a sd e s i g n e d f o rd y n a m i c a ld i s t r i b u t i o nb e t w e e nr e g e n e r a t i v eb r a k i n gt o r q u ea n dh y i t r a u l i cb r a k i n gt o r q u e t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tb r a k i n ge n e r g yc a nb eh i 【g hr a t i or e c y c l edi nm i l d m o d e r a t eb r a k e b r a k i n ge f f i c i e n c ya n db r a k i n gs a f e t yw e r ea s s u r e db ya v o i d i n gw h z e ll o c ku n d e re m e r g e n c y b r a k i n gc o n d i t i o n a st h er o a dc o n d i t i o ni su n c e r t a i n ，t h ep r o b l e mo fo p t i m a ls l i pr a t i oe s t i m a t i o nd u r i n g b r a k i n gw a sc o n s i d e r e da sar e a l t i m es e l f - o p t i m i z i n gp r o b l e mo fe x t r e m u md d t t , a n dad y n a m i c a l c o o r d i n a t e dc o n t r o lm e t h o df o rr e g e n e r a t i v eb r a k i n gw i t ha b ss y s t e mw a sp r o p o s e db a s e do i ls l i p r a t i os e l f - o p t i m i z a t i o n af u z z ys e l f - o p t i m i z i n gc o n t r o l l e r f o ro p t i m a ls l i pr a t i oc o n t r o lw a s d e s i g n e d ，a n dt h ef u z z yc o n t r o lr u l e sw e r eo n l i n eo p t i m i z e db yag e n e t i ca l g o r i t h m r e g e n e r a t i v e b r a k i n gt o r q u ei sp r e f e r e n t i a l l ya d j u s t e dt om e e tt h ea d j u s t m e n td e m a n do ft o t a lb r a k i n gt o r q u e u n d e rt h es t a t eo fe m e r g e n c yb r a k i n g t h eb r a k i n gp r o c e s s e so nh i g h ，l o w , m u t a t i v ea n ds p l i t a d h e s i o nc o e f f i c i e n tr o a dw e r es i m u l a t e dr e s p e c t i v e l y , a n dr e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e dc o n t r o l a l g o r i t h mn o to n l yc a l la c h i e v eo p t i m a ls l i pr a t i oa u t o m a t i c a l l ya n dr a p i d l y , a n dr e g e n e r a t i v e b r a k i n gs y s t e mi sd y n a m i c a l l yc o o r d i n a t e dw i t ha n t i l o c kb r a k i n gs y s t e mt oe n s u r et h eb r a k i n g e f f i c i e n c ya n db r a k i n gs t a b