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并联混合动力电动汽车启动过程中的齿轮转向控制策略
Jun Xu, Yuxiang Li, Zhiqiang Gu, Gangyan Li and Jian Hu
摘要：混合动力汽车整体控制策略的目的是通过提高燃油经济性和减少尾气排放来协调各子系统的运行。在高层, 监督控制问题被认为是权力管理问题。在早期的研究中, 为解决以发动机和电机为驱动源的齿轮换挡问题, 提出了许多监控策略。针对以超级电容器为储能的并联混合动力电动车, 车辆只能在频繁启动和停止行驶条件下由电机驱动。为了提高燃油经济性, 可以在动态规划的基础上, 推导出混合动力电动车在正常行驶条件下的全局启动控制策略。在试验台上实现了所获得的控制律和基于规则的控制策略。根据UDDS、NEDC和HWFET 标准驱动周期的测试结果表明了该系统的有效性。
关键词：齿轮移位控制策略;混合动力电动卡车 AMT·动态编程
1导语
在并联混合动力电动汽车的情况下, 有两个主要的驱动源单独或共同提供驱动扭矩。一个来自永磁同步电机(PMSM), 另一个来自内燃机。由于CVT或 AT 将导致大量的功率损耗, 平行电动混合动力卡车主要配备了 AMT [1]。
并联电动混合动力卡车内的AMT单元采用传统的多速传动方式, 通过气动或液压执行器驱动的操作换档杠杆和离合器实现变速箱。
换挡控制策略是变速器控制中最重要的考虑因素之一。在最近关于这个主题的调查中, 他们大多集中在如何通过控制离合器来提高车辆换挡性能 [2]。以超级电容器为储能的并联混合动力电动车为储能, 在启动过程中采用纯电动驱动方式驱动车辆, 这意味着发动机与传动系统分离, 以减少排放, 提高排放能源利用效率。
本文提出了一种优化的 AMT并联混合动力电动卡车换挡控制策略。为了提高燃油经济性和减少排放, 在频繁启动和停止驾驶的条件下, 考虑了纯电动驾驶模式。由于超级电容器拥有高功率容量, 柴油发动机预计只能在稳定运行状态下驾驶车辆。通过基于动态规划的迭代计算, 可以推导出混合动力电动车在正常行驶条件下的全局启动控制策略。
2混合动力卡车传动系统
图1显示了平行混合动力电动车的框架。传动系统主要由柴油发动机、AMT、超级电容器、逆变器、永磁同步电机和空气过油制动装置组成。
采用 AMT 传递永磁同步电机和内合成发动机的扭矩。换挡过程由气动执行器、换档杆、电磁传感器和离合器实现。如图2所示, 显示了部分气动电路, 用于为 AMT 和电机离合器提供 0.6–0.9 MPa[3] 的压缩空气。
图1 用于并联混合动力传动系统的框架
图2 AMT装置的气动电路
3齿轮转向控制策略
假设驱动轴没有弹性变形, 车轮转速 xw和驱动扭矩Tdr可以描述为 (1) 和 (2)。
其中xm [rad/s] 表示电机转速, 而ir, imr, ig分别表示电机减速机、主减速机和 AMT 的齿轮比。Tm [Nm] 是电机扭矩。
采用经典方程来描述驱动时的阻力矩。
其中 m [Kg] 表示整车的质量, Cd表示空气阻力系数, A [m2]表示正面面积, V [km/h] 表示车辆速度, f 表示滚动阻力系数, h 表示道路坡度角。
(ig(k), Tm(k))被选择为输入 u(k), x(k) 被用来表示系统状态。推导状态传输函数为 (4)
图3
在纯电动驾驶模式下, 车辆Pdem 消耗的功率可以描述为 (5)。
其中eta;(Tm,xm) 代表了永磁同步电机的效率。图1显示了eta;、Tm 和xm之间的关系。
在车辆启动过程中, 功耗、实际车速与预期速度的差异是最关心的因素。因此, 目标函数可以描述为(6).
