CVT轻度混合动力汽车能量管理策略研究

机械无级变速器(CVT)速比连续可调,能够实现汽车动力传动系统的优化匹配,是汽车理想的变速器。在混合动力系统中使用CVT可以联合电机优化发动机工作点,提高发动机运行效率;在汽车制动过程可以优化电机的工作点,提高汽车再生制动能量回收的效能。因此CVT混合动力汽车的研究成为现代汽车研究中的一个重要方向。 本论文针对长安ISG型混合动力系统,结合CVT自身的特点,对CVT轻度混合动力系统的匹配与能量管理策略进行了研究,主要工作内容如下: ①根据汽车的行驶特性和动力学方程,给出了发动机最大功率、电机额定功率、蓄电池额定电压和CVT速比范围的确定方法,并以混合动力汽车油耗最小为目标函数,在车辆城市循环工况下进行了关键匹配参数的优化计算,使关键部件的参数匹配更加合理。 ②进行了关键部件性能测试实验,建立了发动机的转矩模型、油耗模型和效率模型;得到了ISG电机的转矩特性模型和效率模型;利用电池充放电特性实验测试结果,进行了理论推导,并建立了内阻模型和电动势模型,提出了理论计算的能量效率模型;为了进一步提高电池使用过程中的能量效率,进行了电池温度场的理论分析和仿真计算,设计了电池组冷却系统的一种新型结构;进行了CVT功率损失的理论分析,得到CVT的理论效率模型。以上工作为CVT混合动力系统效率分析奠定了基础。 ③建立了CVT轻度混合动力车辆各种工作模式下的动力学模型;分析并推导了混合动力汽车各种工作模式下的系统效率计算公式;综合考虑电池效率、CVT效率、电机效率和发动机效率,以系统效率最优为目标,建立了各种驱动工作模式下的系统效率的优化模型,获得了在不同驱动模式下系统效率最高的CVT目标控制速比模型与电机目标控制转矩模型;以电池回收能量最大为目标,建立了各种制动工况下的系统回收能量的优化模型,获得了在各种制动工况下电池回收能量最大的CVT目标控制速比模型与电机目标控制转矩模型。以上研究为CVT混合动力系统能量管理策略的制定奠定了理论基础。 ④建立了CVT轻度混合动力系统工作模式的切换策略和静态功率控制策略;提出了综合考虑整车油耗和电池寿命的系统动态效率最优能量管理策略,进行了循环工况仿真;并对现有的混合动力油耗评价方法进行了修正,使其更加接近车辆实际油耗。 ⑤搭建了CVT轻度混合动力传动系统试验台架;利用Matlab/Simulink仿真平台和dSPACE实时控制工具,开发了实时控制系统,分别对车辆怠速起停、驱动充电、驱动助力放电和再生制动工作模式的能量管理策略进行了实验测试;验证了本文所提出的系统动态效率最优能量管理策略。 作为混合动力系统的核心关键技术,能量管理策略在混合动力系统的知识产权中占有重要地位。本文研究对于提高我国混合动力汽车的研究开发水平和实现自主知识产权的混合动力汽车产业化具有重要意义。