i l i t y , b u ta l s oc o n s i d e r a b l eb r a k i n ge n e r g yc a nb er e g e n e r a t e du n d e rt h e s t a t eo fe m e r g e n c yb r a k i n g ah i e r a r c h i c a lc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yf o re n h a n c i n gt h eb r a k i n gs t a b i l i t yo fh y b r i d e l e c t r i cv e h i c l ee q u i p p e dw i t har e g e n e r a t i v eb r a k i n gs y s t e ma n dah y d r a u l i cb r a k i n gs y s t e mw a s p r o p o s e d t h ed e s i r e dy a wm o m e n tc o m p e n s a t i o nw a sf o r m u l a t e d w i t hap r e f e r e n c et o r e g e n e r a t i v eb r a k i n gt o r q u ea n dw h e e l ss l i pr a t i oc o n t r o ld u r i n gb r a k i n gp r o c e s s t h eu p p e r 1 e v e l y a wm o m e n tc o n t r o lw a sc o o r d i n a t e dw i t hl o w e r - l e v e lw h e e l ss l i pr a t i oa n dr e g e n e r a t i v eb r a k i n g t o r q u ec o n t r o lb yt h en o m i n a t e dt a r g e ts l i pr a t i o s i m u l a t i o nw a sp e r f o r m e du n d e rl o wa n dh i i g h a d h e s i o nc o e f f i c i e n c er o a dw i t hc o r n e r i n g ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e w i t ht h eh i e r a r c h i c a lc o o r d i n a t e dc o n t r o ls t r a t e g yn o to n l yc a nk e e pg o o db r a k i n ge f f i c i e n c y ，b u t a l s oa c h i e v e sb e t t e rp e r f o r m a n c e so fd y n a m i cb r a k i n g s t a b i l i t yt h a nt h ev e h i c l eo n l yw i t hs l i pr a t i o c o n t r 0 1 f i n a l l y ，t h ep r o p o s e dt o r q u ed i s t r i b u t i o nc o n t r o ls t r a t e g yw a sf l l r t h e rv e r i f i e da n dp e r f e c t e d b yr a p i dc o n t r o lp r o t o t y p et e s t k e y w o r d s ：t o r q u ed i s t r i b u t i o n ；o p t i m a lo p e r a t i n gp o i n t s ；r e g e n e r a t i v eb r a k i n g ；o p t i m a ls l i p r a t i oc o n t r o l ；b r a k i n gs t a b i l i t y 致谢 本论文是在导师赵韩教授的精心指导下完成的，在此谨向赵j 三师致以最衷心的感谢和最 真挚的敬意! 自2 0 0 6 年暑期开始至今已整整六年，赵老师无论车e 学业还是在生活上都给了 我悉心的指导和关怀。在这六年的学习与科研工作中，赵老师为我创造了良好的学习环境和 科研条件，不仅拓展了我的知识面，提升了我的理论水平，而且锻炼了我的科研实践能力。 