基于Cruise的PHEV動(dòng)力總成集成控制研究論文
0 引 言
隨著(zhù)石油危機和傳統汽車(chē)尾氣排放給環(huán)境造成的污染日益嚴重，全球開(kāi)始重點(diǎn)研發(fā)低排放、低消耗的HEV。由于追求低排放和低消耗，HEV動(dòng)力總成電子控制單元和電子裝置也不斷增加，以控制某種局部功能為目標的各部件ECU，如發(fā)動(dòng)機ECU、電動(dòng)機ECU、蓄電池 ECU、動(dòng)力耦合器 ECU 等相繼得到研究。但動(dòng)力總成系統作為一個(gè)機電大系統，其性能優(yōu)劣不能僅體現在局部功能上，需要盡可能使汽車(chē)在某一工況下各種性能達到一定程度上的最優(yōu)。因此，研究動(dòng)力總成系統各部件之間的集成控制成為HEV電子控制系統的關(guān)鍵。
本研究以并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力總成系統為主體，研究動(dòng)力總成系統各部件ECU的集成控制，探索提高整車(chē)動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟性的控制策略與方法。
1 動(dòng)力總成集成控制原理
動(dòng)力總成集成控制系統主要包括：系統ECU、發(fā)動(dòng)機 ECU、電動(dòng)機 ECU、蓄電池 ECU、動(dòng)力耦合器ECU。不同部件ECU具有不同的目標、知識和資源，并且能單獨地對信息進(jìn)行處理、分析并做出決策。而系統ECU能對具有不同目標、知識和資源的部件ECU的任務(wù)進(jìn)行合理安排，使整個(gè)系統協(xié)調工作，最大程度地完成各自的目標，實(shí)現單個(gè)ECU不能完成的任務(wù)。即從總體上控制動(dòng)力總成各部件的性能，優(yōu)化PHEV動(dòng)力總成系統，使PHEV動(dòng)力總成匹配策略具有整體性，解決動(dòng)力總成系統根據具體工況的自適應匹配問(wèn)題。這種集成控制不是把各動(dòng)力部件單獨地相加，而是從整體上把握各動(dòng)力部件的工作特性，做到各部件協(xié)調控制從而達到整體上的最優(yōu)。
2 控制系統框架
如何將動(dòng)力總成各部件ECU組織成一個(gè)群體使它們能有效地協(xié)調合作，提高車(chē)輛的燃油經(jīng)濟性和排放性能是筆者研究的關(guān)鍵。
集成控制系統包括多傳感器系統、系統ECU及動(dòng)力總成各部件ECU。多傳感器系統負責采集車(chē)輛運行信息及動(dòng)力總成各部件工作狀況信息，并將其傳遞給系統ECU。系統ECU負責集成控制的決策和信息的處理和傳遞，具有最高的智能水平，其功能是根據多傳感器系統采集的信息(如實(shí)時(shí)路況、駕駛員動(dòng)作等)，對整個(gè)動(dòng)力總成系統的運行狀況做出評估并形成決策，對任務(wù)進(jìn)行合理分配，協(xié)調各部件ECU的競爭和合作，從而達到整體控制效果的最優(yōu)。動(dòng)力總成各部件ECU在接收系統ECU綜合調配的基礎上，自主決定相應的'控制策略，盡量最優(yōu)化控制子目標，并將控制的效果反饋給系統ECU，作為其評估和調配的參考。動(dòng)力總成各部件主要執行各部件ECU交代的任務(wù)，最終完成工作模式的判別和動(dòng)力的合理分配。
3 仿真模型構建
利用Simulink建立的動(dòng)力總成集成控制系統頂層模型如圖2所示。該模型由系統ECU模型、動(dòng)力耦合器ECU模型、發(fā)動(dòng)機ECU模型、電動(dòng)機ECU模型和蓄電池ECU模型組成。
3.1 系統ECU模型
在整個(gè)動(dòng)力總成集成控制系統中，系統ECU主要任務(wù)是判斷汽車(chē)行駛模式、分析數據并對任務(wù)進(jìn)行合理分配。
本研究建立的系統ECU模型如圖3所示。在汽車(chē)行駛過(guò)程中系統ECU不斷檢測汽車(chē)的需求轉矩和電池的SOC(State of Charge)。根據系統知識庫的數據分析處理確定汽車(chē)處于哪種工作模式，并將信息傳送給動(dòng)力耦合器ECU，動(dòng)力耦合器ECU根據汽車(chē)的工作模式信息確定發(fā)動(dòng)機和電機的工作狀態(tài)和動(dòng)力輸出。
3.2 動(dòng)力耦合器ECU模型
本研究動(dòng)力耦合器ECU接收系統ECU給出的工作模式信息，通過(guò)動(dòng)力耦合器控制發(fā)動(dòng)機和電機的動(dòng)力輸出，并為各動(dòng)力部件分配動(dòng)力。
3.3 發(fā)動(dòng)機ECU模型
發(fā)動(dòng)機是汽車(chē)動(dòng)力總成的關(guān)鍵部件，筆者根據發(fā)動(dòng)機特性，建立的發(fā)動(dòng)機ECU模型如圖5所示。發(fā)動(dòng)機ECU以提高燃油經(jīng)濟性和改善排放性能為目標，使發(fā)動(dòng)機盡量工作在最佳工作區，合理控制發(fā)動(dòng)機的輸出轉矩和轉速。
4 仿真分析
4.1 Cruise建模
為了驗證集成控制在PHEV動(dòng)力總成系統中的控制效果，本研究基于A(yíng)VL List公司的Cruise軟件對所設計的集成控制模型進(jìn)行仿真校驗。某型傳統轎車(chē)的仿真參數如表1所示，以此為基礎，在Cruise中建立的PHEV仿真模型如圖9所示，其中包括發(fā)動(dòng)機、ISG電機、電池、傳動(dòng)系統、行駛系統和控制系統等模塊。本研究建好整車(chē)框架后加載子模塊數據，與Matlab進(jìn)行聯(lián)合仿真。
4.2 結果分析
在Cruise環(huán)境的UDC循環(huán)工況下，本研究對軟件自帶的Hydrid1模型和集成控制模型進(jìn)行了仿真模擬對比實(shí)驗，獲得的發(fā)動(dòng)機工作點(diǎn)。
5 結束語(yǔ)
(1)本研究采用Matlab/Simulink與Cruise軟件對PHEV動(dòng)力總成進(jìn)行了集成控制仿真建模，對比分析了控制效果，集成控制策略下的 PHEV 動(dòng)力總成在UDC工況下能獲得滿(mǎn)意的動(dòng)力性和經(jīng)濟性;
(2)仿真中，本研究從全局的角度考慮了多能源動(dòng)力總成的匹配協(xié)調問(wèn)題，將邏輯門(mén)限、狀態(tài)圖與運行模式有機結合，快速實(shí)現PHEV動(dòng)力總成對不同狀態(tài)切換的匹配協(xié)調，為HEV動(dòng)力總成系統的集成控制研究提供了一種新的方法和途徑。
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