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汽车轮毂液压混合动力系统关键技术

作者: 曾小华著

出版社: 化学工业出版社

出版时间: 2020-02

版次: 1

ISBN: 9787122352620

定价: 98.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 工程技术

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《汽车轮毂液压混合动力系统关键技术》结合重型商用车高效化和提升工况适应性的实际需求，提出了一整套轮毂液压混合动力系统关键控制技术。首先，从系统构型开始，详细介绍了关键部件的结构及其原理，并阐明了轮毂液压混合动力系统基本工作模式；然后，从车辆动力学、液压传动原理、热力学理论出发，进行了系统动态仿真建模，为控制策略开发做好铺垫；同时，基于理论分析总结了一套能耗分析方法，探究各油耗影响因素对系统节能品质的贡献机理；进一步结合全局优化算法开发了多模式能量管理策略和驱动力协调与非线性集成控制策略，是实现车辆高通过性、强动力性、低油耗的关键环节；最后，介绍了试验平台开发和测试验证内容，最终实现了完整的闭环开发流程。总体上本书具备较强的综合性，为轮毂液压混合动力系统在重型商用车的实际应用与推广奠定了理论基础，也为提升我国新型重型商用车的产品竞争力提供了重要保证。曾小华，吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，教授，博士生导师。主要研究领域：节能与新能量汽车关键技术的研究，主要包括油电混合动力汽车、液压混合动力汽车的驱动理论、设计方法与控制技术。1999年开始并一直进行节能与新能源汽车技术开发，已发表论文50余篇，为多家国内外核心期刊论文评审专家；申请专利10余项，已获授权发明专利7项。负责与参加20余项国家“863”项目、自然基金项目，省部级重点、重大项目以及龙头整车企业项目。积累了丰富的节能与新能源汽车技术开发经验和成果。第1章　绪论 1