我所取得的每一点进步都倾注了赵老师的心血和汗水。赵老师严谨治学、诲人不倦、平易近 人的作风，宽广的知识面、活跃开阔的思维，对问题敏锐的洞察刀，对汽车产业高瞻远瞩的 认识以及忘我的敬业精神时时刻刻都激励着我不断地开拓和进取， 衷心感谢师母张辉老师多年来对我学习和生活上的关心照顾! 衷心感谢江吴老师和程晓章老师为我联合培养材料公证时为：陇做担保人! 衷心感谢d r m a t t h e w s 在我在德州大学奥斯汀分校学习期间对我的学术研究及生活各 方面的培养和照顾。 衷心感谢胡冠宇、杨素云、翁家河、l u c yl u 、张宪国等在我在德州大学奥斯汀分校学 习期间给予的帮助! 衷心感谢江吴老师、尹安东老师、张炳力老师、钱立军老师等多年以来对我的指导和帮 助。衷心感谢朱可、张冰战、代康伟、徐铁娟等师兄师姐，张平平、师东升、徐德胜、胡先 锋、刘闪闪等同届好友，吴迪、张健、杨亚娟、侯清亮、董彦文等师弟师妹对我学习和生活 上的关心和帮助! 衷心感谢含辛茹苦养育我的父母! 衷心感谢岳父岳母的理解与付出! 衷心感谢妻子胡金 芳博士对我的理解、包容、支持和奉献! 衷心感谢所有关一t l , 、支持和帮助过我的老师、同学、朋友们。 衷心感谢合肥工业大学，在这里我度过了人生中最美好的十主：时光。 作者：叶先军 2 0 1 2 年1 月 插图清单 图1 i 单轴i s g 混合动力汽车转矩分配控制策略示意图4 图1 2 论文内容安排结构框图8 图2 1 单轴i s g 混合动力汽车驱动系统结构11 图2 - 2 单轴i s g 混合动力汽车制动系统结构l2 图2 3 电池充放电系统结构1 2 图2 _ 4 发动机模型框图13 图2 5i s g 电机及其控制系统模型的输入输出1 6 图2 6 电池阻容型能量模型和内阻型能量模型的等效电路1 6 图2 7 镍氢电池模型的输入输出1 8 图2 8 自动变速器两参数换档规律曲线2 0 图2 - 9s t a t e f l o w 中建立的自动变速器换档控制逻辑模型2 0 图2 1 0 a b s 液压原理图2 1 图2 1l 轮缸活塞动力学模型2 1 图2 1 2 七自由度整车动力学模型2 3 图2 1 3 滚动阻力矩、空气阻力矩和半载滑行阻力矩变化曲线2 3 图2 1 4 轮胎运动坐标系与地面作用于轮胎的力和力矩一2 4 图2 15 轮胎模型输入输出参数2 6 图2 1 6 口= 0 9 且侧偏角为零度时，不同垂直载荷下轮胎纵向力随滑表；率变化的曲线2 7 图2 1 7u = 0 9 且滑移率为零时，不同垂直载荷下轮胎侧向力随侧偏角变化的曲线2 7 图2 1 8 驾驶员模型一2 9 图2 1 9 发动机油耗曲面3 0 图2 2 0 发动机c o 排放曲面3 0 图2 2 1 发动机n o x 排放曲面3 0 图2 2 2 发动机h c 排放曲面3 0 图2 2 3i s g 电机效率特性31 图2 - 2 4i s g 电机外特性图3 1 图2 - 2 5 单体电池开路电压3 l 图2 2 6 单体电池充电内阻特性3 1 图2 2 7 单体电池放电内阻特性3 2 图2 - 2 8 电池充放电效率特性3 2 图3 1i s g 混合动力系统最佳工作点求解程序流程图3 6 图3 2 基于t a k a g i s u g e n o 模型的a n f i s 系统结构简图3 8 图3 3a n f i s 转矩分配模型的输入输出3 9 图3 - 4m 盯l s 转矩分配模型结构3 9 图3 - 5 a n f i s 转矩分配模型初始化输入变量隶属度函数4 0 图3 - 6 训练过程中训练数据和检验数据均方根误差的变化曲线4 0 图3 7 a n f i s 转矩分配模型训练后输入变量隶属度函数4 l 图3 - 8a n f i s 转矩分配模型输入输出变量关系曲面4 l 图3 - 9 训练后a n f i s 转矩分配模型的输出与原数据比较4 2 图3 1 0 基于电动辅助控制策略的整车前向仿真顶层模型4 2 图3 1 l 基于a n f i s 转矩分配控制策略的整车前向仿真顶层模型4 3 图3 1 2e c e 工况下基于电动辅助控制策略的仿真结果4 5 图3 1 3e c ei 况下基于a n f i s 转矩分配控制策略的仿真结果4 6 图3 1 4 n e d c 工况下基于电动辅助控制策略的仿真结果4 8 图3 1 5n e d c 工况下基于a n f i s 转矩分配控制策略的仿真结果5 0 图4 1 轮胎滑移率与附着系数曲线5 5 图4 2 路面最佳滑移率实时估计流程5 7 图4 3 黄金分割法搜寻路面函数最佳滑移率的程序框图5 8 图4 4 制动控制系统控制逻辑6 0 图4 5i s g 混合动力汽车的i 曲线6 l 