混联式混合动力客车模式切换稳定性分析及失稳控制
发布时间：2021-12-23 12:04
混联式混合动力客车综合了串联式与并联式的优势,满足城市公交客车频繁启停和大功率驱动的需求,成为当前城市公交客车实现低油耗和低排放的最佳选择。混合动力客车进行模式切换时,动力传动部件运行状态发生突变,混合动力客车传动系统表现出复杂的动力学行为,影响模式切换稳定性。因此,本文以同轴混联式混合动力客车纯电动模式切换至混合驱动模式为例,探究了离合器这一关键执行元件接合过程对模式切换的影响,揭示了混合动力客车模式切换稳定性随关键运行参数的变化规律,并设计了相应的失稳控制方法。主要研究内容如下:首先,以某款同轴混联式混合动力客车为研究对象,分析了其动力传动系统的结构特征及工作模式,明晰了混合动力客车在不同工作模式下的能量流动规律,并建立了用于混合动力客车模式切换稳定性研究的数学模型。其次,基于LuGre摩擦模型推导了离合器滑摩状态下的传递转矩,建立了混合动力客车传动系统模式切换过程非线性动力学模型。利用Routh-Hurwitz定理和分岔理论探究了离合器转速差对混合动力客车传动系统模式切换过程稳定性的影响规律,确定了混合动力客车传动系统模式切换过程的运行稳定域。再次,考虑离合器接触与锁止引发的瞬态...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电磁参数下的幅频响应曲线
混联式混合动力客车模式切换稳定性分析及失稳控制4的变化会导致传动系统逐渐产生簇发振荡[23]。1.2.2混合驱动模式稳定性分析Zuo根据实际约束条件并结合发动机气缸压力重构模型和电机矢量控制模型，建立了并联式混合动力汽车传动系统多体动力学仿真模型。在转矩增强模式下，利用数值仿真详细分析了传动系统轴系动力学特性。仿真结果表明，发动机气缸压力变化是引起传动系统轴系振动的主要原因，且传动系统扭转振幅随着共振频率的增加而逐渐减小[24]。Hu考虑混合动力汽车传动系统运行过程中发动机激励、电磁激励和负载激励作用，以及激励频率与固有频率之间的量级差距，建立了混合动力汽车传动系统多时间尺度下的扭转振动数学模型，引入DeMoivre方程将传动系统振动模型中多变量进行统一处理，并应用分岔理论研究了平衡点的分岔特性。研究表明，Fold分岔可能导致传动系统轨迹产生跳跃现象以及簇发振荡。此外，传动系统的分岔特性可能会随激振频率和振幅的变化而变化，使簇发振荡的模式更加复杂[25]。于海生建立了行星排式混合动力汽车传动系统动力学模型，计算了发动机以及电机转矩激励作用下的传动系统固有频率以及强迫振型，并分析了混合驱动模式下影响传动系统扭振特性的主要因素。结果表明，传动系统低频振动主要集中在车身及车轮上，差速器、行星轮及减速器耦合振动以中高频振动为主。而轴系阻尼、刚度以及飞轮转动惯量的合理选取可以有效抑制传动系统的扭转振动，提高整车舒适性[26]。混合驱动模式下传动系统振型如图1.2所示。(a)1-4阶振型(b)5-8阶振型图1.2混合驱动模式下传动系统振型Fig.1.2Modeshapesofthetransmissionsysteminhybriddrivingmode
混联式混合动力客车模式切换稳定性分析及失稳控制6Li建立了电磁转矩扰动下串联式混合动力汽车发电机组扭转动力学模型，采用Melnikov方法研究了发动机转速及电磁转矩的失稳边界。研究发现，在转速跟随控制策略下，当转速超过5730rpm时，发电机组可能会产生较大的扭转角。在转矩跟随控制策略下，当电磁转矩超过530N·m时会导致扭转角的大幅无规则变化[32]。不同电磁转矩下的传动系统相轨迹和庞加莱截面如图1.3所示。图1.3不同电磁转矩下的相轨迹和庞加莱截面Fig.1.3PhasetraceandPoincaresectionsfordifferentelectromagnetictorque周晓蓉利用有限单元法建立了发动机-发电机轴系非线性机电耦合动力学模型，利用多尺度法研究了轴系共振条件及其耦合机理。