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插电式混合动力汽车控制软件开发

作　者: 张妍懿
导　师: 金振华
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程及工程热物理
关键词: 插电式混合动力汽车控制策略开发平台实时仿真
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

插电式混合动力汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，简称PHEV）具有发动机和电机两种动力源，储能装置可外接充电，相对于传统不可外接充电的混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，简称HEV），利用电能的比例更高，能有效的提高燃油经济性并改善排放，是一种具有发展前景的混合动力电动汽车。本文以863课题“福田欧辉中度混合动力汽车产业化技术攻关”为背景，采用基于模型的开发流程，搭建整车控制器集成开发平台，进行PHEV控制策略研究，并完成了控制软件开发。搭建了支持基于模型开发流程的整车控制器开发平台。首先在Matlab/Simulink环境下建立PHEV控制器以及混合动力系统零部件的仿真模型，搭建了前向仿真平台，可进行动力系统部件参数匹配及控制策略开发；基于VeriStand软件及嵌入式PC硬件搭建了快速原型与硬件在环系统，将两者连接搭建为实时仿真平台，可验证控制系统通讯功能，并进一步验证控制策略。将快速原型系统与混合动力系统连接，在试验台架上可进行动力系统零部件特性测试及混合动力系统集成测试，验证控制策略的实际效果。设计了PHEV控制策略，实现了上下电控制、能量管理、动态协调控制以及故障诊断及管理功能。在Matlab/Simulink环境中采用模块化建模方法开发了整车控制器模型，在离线仿真平台上对混合动力能量管理策略，故障管理策略，以及离合器结合过程、变速箱换挡过程及快速启动发动机过程的动态协调控制策略进行仿真分析。对该控制策略下的整车经济性进行了仿真分析。离线仿真结果表明所设计的控制策略能够满足PHEV控制要求。在所搭建的实时仿真平台上，对PHEV控制策略进行了硬件在环测试，进一步验证了控制功能。应用快速原型系统在混合动力试验台架上，进行了零部件特性试验，及混合动力系统的初步测试。本文搭建的控制器开发平台成功的用于PHEV控制策略的开发。离线仿真与实时仿真测试表明，所开发的PHEV控制策略能够满足功能需求。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-18
  1.1 研究背景与意义  8-13
    1.1.1 混合动力客车发展现状  8-9
    1.1.2 插电式混合动力客车发展现状  9-10
    1.1.3 插电式混合动力系统控制策略研究现状  10-12
    1.1.4 基于模型的控制系统开发平台发展现状  12-13
  1.2 本文研究的插电式混合动力客车简介  13-16
  1.3 本文研究内容与结构  16-18
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 本文结构  17-18
第2章基于模型的整车控制器开发平台搭建  18-34
  2.1 基于模型的整车控制器开发流程  18-20
  2.2 混合动力系统部件建模  20-30
    2.2.1 发动机模型  20-23
    2.2.2 电机模型  23-24
    2.2.3 动力蓄电池模型  24-25
    2.2.4 离合器模型  25-27
    2.2.5 变速箱模型  27-29
    2.2.6 车辆模型  29-30
  2.3 离线仿真平台  30-33
  2.4 实时仿真平台  33-34
第3章插电式混合动力系统控制策略开发  34-51
  3.1 控制策略需求分析  34-36
    3.1.1 整车控制器功能需求分析  34
    3.1.2 能量管理及动态协调控制需求分析  34-35
    3.1.3 故障管理需求分析  35-36
  3.2 控制策略软件架构  36-39
    3.2.1 软件编写思路  36-37
    3.2.2 软件总体架构  37-38
    3.2.3 运行控制部分软件架构  38-39
  3.3 上下电控制策略  39-42
    3.3.1 上电控制策略  39-41
    3.3.2 下电控制策略  41-42
  3.4 能量管理策略  42-46
    3.4.1 驾驶员需求转矩解析策略  42
    3.4.2 换挡策略  42-43
    3.4.3 模式切换意向判断策略  43-45
    3.4.4 转矩分配策略  45-46
  3.5 动态协调控制策略  46-50
    3.5.1 离合器结合过程控制策略  47-48
    3.5.2 变速箱动态过程控制策略  48-50
  3.6 故障管理策略  50-51
第4章 PHEV 控制策略仿真研究  51-61
  4.1 能量分配控制策略仿真研究  51-55
  4.2 动态协调控制策略仿真研究  55-61
    4.2.1 结合离合器过程  55-56
    4.2.2 无离合器动作的换挡过程  56-58
    4.2.3 电机快速启动发动机过程  58-61
第5章实时仿真验证及台架测试  61-74
  5.1 硬件在环测试  61-69
    5.1.1 实时仿真平台搭建  61-64
    5.1.2 硬件在环测试  64-69
  5.2 台架测试  69-74
    5.2.1 台架测试系统结构  69-71
    5.2.2 台架测试方案  71-72
    5.2.3 初步台架试验结果  72-74
第6章总结与展望  74-76
  6.1 论文工作总结  74
  6.2 工作展望  74-76
参考文献  76-78
致谢  78-80
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  80

插电式混合动力汽车控制软件开发

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