图4 - 6 制动力矩动态调整值的实时计算6 2 图4 7 制动力矩动态调整模糊控制器输入输出变量的隶属度函数及输入输出关系曲面6 3 图4 8 制动力矩动态分配计算流程6 5 图4 - 9 基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略的整车仿真顶层模型6 6 图4 1 0 基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略的前轮动力学仿真模块6 6 图4 11 基于滑移率控制的制动力矩动态分配控制策略的后轮动力学仿真模块6 7 图4 1 2 制动力矩动态分配控制策略下无滑移轻度制动仿真结果6 8 图4 一1 3 制动力矩动态分配控制策略下无滑移中度制动仿真结果6 8 图4 1 4 制动力矩动态分配控制策略下n e d c 循环工况制动仿真结果一6 9 图4 1 5 制动力矩动态分配控制策略下高附着路面紧急制动过程仿真结果7 0 图4 1 6 制动力矩动态分配控制策略下中附着路面紧急制动过程仿真结果7 l 图4 1 7 制动力矩动态分配控制策略下低附着路面紧急制动过程仿真结果7 1 图4 18 制动力矩动态分配控制策略下突变路面紧急制动过程仿真结果7 2 图5 1 制动过程中单轮受力分析图7 5 图5 2 模糊自寻优控制器框图7 7 图5 3 模糊自寻优控制器输入输出变量隶属度函数与输入输出关系曲面7 8 图5 4 模糊控制规则在线优化过程7 9 图5 - 5 再生制动与a b s 动态协调控制策略下前轮动力学仿真模型框图8 2 图5 - 6 再生制动与a b s 动态协调控制策略下后轮动力学仿真模型框图8 2 图5 7 再生制动与a b s 动态协调控制策略下高附着路面紧急制动过程仿真结果8 3 图5 8 再生制动与a b s 动态协调控制策略下低附着系数路面紧急制动过程仿真结果8 4 图5 - 9 再生制动与a b s 动态协调控制策略下突变路面紧急制动过程仿真结果8 5 图5 - 1 0 再生制动与a b s 动态协调控制策略下分离路面紧急制动仿真结果8 6 图6 1 制动稳定性分层协调控制逻辑8 8 图6 - 2 校正横摆力矩模糊估计的输入输出变量隶属度函数及关系曲面9 0 图6 - 3 滑移率模糊控制器输入输出隶属度函数9 3 图6 _ 4 高附着路面上轻度制动，阶跃转向输入条件下的仿真结果9 5 图6 - 5 高附着路面上轻度制动，正弦转向输入条件下的仿真结果9 6 图6 6 高附着路面上紧急制动，阶跃转向输入条件下的仿真结果9 7 图6 7 高附着路面上紧急制动，正弦转向输入条件下的仿真结果9 7 图6 8 低附着路面上紧急制动，阶跃转向条件下的仿真结果9 8 图6 - 9 低附着路面上紧急制动，正弦转向条件下的仿真结果9 9 图6 1 0 稳定性分层协调控制策略下制动减速度变化曲线一9 9 图7 - 1 控制系统v 型开发流程一1 0 1 图7 - 2 整车转矩分配控制策略离线仿真模型1 0 2 图7 3 快速控制原型试验台结构原理图10 3 图7 4 道路加载软件r l s 界面10 4 图7 5 控制策略模型输入输出参数l0 5 图7 - 6d s p a c e 硬件系统组成10 5 图7 7 驾驶员油门踏板和制动踏板开度变化曲线1 0 6 图7 8 发动机输出转矩变化曲线1 0 6 图7 - 9i s g 电机工作模式指令10 6 图7 1 0i s g 电机输出转矩变化曲线1 0 7 图7 1 l 发动机工作点10 7 图7 1 2i s g 电机工作点1 0 7 图7 。1 3 充放电电压和充放电电流变化曲线1 0 8 图7 一1 4 电池充放电功率变化曲线10 8 图7 。1 5 电池s o c 变化曲线1 0 8 图7 1 6 总再生制动力矩变化曲线1 0 9 图7 1 7 液压制动力矩变化曲线1 0 9 图7 1 8 车速和混合动力系统转速变化曲线1 0 9 插表清单 表2 1 轮胎模型各参数的拟合值2 6 表2 2 整车技术参数2 9 表2 3 制动系统主要参数2 9 表2 _ 4 变速器各档速比及传动效率3 0 表2 - 5 轮胎基本参数3 0 表2 - 6i s g 电机主要参数3 0 表2 7 电池组主要参数31 表3 一l 两种控制策略在e c e 循环工况下燃油消耗与排放对比5 l 表3 2 两种控制策略在n e d c 循环工况下燃油消耗与排放对比5 2 表4 1 典型路况附着系数一滑移率魔术公式的待定系数值5 6 表4 2 制动力矩动态调整模糊控制器控制规则6 4 表4 3n e d c 工况制动能量计算( m = 1 2 7 8 k g ) 6 9 表5 1 滑移率自寻优模糊控制器控制规则表7 8 表5 2 以实数表示隶属度的滑移率白寻优模糊控制器的控制规则表8 0 表6 1 校正横摆力矩估计的模糊控制规则表9 0 表6 2 制动过程中再生制动力矩和车轮滑移率调整量的分配9 2 表6 - 3 滑移率模糊控制器控制规则表9 4 表6 4 制动稳定性分层协调控制策略主要仿真参数9 4 第一章绪论 第一章绪论 目前，全球汽车工业正面临着能源与环境问题的巨大挑战【1 。