研究结果表明，电磁参数激励是引发发动机-发电机系统轴系非线性参激振动的主要原因。同时在电磁参数激励、发动机气体爆发压力和往复惯性力联合作用下传动系统将产生参激振动和强迫振动相耦合的现象[33]。根据上述研究可以发现，学者们围绕混合动力汽车工作模式稳定性开展的研究工作大多数集中于某个特定的工作模式。在实际运行过程中由于运行工况复杂多变，混合动力汽车工作模式需要进行相应切换。此时，动力传动部件运行状态也会发生瞬时改变，混合动力汽车传动系统动力学特性会发生相应变化，影响混合动力汽车模式切换稳定性。因此，需要准确建立反映混合动力汽车模式切换动力学特性的数学模型，开展混合动力汽车模式切换稳定性演变过程的研究工作。1.3HEV模式切换控制研究现状1.3.1基于转矩估计的模式切换控制根据发动机动态响应时间远大于电机动态响应时间这一特点，基于发动机转
【参考文献】：
期刊论文
[1]含有LuGre摩擦并联机械臂的自适应控制[J]. 郭丁旭,姜乃晶,张舒,徐鉴. 动力学与控制学报. 2019(04)
[2]基于非线性Drive-shaft模型的车辆传动系统冲击响应[J]. 韩清振,何仁. 交通运输工程学报. 2019(01)
[3]Cr-Fe类型对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响[J]. 刘建秀,张驰,樊江磊,吴深,宋阳,贾德晋. 粉末冶金工业. 2019(01)
[4]行星式混合动力客车的模型预测动态协调控制[J]. 宋大凤,云千芮,杨南南,曾小华,王星琦. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[5]基于参考模型的复合功率分流系统模式切换中的转矩协调控制[J]. 赵治国,蒋蓝星,李蒙娜,王茂垚. 汽车工程. 2018(10)
[6]基于模型预测控制的混合动力汽车模式切换中的转矩协调控制策略[J]. 张渊博,王伟达,项昌乐,黄琨,马越,魏超,李子龙. 汽车工程. 2018(09)
[7]典型工况与工作模式下混联式混合传动系统振动分析[J]. 孟德建,陈文龙,张立军,余卓平. 同济大学学报(自然科学版). 2018(09)
[8]新能源汽车发展意义及技术路线研究[J]. 陈清泉,高金燕,何璇,沈斌. 中国工程科学. 2018(01)
[9]PHEV由纯电动向混合驱动模式切换协调控制设计[J]. 付主木,关玉雪,宋书中. 控制与决策. 2019(01)
[10]并联式混合动力汽车驱动模式切换协调控制方法[J]. 王伟华,王文楷,冯博,范永凯. 交通运输工程学报. 2017(02)
博士论文
[1]几类非线性动力系统的分岔与聚合行为研究[D]. 程利芳.北京交通大学 2018
[2]并联混合动力汽车模式切换动态协调控制与能量管理优化研究[D]. 田翔.江苏大学 2018
[3]几类动力系统的Hopf分岔控制与倍周期分岔反控制[D]. 张良.湖南大学 2017
[4]几类非线性动力系统的Hopf分岔研究[D]. 蔡萍.湖南大学 2015
[5]切换系统直接自适应控制方法的研究[D]. 王霞.东北大学 2015
[6]发动机—发电机系统轴系机电耦合动力学研究[D]. 周晓蓉.广西大学 2012
[7]混联式混合动力客车功率均衡能量管理控制策略研究[D]. 林歆悠.重庆大学 2011
[8]并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究[D]. 童毅.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于模型预测的PHEV模式切换动态协调控制[D]. 苏攀攀.河南科技大学 2019
