ISG速度多段耦合混合动力传动系统物理仿真及综合换挡控制策略研究

以丰田Prius 为代表的ECVT混合动力系统变革了传统的变速箱概念，电机功率可以做得较大，工况较多，发动机和电机易于控制在高效区工作，其动力耦合及传动装置对整车性能的提高有重要的影响作用。申请者鉴于常规混联系统有两套电机，价格较贵，而常规ISG 并联混合动力传动系统中电机与发动机直接连接，影响了再生制动能量的回收，也难以柔性调节发动机工作点的现状，开展采用行星排速度耦合并集成AMT自动变速的混合动力传动系统。研究速度耦合传动参数的设计方法，研究速度耦合混合动力系统工作模式下及切换条件，研究速度耦合的控制特性和能量管理方法，通过合理设计传动参数，开发合理的系统控制算法，并在研制ISG速度耦合混合动力传动示范系统的基础上，通过硬件在回路仿真和匹配，验证和总结速度耦合混合动力传动的系统设计分析方法和匹配控制策略。本项目共性的基础性研究工作可为我国速度耦合混合动力传动系统的自主研发提供借鉴。

本研究以项目组已授权美国专利的独特单电机速度耦合混合动力系统为研究对象，研究了该ISG速度多段耦合混合动力传动系统的工作模式及能量管理策略，按照基金要求，圆满完成了基金的研究要求，发表了SCI论文2篇，EI论文9篇，其他论文6篇，录用论文3篇，授权发明专利3项，申请美国及欧洲专利1项，取得的成果和进展有：.1）分析了该新型行星耦合混合动力汽车动力传动系统的工作模式、参数匹配及其动力传递路线和在各工作模式下的耦合特性，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。仿真分析和台架试验结果表明，模式切换过程中的扭矩波动显著减小，混合动力系统节能效果显著；.2）综合考虑发动机、ISG 电机和动力电池组以及传动系统效率，提出了基于系统效率最优的整车控制策略，仿真结果表明，采用该控制策略能使整车动力性与燃油经济性较传统车明显提高．为了获得全局最优的能量管理策略，利用动态规划方法，设计了以发动机节气门开度和电机转矩为控制变量，以发动机转速和电池SOC等为状态变量，以整个循环发动机燃油消耗最低为目标函数，电池SOC维持平衡和限制频繁换挡为附加代价函数的动态规划算法。为了在实际系统中利用DP的优化思想实施控制，通过对ISG型速度耦合混合动力系统在目标循环工况下进行性能全局优化的控制结果分析，提取设计参数，拟定模糊控制规则，设计了相应的模糊控制器。通过仿真对动态规划算法和模糊控制策略的控制效果进行对比，结果表明，所设计的模糊控制策略达到了预期的效果，设计方法合理有效。.3）在图论的基础上增加了混合动力系统的构件层，建立了行星耦合混合动力传动系统的图论模型。采用行星耦合机构邻接矩阵和构件邻接矩阵的组合来描述图论模型，并根据邻接矩阵输出编码来判断传动系统的同构方案。在考虑行星耦合机构和各构件的转动惯量的基础上，基于图论模型分别以单排行星耦合机构传动系统开展了运动学和动力学分析，建立混合动力系统的运动学和动力学矩阵。采用穷举法运用基于动态规划的全局最优控制策略进行仿真运算，根据燃油经济性确定构型。并分析了行星耦合机构的特征参数和主减速器速比对整车性能的影响。