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基于Cruise的PHEV动力总成集成控制研究论文

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基于Cruise的PHEV动力总成集成控制研究论文

0 引言

随着石油危机和传统汽车尾气排放给环境造成的污染日益严重，全球开始重点研发低排放、低消耗的HEV。由于追求低排放和低消耗，HEV动力总成电子控制单元和电子装置也不断增加，以控制某种局部功能为目标的各部件ECU，如发动机ECU、电动机ECU、蓄电池 ECU、动力耦合器 ECU 等相继得到研究。但动力总成系统作为一个机电大系统，其性能优劣不能仅体现在局部功能上，需要尽可能使汽车在某一工况下各种性能达到一定程度上的最优。因此，研究动力总成系统各部件之间的集成控制成为HEV电子控制系统的关键。

本研究以并联式混合动力汽车动力总成系统为主体，研究动力总成系统各部件ECU的集成控制，探索提高整车动力性和燃油经济性的控制策略与方法。

1 动力总成集成控制原理

动力总成集成控制系统主要包括：系统ECU、发动机 ECU、电动机 ECU、蓄电池 ECU、动力耦合器ECU。不同部件ECU具有不同的目标、知识和资源，并且能单独地对信息进行处理、分析并做出决策。而系统ECU能对具有不同目标、知识和资源的部件ECU的任务进行合理安排，使整个系统协调工作，最大程度地完成各自的目标，实现单个ECU不能完成的任务。即从总体上控制动力总成各部件的性能，优化PHEV动力总成系统，使PHEV动力总成匹配策略具有整体性，解决动力总成系统根据具体工况的自适应匹配问题。这种集成控制不是把各动力部件单独地相加，而是从整体上把握各动力部件的工作特性，做到各部件协调控制从而达到整体上的最优。

2 控制系统框架

如何将动力总成各部件ECU组织成一个群体使它们能有效地协调合作，提高车辆的燃油经济性和排放性能是笔者研究的关键。

集成控制系统包括多传感器系统、系统ECU及动力总成各部件ECU。多传感器系统负责采集车辆运行信息及动力总成各部件工作状况信息，并将其传递给系统ECU。系统ECU负责集成控制的决策和信息的处理和传递，具有最高的智能水平，其功能是根据多传感器系统采集的信息(如实时路况、驾驶员动作等)，对整个动力总成系统的运行状况做出评估并形成决策，对任务进行合理分配，协调各部件ECU的竞争和合作，从而达到整体控制效果的最优。动力总成各部件ECU在接收系统ECU综合调配的基础上，自主决定相应的'控制策略，尽量最优化控制子目标，并将控制的效果反馈给系统ECU，作为其评估和调配的参考。动力总成各部件主要执行各部件ECU交代的任务，最终完成工作模式的判别和动力的合理分配。

3 仿真模型构建

利用Simulink建立的动力总成集成控制系统顶层模型如图2所示。该模型由系统ECU模型、动力耦合器ECU模型、发动机ECU模型、电动机ECU模型和蓄电池ECU模型组成。

3.1 系统ECU模型

在整个动力总成集成控制系统中，系统ECU主要任务是判断汽车行驶模式、分析数据并对任务进行合理分配。

本研究建立的系统ECU模型如图3所示。在汽车行驶过程中系统ECU不断检测汽车的需求转矩和电池的SOC(State of Charge)。根据系统知识库的数据分析处理确定汽车处于哪种工作模式，并将信息传送给动力耦合器ECU，动力耦合器ECU根据汽车的工作模式信息确定发动机和电机的工作状态和动力输出。

3.2 动力耦合器ECU模型

本研究动力耦合器ECU接收系统ECU给出的工作模式信息，通过动力耦合器控制发动机和电机的动力输出，并为各动力部件分配动力。

3.3 发动机ECU模型

发动机是汽车动力总成的关键部件，笔者根据发动机特性，建立的发动机ECU模型如图5所示。发动机ECU以提高燃油经济性和改善排放性能为目标，使发动机尽量工作在最佳工作区，合理控制发动机的输出转矩和转速。

4 仿真分析

4.1 Cruise建模

为了验证集成控制在PHEV动力总成系统中的控制效果，本研究基于AVL List公司的Cruise软件对所设计的集成控制模型进行仿真校验。某型传统轿车的仿真参数如表1所示，以此为基础，在Cruise中建立的PHEV仿真模型如图9所示，其中包括发动机、ISG电机、电池、传动系统、行驶系统和控制系统等模块。本研究建好整车框架后加载子模块数据，与Matlab进行联合仿真。

4.2 结果分析

在Cruise环境的UDC循环工况下，本研究对软件自带的Hydrid1模型和集成控制模型进行了仿真模拟对比实验，获得的发动机工作点。

5 结束语

(1)本研究采用Matlab/Simulink与Cruise软件对PHEV动力总成进行了集成控制仿真建模，对比分析了控制效果，集成控制策略下的 PHEV 动力总成在UDC工况下能获得满意的动力性和经济性;

(2)仿真中，本研究从全局的角度考虑了多能源动力总成的匹配协调问题，将逻辑门限、状态图与运行模式有机结合，快速实现PHEV动力总成对不同状态切换的匹配协调，为HEV动力总成系统的集成控制研究提供了一种新的方法和途径。

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