[2]几类非线性系统的自适应控制研究[D]. 闫燕超.山东理工大学 2019
[3]同轴并联HEV模式切换过程动力传动转矩协调控制研究[D]. 杨猛.北京交通大学 2017
[4]搭载机电控制CVT混合动力汽车模式切换研究[D]. 谢佳佳.重庆理工大学 2015
[5]基于Advisor的同轴式混联混合动力客车动力系统仿真研究[D]. 裴东杰.郑州大学 2013
[6]混合动力客车动力系统匹配与控制策略研究[D]. 明振海.中北大学 2012
本文编号：3548446
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电磁参数下的幅频响应曲线
混联式混合动力客车模式切换稳定性分析及失稳控制4的变化会导致传动系统逐渐产生簇发振荡[23]。1.2.2混合驱动模式稳定性分析Zuo根据实际约束条件并结合发动机气缸压力重构模型和电机矢量控制模型，建立了并联式混合动力汽车传动系统多体动力学仿真模型。在转矩增强模式下，利用数值仿真详细分析了传动系统轴系动力学特性。仿真结果表明，发动机气缸压力变化是引起传动系统轴系振动的主要原因，且传动系统扭转振幅随着共振频率的增加而逐渐减小[24]。Hu考虑混合动力汽车传动系统运行过程中发动机激励、电磁激励和负载激励作用，以及激励频率与固有频率之间的量级差距，建立了混合动力汽车传动系统多时间尺度下的扭转振动数学模型，引入DeMoivre方程将传动系统振动模型中多变量进行统一处理，并应用分岔理论研究了平衡点的分岔特性。研究表明，Fold分岔可能导致传动系统轨迹产生跳跃现象以及簇发振荡。此外，传动系统的分岔特性可能会随激振频率和振幅的变化而变化，使簇发振荡的模式更加复杂[25]。于海生建立了行星排式混合动力汽车传动系统动力学模型，计算了发动机以及电机转矩激励作用下的传动系统固有频率以及强迫振型，并分析了混合驱动模式下影响传动系统扭振特性的主要因素。结果表明，传动系统低频振动主要集中在车身及车轮上，差速器、行星轮及减速器耦合振动以中高频振动为主。而轴系阻尼、刚度以及飞轮转动惯量的合理选取可以有效抑制传动系统的扭转振动，提高整车舒适性[26]。混合驱动模式下传动系统振型如图1.2所示。(a)1-4阶振型(b)5-8阶振型图1.2混合驱动模式下传动系统振型Fig.1.2Modeshapesofthetransmissionsysteminhybriddrivingmode
混联式混合动力客车模式切换稳定性分析及失稳控制6Li建立了电磁转矩扰动下串联式混合动力汽车发电机组扭转动力学模型，采用Melnikov方法研究了发动机转速及电磁转矩的失稳边界。研究发现，在转速跟随控制策略下，当转速超过5730rpm时，发电机组可能会产生较大的扭转角。在转矩跟随控制策略下，当电磁转矩超过530N·m时会导致扭转角的大幅无规则变化[32]。不同电磁转矩下的传动系统相轨迹和庞加莱截面如图1.3所示。图1.3不同电磁转矩下的相轨迹和庞加莱截面Fig.1.3PhasetraceandPoincaresectionsfordifferentelectromagnetictorque周晓蓉利用有限单元法建立了发动机-发电机轴系非线性机电耦合动力学模型，利用多尺度法研究了轴系共振条件及其耦合机理。研究结果表明，电磁参数激励是引发发动机-发电机系统轴系非线性参激振动的主要原因。同时在电磁参数激励、发动机气体爆发压力和往复惯性力联合作用下传动系统将产生参激振动和强迫振动相耦合的现象[33]。根据上述研究可以发现，学者们围绕混合动力汽车工作模式稳定性开展的研究工作大多数集中于某个特定的工作模式。在实际运行过程中由于运行工况复杂多变，混合动力汽车工作模式需要进行相应切换。此时，动力传动部件运行状态也会发生瞬时改变，混合动力汽车传动系统动力学特性会发生相应变化，影响混合动力汽车模式切换稳定性。因此，需要准确建立反映混合动力汽车模式切换动力学特性的数学模型，开展混合动力汽车模式切换稳定性演变过程的研究工作。1.3HEV模式切换控制研究现状1.3.1基于转矩估计的模式切换控制根据发动机动态响应时间远大于电机动态响应时间这一特点，基于发动机转
