基于机电复合传动系统的发动机控制策略研究

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在民用领域,混合动力汽车兼具纯电动汽车和传统燃油汽车的优点,已经引起了人们的广泛关注。在军用领域,全电化代表了未来战斗车辆的发展方向,而电传动是全电战斗车辆的重要组成部分。机电复合传动是军用车辆电传动的一种基本形式,它在结构上类似于民用的功率分流混合动力系统。本文以机电复合传动系统和增压柴油机为研究对象,针对该机电复合传动系统的特性,研究基于该系统的发动机控制策略。首先,介绍了机电复合传动系统的构成,和不同模式的定义,根据简单行星排的转速、转矩关系,结合本文所研究的机电复合传动系的四行星排结构,分别推导出了在EVT1_L模式、EVT1_H模式、EVT2模式下,输入轴、输出轴与电机A、电机B的转速、转矩关系,并对机电复合传动系统的功率特性进行了分析,尤其对EVT1_L模式、EVT1_H模式、EVT2模式下的功率流的特点进行了分析。其次,本文建立了机电复合传动车辆的仿真模型,其中,为了研究发动机的控制策略,建立了发动机的平均值模型和发动机的控制器模型。并利用Matlab/Simulink模型库建立了机械传动系统和电力传动系统的仿真模型,还介绍了驾驶员模型和环境模型的建模思路。并且还对机电复合传动系统基础控制算法进行了研究,包括发动机启动控制、模式切换控制、基于规则的功率分配和动态过程协调控制等基础的控制算法。然后,针对本文能量管理的目标,即满足机电复合传动系统车辆的供电性能、驱动性能、燃油经济性,并且解决在大功率用电工况下的电功率平衡问题,提出了多目标(供电能力、驱动能力、燃油经济性等)需求的功率流分配优化的策略和电功率平衡策略,来共同组成本文的能量管理策略。并在离线仿真平台设计了大功率的用电工况,从而对电功率平衡策略进行了离线仿真分析。最后,基于以上研究,本文提出了3种基于机电复合传动系统的发动机控制策略,即“转矩控制+转速调节”、“负载前馈的转速控制+转矩调节”、“模糊PID负载前馈的转速控制+转矩调节”策略,通过仿真分析,得到“转矩控制+转速调节”的控制策略具有很好的控制效果,并通过台架试验对该策略进行了验证。
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第11-26页
    1.1 研究背景第11-13页
    1.2 机电复合传动系统的研究现状第13-18页
    1.3 混合动力系统能量管理算法的研究现状第18-20页
    1.4 混合动力系统发动机控制策略研究现状第20-23页
    1.5 论文选题意义及研究内容第23-26页
        1.5.1 论文选题的意义第23-24页
        1.5.2 研究内容第24-26页
第2章 机电复合传动系统特性分析第26-38页
    2.1 系统简介第26-28页
    2.2 转速特性第28-31页
    2.3 转矩特性第31-34页
    2.4 功率特性第34-37页
    2.5 本章小结第37-38页
第3章 模型建立及整车控制基础算法研究第38-57页
    3.1 机电复合传动车辆仿真模型第38-48页
        3.1.1 系统建模方法第38-40页
        3.1.2 发动机平均值模型第40-41页
        3.1.3 发动机控制器模型第41-43页
        3.1.4 机械传动系统模型第43-44页
        3.1.5 电力传动系统模型第44-46页
        3.1.6 整车纵向动力学模型第46页
        3.1.7 驾驶员和环境模型第46-48页
    3.2 整车控制基础控制算法研究第48-56页
        3.2.1 综合控制系统框架第48-49页
        3.2.2 发动机启动控制算法第49-51页
        3.2.3 模式切换过程控制算法第51-52页
        3.2.4 基于规则的功率分配算法第52-55页
        3.2.5 动态过程协调控制算法第55-56页
    3.3 本章小结第56-57页
第4章 基于机电复合传动系统的能量管理策略研究第57-85页
    4.1 能量管理策略框架第57-59页
    4.2 多目标的功率流分配策略第59-71页
        4.2.1 多目标功率流优化模型第59-62页
        4.2.2 多目标功率流优化方法第62-66页
        4.2.3 供电能力优化算法第66-69页
        4.2.4 驱动能力优化算法第69-70页
        4.2.5 燃油经济性优化算法第70-71页
    4.3 电功率平衡控制策略第71-76页
        4.3.1 电能需求算法第71-73页
        4.3.2 功率平衡算法第73-76页
    4.4 电功率平衡离线仿真分析第76-84页
        4.4.1 车速 20km/h(EVT1)电功率平衡离线仿真第77-79页
        4.4.2 车速 35km/h(EVT2)电功率平衡离线仿真第79-81页
        4.4.3 车速 50km/h(高速EVT2)电功率平衡离线仿真第81-83页
        4.4.4 仿真总结第83-84页
    4.5 本章小结第84-85页
第5章 发动机控制策略开发及试验验证第85-110页
    5.1 “转矩控制+转速调节”策略开发第85-88页
        5.1.1 传统车辆的两级调速特性第85-86页
        5.1.2 采用两级调速的“转矩控制+转速调节”策略第86-88页
    5.2 “负载前馈的转速控制+转矩调节”策略开发第88-90页
        5.2.1 传统车辆的全程调速特性第88-89页
        5.2.2 采用全程调速的“负载前馈的转速控制+转矩调节”策略第89-90页
    5.3 “模糊PID负载前馈转速控制+转矩调节”策略开发第90-94页
        5.3.1 模糊PID转速控制策略介绍第91页
        5.3.2 模糊PID算法第91-94页
    5.4 油门阶跃工况离线仿真分析第94-99页
        5.4.1“转矩控制+转速调节”离线仿真分析第94-95页
        5.4.2“负载前馈的转速控制+转矩调节”离线仿真分析第95-97页
        5.4.3“模糊PID负载前馈转速控制+转矩调节”离线仿真分析第97-98页
        5.4.4 仿真总结第98-99页
    5.5 试验验证第99-109页
        5.5.1 机电复合传动系统试验台架第99-101页
        5.5.2 试验台架的关键部件第101-104页
        5.5.3 综合控制台第104-106页
        5.5.4“转矩控制+转速调节”油门阶跃试验第106-109页
    5.6 本章小结第109-110页
结论与展望第110-114页
    全文总结第110-112页
    创新点第112页
    展望第112-114页
参考文献第114-121页
攻读学位期间发表论文与研究成果清单第121-122页
致谢第122页
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