其中 q 表示权重系数。如果对权力消耗给予更多关注, q 的分配将具有更大的价值。另一方面, 如果更多关注速度差, q 的分配将以较小的值。
给出了在不同值为5.5、3.5、2.5 和1.0 的情况下, 离合器位置和功耗的比较结果。超级电容器的电容为 1500 f, 在 24 v 的工作电压下, 它所能提供的总电能为0.583千瓦小时。因此, 可以推导出启动过程完成后留下的电能。
案例 1:q = 5.5。在10秒的启动过程中, 总功耗为 0.95 kwh。在这一过程完成后, 剩余的电能占总能量的63.7%。仿真结果如图所示。 4.
案例 2:q = 3.5。在10秒的启动过程中消耗的总功率为0.106 千瓦时。在这一过程完成后, 剩余的电能占总能量的61.7%。仿真结果如图所示。 5.
案例 3:q = 2.5。在10秒的启动过程中消耗的总功率为0.111-wh。在这一过程完成后, 剩余的电能占总能量的61.1%。仿真结果如图所示。 6.
案例 4:q = 1.0。在10秒的启动过程中消耗的总功率为0.114kwh。在这一过程完成后, 剩余的电能占总能量的60.5%。仿真结果如图所示。 7.
表1总结了离合器位置和功耗的分析结果。在换挡全局优化的基础上推导出了结果
图4 仿真结果（）
图5 仿真结果（）
图6 仿真结果（）
图7 仿真结果（）
表1 离合器位置和功耗分析结果
在启动过程中的控制策略。从而为变速箱控制策略的研究提供了很好的参考。
3实验结果
为了进一步验证 AMT 并联混合动力电动汽车齿轮换档控制策略的性能, 根据UDDS、NEDC和 HWFET [4, 5] 在模拟行驶周期下进行了台架试验。如图8所示, 试验台在纯电动驱动模式下运行, 离合器与发动机分离。
在10秒后启动过程中, 将所需的车辆速度曲线设置为参考值。通过分别采用基于规则的换挡控制策略和提出的换挡控制策略, 比较结果见表2.
表2换挡控制策略的试验结果 [千瓦时]
|
图8试验台的外观 Driving cycle |
基于规则的控制策略 |
Proposed control strategy |
|
UDDS |
0.178 |
0.143 |
|
NEDC |
0.214 |
0.167 |
|
HWFET |
0.187 |
0.159 |
结论
在基于 UDDS、EDC 和 HWFET 的模拟驾驶周期下, 功耗分别降低19.6%、21.9% 和14.9%。
由于换挡控制策略与启动过程中的燃油经济性直接相关, 在全局优化的基础上寻求控制策略非常重要。为了提高换挡质量, 本文根据重量系数 q 提出了几种换挡策略。通过采用电控 AMT, 驾驶员可以在传动系统效率方面实现最佳换挡。在基于动力的模式下进行的实验和试验结果表明, 提出的控制策略对于提高并联混合动力汽车的燃油经济性是有效的。
本项目由湖北科技厅 '商用车车载网络控制系统综合性能测试装置开发 (2015bce081)' 配套。
参考文献
- Chouten N, Salman M, Kheir N. Fuzzy logic controller for parallel hybrid vehicles. IEEE Trans Control Syst Technol. 2002;10:460–8.
- Lin CC, Peng H, Grizzle JW, Kang J. Power management strategy for a parallel hybrid electric truck. IEEE Trans Control Syst Technol. 2003;11:839–49.
- Lin CC, Peng H, Grizzle JW, Liu J, Busdiecker M. Control system development of an advanced-technology medium-duty hybrid electric truck. In: SAE Paper 2003–01-3369; 2003.
- Paganelli G, Ercole G, Brahma A, Guezennec Y, Rizzoni G. General supervisory control policy for the energy optimization of charge-sustaining hybrid electric vehicles. JSAE Rev. 2001;22:511–8.
- Kolmanovsky I, Siverguina I, Lygoe B. Optimization of powertrain operation policy for feasibility assessment and calibration: stochastic dynamic programming approach. In: American control conference, Anchorage, Alaska; 2002.
气动制动车横向稳定控制的研究
QIN Tao,LI Gangyan
武汉理工大学机电工程学院 中国 武汉
电子邮箱: qintao05@hotmail.com
摘 要：车辆的侧向稳定性直接关系到车辆的安全,气动制动系统的动态特性直接影响车辆的横
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资料编号：[2442]
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