混合动力汽车E-H模式切换中扭矩协调控制策略研究

在混合动力汽车进行E(electric drive mode,纯电动模式)-H(hybrid drive mode,混合驱动模式)切换时,针对2个动力源响应特性差异、离合器接合等原因造成动力传递不平稳及整车冲击的问题,文章制定了扭矩协调控制策略。整个扭矩协调控制策略按发动机的起动、调速和动力接入等3个不同阶段制定,采用Matlab/Simulink搭建混合动力汽车模式切换控制策略模型和整车模型,对该策略的有效性进行验证。仿真结果表明,该策略能够减小扭矩波动和整车冲击度,有效提高模式切换过程的平顺性。     

双电机混合动力汽车起步与换挡过程协调控制

针对采用自动变速箱(AMT)的混合动力汽车存在换挡动力中断问题,提出一种新型双电机混合动力驱动系统,该系统主要包括1台发动机、2个电机和1个四挡变速箱。通过控制发动机、电机、离合器与同步器的工作状态,该混合动力系统可实现纯电动驱动、发动机和电机并联驱动、串联驱动、制动能量回收以及行车发电等多种工作模式。采用集中质量法和牛顿第二定律对该驱动系统进行动力学分析,将其等效为质量-弹簧-阻尼系统,并建立动力学方程。通过查表法建立了发动机和电机模型。结合混合动力驱动系统结构特点,设计模式切换和换挡过程的控制策略,在模式切换和换挡过程中,结合发动机和电机的扭矩响应特性,对发动机和电机输出扭矩进行协调控制。采用基于发动机输出扭矩的电机扭矩补偿策略维持汽车驱动扭矩,避免出现换挡动力中断现象。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件平台搭建整车模型及控制策略模型,并对模式切换和换挡过程进行仿真分析。研究结果表明:双电机混合动力驱动系统可实现车辆换挡过程中输出扭矩平顺变化,无动力中断现象;通过限制发动机和电机的扭矩变化率,以及离合器和同步器等执行机构的分离接合速度,可将模式切换和换挡过程的冲击度控制在合理范围内。     

伴随发动机起动的混合动力汽车切换协调控制

并联式混合动力汽车在伴随发动机起动过程中,由于离合器的动作复杂,在模式切换时极易产生转矩的巨大波动,为此,本文提出了一种动态协调控制方法。通过对切换过程的动力学分析,依据发动机、电机和离合器等所处状态不同,将切换过程分为发动机起动、转速同步和转矩突变3个阶段。综合考虑到各阶段控制目标的不同,分别设计了基于开关控制的发动机起动、基于模型预测控制的转速同步和基于电机补偿发动机转矩突变的动态协调控制策略。利用MATLAB/Simulink软件和搭建的试验平台,对3种动态协调控制方法分别进行了仿真和试验验证。研究结果表明:采用协调控制策略后,整车冲击度降低了68%,有效改善了驾驶舒适性。     

强混合动力汽车驱动模式切换扭矩协调控制策略

在对强混合动力系统工作特性分析的基础上,以车辆行驶平顺性为目标,通过对系统在不同驱动模式切换过程中发动机、电机及离合器和变速器参数变化的分析,制定了针对不同模式切换过程扭矩波动的扭矩协调控制策略。建立了基于该控制策略的强混合动力汽车动力学仿真模型,进行了典型驱动模式切换过程的仿真与分析。结果表明,提出的扭矩协调控制策略能够减小驱动模式切换过程中的扭矩波动,有效提高强混合动力汽车在模式切换过程中的动力传递的平稳性。     

伴随发动机起动的混合动力模式切换策略

针对伴随发动机起动的单轴并联混合动力模式切换问题,分析传统发动机起动原理并结合不分离离合器AMT换挡过程控制策略,提出单轴并联混合动力模式切换的5阶段控制策略,同时建立Bang-Bang-PID及前馈PID控制算法对电机调速进行控制. 采用快速原型设计方法,完成整车控制器控制策略开发,最终在气电混合动力客车实验平台上对所提出的模式切换控制策略进行验证. 实验结果表明:所提出的控制策略能顺利起动发动机,提高模式切换性能,并满足整车驾驶需求.      