【参考文献】：
期刊论文
[1]含有LuGre摩擦并联机械臂的自适应控制[J]. 郭丁旭,姜乃晶,张舒,徐鉴. 动力学与控制学报. 2019(04)
[2]基于非线性Drive-shaft模型的车辆传动系统冲击响应[J]. 韩清振,何仁. 交通运输工程学报. 2019(01)
[3]Cr-Fe类型对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响[J]. 刘建秀,张驰,樊江磊,吴深,宋阳,贾德晋. 粉末冶金工业. 2019(01)
[4]行星式混合动力客车的模型预测动态协调控制[J]. 宋大凤,云千芮,杨南南,曾小华,王星琦. 哈尔滨工业大学学报. 2019(01)
[5]基于参考模型的复合功率分流系统模式切换中的转矩协调控制[J]. 赵治国,蒋蓝星,李蒙娜,王茂垚. 汽车工程. 2018(10)
[6]基于模型预测控制的混合动力汽车模式切换中的转矩协调控制策略[J]. 张渊博,王伟达,项昌乐,黄琨,马越,魏超,李子龙. 汽车工程. 2018(09)
[7]典型工况与工作模式下混联式混合传动系统振动分析[J]. 孟德建,陈文龙,张立军,余卓平. 同济大学学报(自然科学版). 2018(09)
[8]新能源汽车发展意义及技术路线研究[J]. 陈清泉,高金燕,何璇,沈斌. 中国工程科学. 2018(01)
[9]PHEV由纯电动向混合驱动模式切换协调控制设计[J]. 付主木,关玉雪,宋书中. 控制与决策. 2019(01)
[10]并联式混合动力汽车驱动模式切换协调控制方法[J]. 王伟华,王文楷,冯博,范永凯. 交通运输工程学报. 2017(02)
博士论文
[1]几类非线性动力系统的分岔与聚合行为研究[D]. 程利芳.北京交通大学 2018
[2]并联混合动力汽车模式切换动态协调控制与能量管理优化研究[D]. 田翔.江苏大学 2018
[3]几类动力系统的Hopf分岔控制与倍周期分岔反控制[D]. 张良.湖南大学 2017
[4]几类非线性动力系统的Hopf分岔研究[D]. 蔡萍.湖南大学 2015
[5]切换系统直接自适应控制方法的研究[D]. 王霞.东北大学 2015
[6]发动机—发电机系统轴系机电耦合动力学研究[D]. 周晓蓉.广西大学 2012
[7]混联式混合动力客车功率均衡能量管理控制策略研究[D]. 林歆悠.重庆大学 2011
[8]并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究[D]. 童毅.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于模型预测的PHEV模式切换动态协调控制[D]. 苏攀攀.河南科技大学 2019
[2]几类非线性系统的自适应控制研究[D]. 闫燕超.山东理工大学 2019
[3]同轴并联HEV模式切换过程动力传动转矩协调控制研究[D]. 杨猛.北京交通大学 2017
[4]搭载机电控制CVT混合动力汽车模式切换研究[D]. 谢佳佳.重庆理工大学 2015
[5]基于Advisor的同轴式混联混合动力客车动力系统仿真研究[D]. 裴东杰.郑州大学 2013
[6]混合动力客车动力系统匹配与控制策略研究[D]. 明振海.中北大学 2012
本文编号：3548446
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