　1.1　行业发展背景 1

　1.2　液压混合动力系统 3

　　1.2.1　静液压驱动形式 3

　　1.2.2　系统构型 5

　　1.2.3　液压混合动力技术的发展概况 8

　1.3　轮毂液压混合动力系统 10

　　1.3.1　轮毂液压混合动力系统国外产品现状 10

　　1.3.2　轮毂液压混合动力系统国内研究现状 13

　1.4　轮毂液压混合动力系统关键技术 14

　　1.4.1　能量管理控制策略 14

　　1.4.2　驱动力协调控制技术 17

　　1.4.3　非线性控制技术 19

　　1.4.4　温度补偿控制技术 21

　本章小结 24

第2章　轮毂液压混合动力系统概述 25

　2.1　系统构型方案 25

　　2.1.1　轮毂液压混合动力系统构型 25

　　2.1.2　轮毂液压混合动力系统的优势 27

　2.2　液压关键部件结构及原理 28

　　2.2.1　液压变量泵 28

　　2.2.2　轮毂液压马达 29

　2.3　系统基本参数 29

　2.4　基本工作模式 30

　　2.4.1　液压传动回路 30

　　2.4.2　基本工作模式 31

　本章小结 36

第3章　轮毂液压混合动力系统建模 37

　3.1　机械系统动力学模型 37

　　3.1.1　整车动力学模型 37

　　3.1.2　发动机模型 41

　　3.1.3　离合器和变速器模型 42

　　3.1.4　轮胎模型 43

　　3.1.5　制动器模型 44

　3.2　液压系统动力学模型 47

　　3.2.1　常规液压系统模型 47

　　3.2.2　液压系统热力学模型 64

　3.3　轮毂液压系统集成建模与仿真验证 77

　　3.3.1　系统仿真平台简介 77

　　3.3.2　常规液压系统集成模型仿真验证 80

　　3.3.3　液压热力学模型集成仿真验证 90

　本章小结 93

第4章　轮毂液压混合动力系统能耗分析方法 95

　4.1　基于能量的系统理论油耗计算模型 96

　　4.1.1　轮毂液压混合动力系统内部能量流分析 96

　　4.1.2　平均综合传动效率定义 98

　　4.1.3　理论油耗计算模型 99

　4.2　基于理论油耗模型的节油贡献率分析 100

　　4.2.1　理论综合油耗增量计算模型 101

　　4.2.2　节油量与节油贡献率定义 101

　4.3　理论油耗计算模型仿真验证 102

　　4.3.1　基本控制策略 102

　　4.3.2　仿真工况选择 104

　　4.3.3　理论油耗仿真计算结果 105

　4.4　轮毂液压混合动力系统油耗影响因素讨论 106

　　4.4.1　再生制动能量回收节油贡献率 106

　　4.4.2　发动机平均燃油消耗率节油贡献率 109

　　4.4.3　平均综合传动效率节油贡献率 111

　　4.4.4　理论油耗影响因素分析小结 113

　本章小结 114

第5章　轮毂液压混合动力系统全局优化算法 115

　5.1　全局优化算法基本原理 115

　5.2　轮毂液压混合动力系统全局优化算法 118

　　5.2.1　基于车速-蓄能器SOC 自适应的等效燃油消耗因子计算 118

　　5.2.2　基于系统多模式特性的全局优化改进算法 122

　5.3　全局优化算法计算结果 125

　　5.3.1　全局优化算法计算结果 126

　　5.3.2　基于能量计算模型的全局优化算法结果 129

　本章小结 132

第6章　多模式能量管理控制策略 133

　6.1　辅助驱动和再生制动控制策略 133

　　6.1.1　辅助驱动控制 133

　　6.1.2　再生制动控制 144

　6.2　多模式泵排量控制算法 149

　　6.2.1　基于综合效率最优的蠕行模式泵排量控制 149

　　6.2.2　基于最优驱动力分配的闭式回路泵助力模式泵排量控制 153

　　6.2.3　基于最优控制规则提取的主动充能模式泵排量控制 157

　6.3　温度补偿控制算法 158

　　6.3.1　蠕行模式温度补偿策略 158

　　6.3.2　助力模式温度补偿策略 161

　　6.3.3　极限状态温度补偿控制策略 164

　本章小结 166

第7章　驱动力协调与非线性集成控制策略 168

　7.1　驱动力动态协调与非线性集成控制架构 168

　7.2　基于模型预测控制的驱动力协调控制器 169

　　7.2.1　面向控制器设计的轮毂液压混合动力系统模型 171

　　7.2.2　预测模型 172

　　7.2.3　约束优化 174

　7.3　基于Lyapunov稳定性的泵排量非线性控制 177

　　7.3.1　液压系统非线性控制问题 177

　　7.3.2　面向控制器设计的泵排量控制执行机构模型 177

　　7.3.3　基于Lyapunov稳定性的非线性控制器设计 178

　　7.3.4　名义仿真工况验证 180

　7.4　仿真验证 181

　　7.4.1　低附着路面工况仿真结果 181

　　7.4.2　高附着路面工况仿真结果 184

　　7.4.3　非线性动态协调控制器性能评价 186

　本章小结 187

第8章　轮毂液压混合动力系统试验平台 188

　8.1　HIL仿真测试 188

　　8.1.1　HIL仿真平台 188

　　8.1.2　HIL仿真测试 190

　8.2　台架试验测试 194

　　8.2.1　测试方案 194

　　8.2.2　测试设置 195

　　8.2.3　试验内容 196

　8.3　实车试验测试 200

　　8.3.1　试验样车搭建 200

　　8.3.2　实车试验测试 201

　本章小结 207

参考文献 208
内容简介:
《汽车轮毂液压混合动力系统关键技术》结合重型商用车高效化和提升工况适应性的实际需求，提出了一整套轮毂液压混合动力系统关键控制技术。首先，从系统构型开始，详细介绍了关键部件的结构及其原理，并阐明了轮毂液压混合动力系统基本工作模式；然后，从车辆动力学、液压传动原理、热力学理论出发，进行了系统动态仿真建模，为控制策略开发做好铺垫；同时，基于理论分析总结了一套能耗分析方法，探究各油耗影响因素对系统节能品质的贡献机理；进一步结合全局优化算法开发了多模式能量管理策略和驱动力协调与非线性集成控制策略，是实现车辆高通过性、强动力性、低油耗的关键环节；最后，介绍了试验平台开发和测试验证内容，最终实现了完整的闭环开发流程。总体上本书具备较强的综合性，为轮毂液压混合动力系统在重型商用车的实际应用与推广奠定了理论基础，也为提升我国新型重型商用车的产品竞争力提供了重要保证。
作者简介:
曾小华，吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，教授，博士生导师。主要研究领域：节能与新能量汽车关键技术的研究，主要包括油电混合动力汽车、液压混合动力汽车的驱动理论、设计方法与控制技术。1999年开始并一直进行节能与新能源汽车技术开发，已发表论文50余篇，为多家国内外核心期刊论文评审专家；申请专利10余项，已获授权发明专利7项。负责与参加20余项国家“863”项目、自然基金项目，省部级重点、重大项目以及龙头整车企业项目。积累了丰富的节能与新能源汽车技术开发经验和成果。
目录:
第1章　绪论 1