混合动力电动汽车动力切换协调控制综述

针对混合动力电动汽车工作模式的多样性带来模式之间切换及协调控制等问题,研究了混合动力电动汽车动力切换及协调控制技术,分析了混合动力电动汽车动力切换协调控制问题的产生机理,从发动机转矩参数实时获取、建模工具、控制策略、试验方法等方面分析了国内外有关混合动力电动汽车动力切换协调控制技术的研究现状,研究了动力切换协调控制的具体控制方法,提出了今后需要研究的关键技术:能够反映并联混合动力电动汽车动力切换瞬态特性的整车动力学建模;基于模型预测的电动机转矩补偿控制技术;动力切换及协调控制的试验研究;动力切换时的瞬态稳定性分析方法.     

一种新型增程插电式混合动力控制策略的开发

针对一种新型增程插电式混合动力车辆,以实现该构型车辆的燃油经济性和整车动力性较优的特点为目标,开展了该构型车辆的控制策略开发的研究。建立了发动机、驱动电机和启动发电一体电机的等效燃油消耗模型,根据各部件效率离线计算出等效燃油最小下的需求扭矩分配系数。针对模式切换中的系统不连续性,设计了分阶段转矩协调控制策略。台架测试和实车道路测试结果表明,该整车混合动力控制策略能够保证车辆动力部件运行在效率最优区域,并且电控离合器闭合时间不大于1.5s,电控同步器闭合时间不大于0.2s,整车混合动力模式切换迅速和平稳。     

混合动力系统发动机停机过程控制策略

针对混联式混合动力系统,为减小其由混合驱动模式切换至纯电驱动模式过程中发动机停机引起的整车纵向冲击,利用模型预测控制算法可以在线滚动优化获得最优控制序列的特点,提出了一种基于模型预测控制的发动机停机优化控制策略. 首先,采用理论与试验相结合的研究方法,建立了发动机阻力矩模型;其次,依据动力元件工作状态的不同,将发动机停机过程划分为发动机工作点调整阶段和电机反拖发动机阶段,设计了分段式发动机停机控制策略;最后,通过仿真对所设计的控制策略进行了验证,并与传统基于比例-积分-微分的控制方法进行了对比. 仿真结果表明,所提出的控制策略能有效抑制发动机停机过程中的输出转矩波动,降低整车冲击度,提高车辆行驶的平顺性.      

基于非线性干扰观测器的机械臂终端滑模控制

为了在干扰存在的情况下实现对五自由度机械臂的有效控制,提出了一种基于非线性干扰观测器的终端滑模控制策略.通过选择适当的非线性增益函数,干扰观测器能够精确地估计未知干扰,实现对控制器的补偿,降低滑模控制抖振.非奇异快速终端滑模面的设计提高了收敛速度,保证轨迹跟踪误差在有限时间内快速收敛.基于Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性,数值仿真结果验证了所设计方法的有效性.     

基于回流无级变速传动的混合动力汽车 运行模式转换控制策略

搭载回流无级变速传动装置的插电混合动力汽车在动力切换过程中存在两种切换形式：动力源之间的驱动模式切换和纯无级状态与回流状态之间的调速模式切换,两种切换都会导致动力耦合系统扭矩突变,影响汽车平顺性。在对回流式混合动力系统工作特性分析的基础上,制定了针对不同切换过程的扭矩协调控制策略,并通过MATLAB/Simulink仿真平台进行了验证。结果表明,该策略能够有效地减少该系统切换过程中的转矩波动和冲击。     

基于模型参考控制的混合动力汽车模式切换

根据模型参考控制(MRC)的思路,针对混联式混合动力汽车由纯电动机驱动至发动机-电动机共同驱动的模式切换过程,建立了混合动力传动系统动力学模型,以纯电动机驱动作为参考模型,推导稳定条件,选择前馈和反馈控制参数,实现转矩稳定过渡,避免剧烈冲击.研究表明,与传统的快速切换方法相比,MRC既能降低冲击度,又能减少滑摩功耗.并应用敏感性分析给出了前馈参数、转矩干扰和惯量比对控制品质的影响.     

