履带式混合动力车辆发动机_发电机组控制策略研究_董玉刚

来源：网络收集时间：2026-09-11

导读：第30卷第4期2010年4月北京理工大学学报 TransactionsofBeijingInstituteofTechnologyVol.30 No.4Apr.2010 履带式混合动力车辆发动机-发电机组控制策略研究董玉刚, 张承宁, 孙逢春, 吴静波 (北京理工大学机械与车辆学院,北京 100081) 摘要:研究履带式混合

第30卷　第4期2010年4月北京理工大学学报

TransactionsofBeijingInstituteofTechnologyVol.30　No.4Apr.2010

履带式混合动力车辆发动机-发电机组

控制策略研究

董玉刚,　张承宁,　孙逢春,　吴静波

(北京理工大学机械与车辆学院,北京　100081)

摘　要:研究履带式混合动力车辆发动机-发电机组控制策略.通过分析履带车辆动力系统对发动机-发电机组的要求及整车控制器与发动机-发电机组控制接口定义,提出两种发动机-发电机组控制策略,建立去掉动力电池组的履带车辆动力系统模型,对提出的控制策略进行仿真验证.仿真结果表明,发动机-发电机组目标转速控制策略比目标功率控制策略效果更好.通过台架实验对目标转速控制策略进行了验证.关键词:仿真建模分析;混合动力;履带式车辆;发动机-发电机组

中图分类号:U469.694;TP319.9　　　文献标志码:A　　　文章编号:1001-0645(2010)04-0405-05

Engine-Generator︐sControlStrategyforHybridElectricTransmissionTrackedVehicle

DONGYu-gang,　ZHANGCheng-ning,　SUNFeng-chun,　WUJing-bo

(SchoolofMechanicalEngineering,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China)

Abstract:Engine-gererator︐scontrolstrategyofhybridelectrictransmissiontrackedvehicleisresearched.Byanalyzingtheintegratedcontrollerandtheengine-generatorcontrolinterface

definitionandthedemandoftrackedvehicle︐stransmission,twocontrolstrategieswereproposed,andthesimulationcarriedout.Simulationresultsshowedthatthegoalspeedcontrolstrategyisbetterthanthegoalpowercontrolstrategyforthevehicle︐sdemand.Experimentalresultsindicatethatthegoalspeedcontrolstrategycansatisfythepowerrequirementofvehicleinalloperatingconditions.

Keywords:modelingandanalyzingsimulation;hybridelectrictransmission;trackedvehicle;

engine-generator

　　以发动机-发电机组和动力电池组共同作为车辆动力源,也称混合动力技术,是目前履带车辆电传动系统动力源采用的主要方案,该方案可以满足车辆的动力性需求,同时也可以使车辆在战场上实现短时间的静音行驶.然而在发动机-发电机组和动力电池组两种能量源提供动力的情况下,发动机的工作点、动力电池组的充放电特性及电压等都会对车辆的燃油消耗和排放产生影响,只有合理的能量

分配策略才能使车辆在保证动力性的条件下实现燃

油消耗最小.

混合动力车辆的主能量源发动机的动态响应远小于电机驱动系统,因此要探讨车辆多个能量源之间的能量分配与控制(即控制策略)问题,首先要讨论使发动机-发电机组单独为车辆提供能量时,发动机如何与电机驱动系统进行合理匹配.

作者通过分析履带车辆动力系统对发动机-发

收稿日期:2009-01-08

基金项目:国家部委预研项目(40402070101)作者简介:董玉刚(1975—),男,博士生,E-mail:dygmjily@http://www.77cn.com.cn;张承宁(1963—),男,教授,博士生导师,E-mail:mrzhchn@bit.

http://www.77cn.com.cn.

·406·

北京理工大学学报第30卷

电机组的要求及整车控制器与发动机-发电机组控制接口定义,提出两种发动机-发电机组控制策略,并对提出的控制策略进行仿真验证.最后,通过台架实验对目标转速控制策略进行了验证.

发电机输入转矩是由发动机经过一个增速箱传递过来的,根据转矩平衡有如下关系:

e-Te=0.1047(Je/i2e-g+Jg)dng/dt,

ie-g(2)ng=ie-gne.