3 】。发展新能源汽车，推动传 统汽车产业的战略转型，在国际上早己形成广泛共识【4 捌。在太阳能汽车、燃料电池汽车真正 进入实用阶段之前，与传统汽车相比，混合动力汽车( h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e ，h e v ) 采用发动 机和电机协同的工作模式，减少了燃油消耗和污染物排放，各方丽性能也很好，且与纯电动 汽车相比不受续驶里程的局限，因此成为目前汽车研究与开发的一个重点p 】。 混合动力汽车是指驱动系统由两个或多个能同时独立运转的能量源组成，其行驶功率依 据车辆的运行状态由单个或多个能量源提供的车辆【6 】。单轴i s g 泊冶动力汽车采用i s g 电机 ( i n t e g r a t e ds t a r t e dg e n e r a t o r ，启动机发电机一体化) 技术，是并联式混合动力汽车的一种特殊 的形式【1 0 】。i s g 电机既可作为电动机，在驱动时提供辅助转矩，又可作为发电机，对制动能量 进行回收i 加。1 列。i s g 混合动力汽车只需对内燃机进行简单改造，比较容易在现有传统内燃机汽 车上实现，改造成本低，尤其适合在轿车上实现【l0 1 4 l ，是目前制i i i 成本较低、较容易实现批 量生产的混合动力车型。 1 1i s g 混合动力汽车特点、工作模式及国内外开发动态 1 1 1 i s g 电机功能 i s g 电机可以实现怠速自动起停、驱动助力、高效大功率发电、再生制动能量回收以及其 它辅助功能【1 0 l 。 ( a ) 怠速自动起停 传统的车用启动机只将发动机加速至起动转速( 汽油机1 5 0 2 0 0 - p m ；柴油机2 0 0 3 0 0 r p m ) ， 而i s g 作为电动机在短时间内( 通常加速时间仅为0 1 0 3s ) 将发动机加速至怠速转速( 一般 8 0 0 r p m 左右1 以上【1 2 1 ，然后发动机才开始缸内的燃烧过程，而且在发动机怠速不对外做功时， 立即自动关闭发动机，而当检测到车辆需要起步时，i s g 电机自动耋至启发动机，取消发动机的 怠速状态。高转速起动和怠速自动起停不仅能够降低发动机的燃洲f 消耗，而且能够改善排放 性能。 ( b ) 驱动助力 低速大负荷时发动机的燃油经济性和排放性能均较差，而且在此工况下发动机的输出转 矩也有限，如果整车在低速时需要较大的驱动转矩，则需要装配大排量的发动机来满足整车 动力性要求，这样就带来了油耗和排放控制问题。采用i s g 电机辅l 力驱动，通过“削峰填谷” 可以在满足整车动力性需求的同时，改善整车的燃油经济性和排放生能。 ( c ) 高效大功率发电 通常普通车用发电机由发动机曲轴通过皮带驱动，输出功率仅为1 5 2 5k w ，最大效率 为7 0 ，而高速时仅为3 0 ，无法满足改装后的i s g 混合电动汽车芬：容量蓄电池的充电需求。 而i s g 用作发电机时可以提供6 1 0k w 的发电功率，全转速范围内的效率可达8 0 以上【l 们。 ( d ) 再生制动能量回收 合肥工业大学博士学位论文 i s g 电机在汽车减速或制动时提供制动力矩，工作在发电模式，将部分车辆动能转换成电 能，储存在车载动力电池中，提高整车的燃油经济性。 ( e ) 其它辅助功能 在单轴i s g 混合动力汽车中，i s g 电机可取代飞轮起到减震器的作用。 1 1 2i s g 混合动力汽车特点及主要工作模式 i s g 混合动力系统具有以下特点h 引：( a ) 应用成本低，对发动机原有结构改动小，易实现产 业化：( b ) 降低燃油消耗和有害物排放：( c ) 由于i s g 电机功率足够大，在3 6 v 或更高电压的 电池组驱动下，i s g 电机只需要几百毫秒就可以让处于停止状态的发动机转速达至- i j l 0 0 0 r p m 以 上【1 0 】【1 2 l ，且i s g 系统带动发动机重新点火的成功率非常高，在车辆起步时，驾乘人员通常不会 感受到任何延迟。 i s g 混合动力汽车基本工作模式主要有以下几种【l m l 2 】： ( a ) 启动模式。发动机启动的方式有两种：一种是钥匙开关启动( 钥匙启动) ；一种是热怠 速停车后的重启动( 怠速启动) 。钥匙启动时，整车控制器根据钥匙开关信号判断是否启动， 并根据电池s o c 以及是否存在特殊情况判断采用i s g 电机或小启动机启动；怠速启动：根据 热