两挡 AMT无动力中断换挡协调控制研究

针对一种纯电动汽车用离合器后置式二挡机械式自动变速器(AMT),提出将同步器布置于变速器第二轴的方案,通过离合器和同步器的切换控制实现无动力中断换挡.为使换挡过程中变速器输出扭矩变化平顺,综合考虑冲击度与滑摩功等换挡性能指标,针对换挡过程的不同阶段,采用相应的换挡协调控制策略:扭矩相时驱动电机扭矩保持不变,同时协调控制离合器扭矩;惯性相时分别采用PID、自适应模糊PID控制电机扭矩使离合器转速差跟踪目标轨迹.基于Matlab/Simulink建立整车纵向动力学模型并进行仿真试验.结果表明:所制定的换挡协调控制策略是有效的,相较于惯性相时采用PID控制离合器转速差,采用自适应模糊PID控制能有效改善换挡品质,换挡过程中最大冲击度和滑摩损失都有所减小,变速器输出扭矩变化平顺无动力中断,整车舒适性有较大提高.     

基于干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法

针对多关节机械臂难以实现对目标轨迹的高精度跟踪控制的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。首先,结合了传统的快速终端滑模控制和非奇异终端滑模控制,不仅可以使跟踪误差在有限时间快速收敛至零且对机械臂建模误差和外界干扰具有强鲁棒性。其次,针对控制输入抖振严重的问题,通过引入非线性干扰观测器技术和饱和函数方法,从而降低了抖振。最后,以三自由度机械臂为研究对象在Matlab/Simulink环境下进行了对比仿真实验,结果表明,相比于现有的线性滑膜和非奇异快速终端滑模控制方案,在存在建模误差、外界干扰和关节摩擦等不确定性的情况下,所设计的控制方法不仅解决了控制输入抖振较大的问题且实现了各关节对期望轨迹的高精度快速跟踪,从而验证了所提出的基于非线性干扰观测器的非奇异快速终端滑模控制方法的有效性和可行性。     

基于滑模控制的混合动力汽车模式切换控制策略

为了优化混合动力汽车(HEV)仿真模型对目标车速的跟踪问题,以某混合动力汽车为研究对象,以在Matlab/Simulink中已搭建的整车模型为基础,采用多积分滑模的控制策略,建立驾驶员模型。该策略针对混合动力汽车不同的运行模式下的需求,分别建立积分滑模面,调节发动机和电动机的转矩,用Lyapunov稳定性分析方法证明了系统的稳定性。分析结果表明:多积分滑模策略能够跟踪目标车速,并有效的减少模式切换时的车速波动。     

并联混合动力客车模式切换过程控制研究

针对单轴并联混合动力客车结合离合器的模式切换,设计了发动机已启动和未启动时模式切换的控制策略.对于发动机未启动的模式切换,考虑离合器滑磨功和驾驶员需求,提出了在挡启动发动机和空挡启动发动机的控制策略.在转矩恢复时利用电机对发动机转矩进行补偿,考虑驾驶员需求、电池状态和整车控制策略,制定电机补偿发动机转矩的策略. 通过台架和实车试验验证了策略的可行性与优越性.      

改进滑模极值搜索控制在阻抗匹配的应用

针对等离子体隐身中机载小型化射频电源在阻抗匹配网络的匹配速度慢和匹配精度低的问题,提出了一种新的阻抗匹配优化算法.通过分析射频电路阻抗匹配过程提出优化目标函数,根据电路输出有功功率与匹配电容的特性曲线自寻优系统峰值,利用切换环节结合终端滑模控制设计了改进终端滑模极值搜索算法,得到L型匹配网络电容的优化值,获得射频源输出最大功率,并证明了该控制方法的稳定性.该方法在滑模极值寻优二三模式切换时设定阈值函数,并在滑模振荡阶段加入终端滑模面减小系统稳态误差,保证了系统稳态振荡幅值减小的基础上提高收敛速度,并降低系统计算复杂度.通过与传统滑模搜索进行对比,仿真和实验结果证明了该方法有效性.     

