基于模型的混合励磁增程器控制策略研究

摘要

近年来汽车行业发展迅猛，环境问题和能源问题也随之而来。为了缓解能源与环境问题，世界各国纷纷开展汽车行业转型，将目光投向新能源汽车。而纯电动汽车目前电池技术不成熟，难以推广。增程式电动汽车是在纯电动汽车的平台上匹配额外的一套增程器系统来延长续驶里程，增程式电动汽车被认为是从混合动力汽车向纯电动汽车进一步过渡的最理想车型。因此研究增程器系统的控制方法具有很重要的意义。本文基于混合励磁增程器系统，对增程器系统的控制方法展开研究，设计了一套完整的控制策略，通过基于模型的嵌入式开发方法对控制策略进行了实现，并通过试验验证了控制效果。 首先，本文介绍了混合励磁增程器系统的结构和工作原理以及相对一般永磁增程器的优势。设计了混合励磁增程器控制策略的总体架构。控制策略主要包含增程器工作状态控制模块、增程器运行工况点控制模块、串级控制算法模块以及故障诊断模块。增程器工作状态控制模块构成整个控制策略的基础，增程器运行工况点控制模块通过协调发动机转速和发电机功率输出从而将增程器运行工况点控制在最佳经济区，串级控制算法模块则通过基于PI控制器的串级控制算法实现对发电机功率/电压/电流的精确闭环控制，故障诊断模块设置了三级故障状态和对应的失效保护措施。 其次，在Simulink环境下实现了对增程器控制策略及算法的模型搭建。首先设计应用层模型的整体架构，并自上而下的顺序进行模型实现，逐一完成了各个功能模块的模型搭建。在模型搭建完成后对模型进行了验证并基于Embedded Coder工具生成C代码。基于dsPIC33FJ128MC708A芯片编写底层驱动程序，并基于C代码完成模型生成的代码和底层驱动的软件集成。基于MPLAB X IDE开发环境完成项目编译并通过ICD3调试工具下载到控制器芯片中。 最后，介绍了增程器试验台架的结构、试验工具CANoe和REC上位机搭建过程。基于试验台架进行了串级控制算法的参数整定，采用逐步逼近法结合临界比例度法达到了较好的整定效果。比较了串级控制算法和单回路控制算法的控制效果。完成了增程器系统的油耗负荷特性试验，根据实验结果确定了最佳经济运行区间和运行过程限制线，并且验证了增程器的实际运行曲线符合设计预期。设计了整车控制策略并进行了实车试验，在转毂试验台架上按照NEDC循环完成了试验过程，验证了增程器控制效果和整车控制策略。

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