　1.1　行业发展背景 1

　1.2　液压混合动力系统 3

　　1.2.1　静液压驱动形式 3

　　1.2.2　系统构型 5

　　1.2.3　液压混合动力技术的发展概况 8

　1.3　轮毂液压混合动力系统 10

　　1.3.1　轮毂液压混合动力系统国外产品现状 10

　　1.3.2　轮毂液压混合动力系统国内研究现状 13

　1.4　轮毂液压混合动力系统关键技术 14

　　1.4.1　能量管理控制策略 14

　　1.4.2　驱动力协调控制技术 17

　　1.4.3　非线性控制技术 19

　　1.4.4　温度补偿控制技术 21

　本章小结 24

第2章　轮毂液压混合动力系统概述 25

　2.1　系统构型方案 25

　　2.1.1　轮毂液压混合动力系统构型 25

　　2.1.2　轮毂液压混合动力系统的优势 27

　2.2　液压关键部件结构及原理 28

　　2.2.1　液压变量泵 28

　　2.2.2　轮毂液压马达 29

　2.3　系统基本参数 29

　2.4　基本工作模式 30

　　2.4.1　液压传动回路 30

　　2.4.2　基本工作模式 31

　本章小结 36

第3章　轮毂液压混合动力系统建模 37

　3.1　机械系统动力学模型 37

　　3.1.1　整车动力学模型 37

　　3.1.2　发动机模型 41

　　3.1.3　离合器和变速器模型 42

　　3.1.4　轮胎模型 43

　　3.1.5　制动器模型 44

　3.2　液压系统动力学模型 47

　　3.2.1　常规液压系统模型 47

　　3.2.2　液压系统热力学模型 64

　3.3　轮毂液压系统集成建模与仿真验证 77

　　3.3.1　系统仿真平台简介 77

　　3.3.2　常规液压系统集成模型仿真验证 80

　　3.3.3　液压热力学模型集成仿真验证 90

　本章小结 93

第4章　轮毂液压混合动力系统能耗分析方法 95

　4.1　基于能量的系统理论油耗计算模型 96

　　4.1.1　轮毂液压混合动力系统内部能量流分析 96

　　4.1.2　平均综合传动效率定义 98

　　4.1.3　理论油耗计算模型 99

　4.2　基于理论油耗模型的节油贡献率分析 100

　　4.2.1　理论综合油耗增量计算模型 101

　　4.2.2　节油量与节油贡献率定义 101

　4.3　理论油耗计算模型仿真验证 102

　　4.3.1　基本控制策略 102

　　4.3.2　仿真工况选择 104

　　4.3.3　理论油耗仿真计算结果 105

　4.4　轮毂液压混合动力系统油耗影响因素讨论 106

　　4.4.1　再生制动能量回收节油贡献率 106

　　4.4.2　发动机平均燃油消耗率节油贡献率 109

　　4.4.3　平均综合传动效率节油贡献率 111

　　4.4.4　理论油耗影响因素分析小结 113

　本章小结 114

第5章　轮毂液压混合动力系统全局优化算法 115

　5.1　全局优化算法基本原理 115

　5.2　轮毂液压混合动力系统全局优化算法 118

　　5.2.1　基于车速-蓄能器SOC 自适应的等效燃油消耗因子计算 118

　　5.2.2　基于系统多模式特性的全局优化改进算法 122

　5.3　全局优化算法计算结果 125

　　5.3.1　全局优化算法计算结果 126

　　5.3.2　基于能量计算模型的全局优化算法结果 129

　本章小结 132

第6章　多模式能量管理控制策略 133

　6.1　辅助驱动和再生制动控制策略 133

　　6.1.1　辅助驱动控制 133

　　6.1.2　再生制动控制 144

　6.2　多模式泵排量控制算法 149

　　6.2.1　基于综合效率最优的蠕行模式泵排量控制 149

　　6.2.2　基于最优驱动力分配的闭式回路泵助力模式泵排量控制 153

　　6.2.3　基于最优控制规则提取的主动充能模式泵排量控制 157

　6.3　温度补偿控制算法 158

　　6.3.1　蠕行模式温度补偿策略 158

　　6.3.2　助力模式温度补偿策略 161

　　6.3.3　极限状态温度补偿控制策略 164

　本章小结 166

第7章　驱动力协调与非线性集成控制策略 168

　7.1　驱动力动态协调与非线性集成控制架构 168

　7.2　基于模型预测控制的驱动力协调控制器 169

　　7.2.1　面向控制器设计的轮毂液压混合动力系统模型 171

　　7.2.2　预测模型 172

　　7.2.3　约束优化 174

　7.3　基于Lyapunov稳定性的泵排量非线性控制 177

　　7.3.1　液压系统非线性控制问题 177

　　7.3.2　面向控制器设计的泵排量控制执行机构模型 177

　　7.3.3　基于Lyapunov稳定性的非线性控制器设计 178

　　7.3.4　名义仿真工况验证 180

　7.4　仿真验证 181

　　7.4.1　低附着路面工况仿真结果 181

　　7.4.2　高附着路面工况仿真结果 184

　　7.4.3　非线性动态协调控制器性能评价 186

　本章小结 187

第8章　轮毂液压混合动力系统试验平台 188

　8.1　HIL仿真测试 188

　　8.1.1　HIL仿真平台 188

　　8.1.2　HIL仿真测试 190

　8.2　台架试验测试 194

　　8.2.1　测试方案 194

　　8.2.2　测试设置 195

　　8.2.3　试验内容 196

　8.3　实车试验测试 200

　　8.3.1　试验样车搭建 200

　　8.3.2　实车试验测试 201

　本章小结 207

参考文献 208

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