基于复合结构感应电机的混合动力车能量管理及模式切换协调控制策略研究

This project focuses on the energy management and coordinated mode switching control strategies in the hybrid electric vehicle(HEV)based on a compound-structure induction machine(CSIM). CSIM is a device based on the electromagnetic principle, which can realize speed distribution, torque distribution and electromechanical energy conversion. The series-parallel HEV is composed of ICE, CSIM and energy storing device with the reasonable parameters matching, which can achieve the functions of continuously variable transmission, force compensation, braking energy feedback, starter and generator. By theoretical analysis, simulation and experiment tests, control theory of this new structure HEV will be studied, and the accuracy and practical simulation model will be built. The parameters matching principle is analyzed, and the energy management strategy of this new structure HEV should be developed owning independent intellectual property. Based on the electric drive control theory and vehicle control theory, the torque control method of CSIM is proposed for improving the dynamic response and control precision, and the electromechanical coupling mechanism in HEV is explored. The proposed coordinated control strategy will enhance the dynamic performance of vehicle and driving comfort. The research of this project has very important application value, and it will be very helpful for expanding electromechanical energy conversion theory.

本项目研究基于复合结构感应电机的混合动力车能量管理与模式切换协调控制策略。复合结构感应电机是一种基于电磁原理实现转速和转矩分配以及机电能量转换的装置，通过与发动机、储能装置进行合理参数匹配，构成一套完整的混联式混合动力系统，能够实现无级变速、动力补偿、制动能量回馈、起动机和发电机等多种功能。本课题将通过理论分析，仿真计算与系统实验，研究这种新型结构混合动力车的控制理论，建立其准确而实用的仿真模型，分析各动力总成间的参数匹配方法，提出具有自主知识产权的新型混合动力车能量管理策略。将电驱动控制理论与整车控制方法相结合，研究提高复合结构感应电机转矩控制的动态响应和控制精度的方法，探索混合动力车中机电耦合机理，实现混合动力车内各动力总成间协调控制，提高车辆的动力性能和动力输出的平顺性。本项目的研究不仅具有非常重要的实际应用价值，而且对丰富机电能量转换理论也具有重要的理论意义。

复合结构感应电机作为一种新型结构的机电能量转换装置，非常适合应用在机电能量变换形式繁多的混合动力系统中作为动力分离装置，具有广阔的应用前景。课题首先分析了复合结构感应电机内部的电磁耦合，提出解耦设计方案，为后续研究奠定基础。采用能量宏观表达法建立了新型混合动力车的仿真模型，并分析各动力总成间的参数匹配方法，提出了复合结构感应电机中内、外电机的设计指标。接下来，分析了基于复合结构感应电机的混合动力系统的工作模式，采用分层控制体系提出了基于规则控制的能量管理策略和工作模式切换规则，分配内燃机和复合结构感应电机的动力输出。分别基于开关控制策略和功率跟随策略设计了复合结构感应电机的传动比，并采用模糊控制策略分配内燃机和复合结构感应电机的输出转矩。同时，提出了一种基于瞬时优化的功率分配策略，并通过顺向动态规划进行优化算法的实现。最后，分析了基于复合结构感应电机的混合动力系统在工作模式切换过程中的动态控制问题，建立了复合结构感应电机中内、外电机在控制中的联系，提出了一种基于目标车速闭环，采用内电机实时转矩辨识和外电机补偿内燃机转矩输出的动态协调控制策略，提高车辆的动力性和平顺性。本项目的研究不仅具有非常重要的实际应用价值，而且对丰富机电能量转换理论也具有重要的理论意义。