基于系统效率的PHEV动力与控制参数优化

针对搭载无级变速器的单电机插电式混合动力汽车,提出了一种新的动力参数与控制参数设计方法.建立插电式混合动力汽车各工作模式的系统效率模型,得到基于系统效率的工作模式切换规律,并对模式切换曲线乘以控制参数以实现模式切换规律的调整.充分考虑燃油经济性的影响因素,以动力源功率、电池数目以及主减速器速比作为动力系统设计参数.利用Matlab/Simulink建立整车经济性仿真模型,构建"城市-城郊-高速-城郊-城市"综合行驶工况,以降低等效燃油消耗为目标,采用遗传算法对插电式混合动力汽车动力系统参数与模式切换规律控制参数进行综合优化.结果表明:采用本文所提出的方法能够优化出一组合理的动力与控制系统参数,使整车等效燃油消耗更低,比优化前的百公里等效油耗降低了7.2%.     

压力脉冲测试系统滑模抗干扰控制方法

针对压力脉冲测试系统运用滑模控制在体积切换时抖振突出的问题,提出一种滑模抗干扰控制方法。采用奇异值摄动理论对压力脉冲测试系统进行降阶简化,方便控制器的设计以及应用。根据系统降阶模型,构建扩张状态观测器,用于估计系统中的不确定参数和工件体积切换等未知干扰,并将估计的干扰值作为前馈信号补偿给滑模控制器,从而减小干扰不确定上界,减小切换增益来达到抑制抖振的目的。通过选择合适的Lyapunov函数对所提控制方法的稳定性进行了推导证明,使用AMESim、Matlab/Simulink构建的联合仿真平台进行仿真分析,并通过压力脉冲测试台进行了实验验证。研究结果表明：在整体跟踪性能方向,传统滑模控制方法相较于PID方法提升了21.10%,而所提控制方法相较于PID方法提升了30.86%,所提控制方法可以有效估计与补偿未知干扰,实现更小切换增益的同时保持控制精度,在工件体积切换时有效抑制了滑模抖振,提高了系统的抗干扰能力。     

双起升桥吊双吊具互锁的自适应滑模同步控制

为解决双起升桥式吊车双吊具同步协调控制中普遍存在的内部参数扰动、外界干扰以及双吊具之间的耦合作用问题,提出了一种双吊具自适应滑模同步协调控制方法.在分析双吊具互锁工作模式运行特性的基础上,建立了双吊具互锁模式下的耦合动力学模型.通过时变滑模方法,实现了控制器在滑模趋近阶段的鲁棒性控制.采用自适应补偿技术,抑制了双吊具运行中存在的不确定扰动,并减小了时变滑模控制中切换函数的增益值.在切换函数设计中采用双极Sigmoid函数代替符号函数方法,明显降低了控制器的抖振现象.利用Lyapunov方法,证明了控制器的全局稳定性.数值仿真和实验结果表明,所提出的控制方法有效.
     

搭载回流式动力传动系统的PHEV参数优化

针对搭载回流式动力耦合传动系统的插电式混合动力汽车(PHEV,plug-in hybrid electric vehicle),提出了一种参数匹配优化设计方法。建立了整车各个模式下的等效输入功率模型,根据最小等效输入功率原则制定了各驱动模式间的切换规律,并设置控制参数系数对模式切换曲线进行调整。通过MATLAB/SIMULINK构建了整车经济性仿真模型,利用遗传算法对匹配的动力参数和控制参数系数进行了综合优化。仿真结果比较表明:此方法得到的一组参数能有效提升燃油经济性,百公里等效燃油消耗比优化前降低了4.8%。