式中:Te为发动机输出转矩;ne,ng分别为发动机、发电机转速;Je,Jg分别为发动机、发电机转动惯量;ie-g为增速箱传动比.1.2　电机驱动系统模型

电机运行遵循电磁感应定律、全电流定律、能量守衡定律等基本定律.根据上述原理建立电机矢量变换控制系统的数学模型,在转子参考坐标系下q,d轴上的电压方程可表示为

uq=Rsiq+Lqpiq+ωrLdid+ωrψf,ud=Rsid+Ldpid-ωrLqiq.

　　电机电磁转矩为

(3)(4)(5)

[3-5]

1　系统建模

履带式混合动力车辆动力系统由以下几个部分组成:发动机、增速箱、发电机、整流器、电机驱动系统、动力电池组和DC-DC.为了对发动机-发电机组

控制策略问题进行讨论,仅考虑去掉动力电池组的情况.图1所示为去掉动力电池组的履带式混合动力车辆动力系统示意图

图1　电传动履带车辆动力系统示意图

Fig.1　Electrictransmissiontrackedvehiclepowertrain

Te=pn[ψfiq-(Ld-Lq)idiq].

式中:ud,uq为d,q轴上的绕组电压;id,iq为d,q轴上的绕组电流;Ld,Lq为d,q轴上的绕组电感;Rs

r为转子点角速度;f为永磁体基波为定子电阻;ωψ

探讨履带式混合动力车辆动力系统的控制问题,首先要建立整车系统的数学模型.该模型应能反映发动机-发电机组、电动机与车辆动力学的相互关系.控制问题是寻找一种控制规则,在该规则下若干部件能协同工作,实现车辆功能

[1]

励磁磁场链过定子绕组的磁链;pn为电机极对数.

该单元接受整车控制器功率或转矩指令,由接受指令到输出指令视为一阶函数(时间常数表征了动态响应特性).建模中考虑了电机转矩受到总线电压的影响,同时要考虑电机对总线电流的需求.1.3　车辆行驶动力学模型

履带式混合动力车辆的驱动力由电机的输出电磁转矩Tme提供,对于双电机驱动的履带式车辆,驱动力Ft表示为

Ft=2Tmeigηt/r.

效率;r为主动轮半径.

根据纵向力和平面力矩平衡关系[6],可得到履带式混合动力车辆转向时内、外侧主动轮所需动力Fr1,Fr2分别为

Fr1= 0.5fG-μGL/(4B),Fr2=0.5fG+μGL/(4B).

(7)(6)

式中:ig为侧传动比;ηt为驱动电机到主动轮传动

.混合动力

系统中若干子系统存在机械与电气的耦合,针对这

种情况,建模采用Matlab/Simulink中SimPower-Systems(电力电子传动库)来完成.1.1　发动机-发电机组模型

发动机建模采用一般的方法,即利用发动机输出特性的实验数据,采用最小二乘法对扭矩特性进行拟合[2].

本研究中发电机采用永磁同步发电机,发电机与整流桥建模一起采取等效电路法完成.永磁同步发电机-整流桥直流侧电压Udc、电磁转矩Te的方程为

Udc=Keωm-KxωmIdc,Te=

(1)dc2m

==KeIdc-KxIdc.ωmωm

式中:Idc为整流桥直流侧电流;Pm为永磁同步发电机功率;Pdc为整流桥直流侧功率;ωm为永磁同步发电机角速度;Keωm为发电机的感应电动势;Kxωm为等效阻抗,Kx=3pLg/π,随发电机转速的变化而变化,其中p为发电机极对数,Lg为发电机电枢同步电感.

式中:L为履带接地长度;G为车辆重量;f为变形阻力系数;μ为转向时地面变形阻力系数,其值可根

据尼基金教授提出的公式确定,即

μ=

max

,　(ρ>0.5),

0.925+0.15ρ

式中ρ=R/B,其中R为车辆转向半径,B为履带中

第4期董玉刚等:履带式混合动力车辆发动机-发电机组控制策略研究

·407·

心距.

主动轮上机械转矩平衡方程为

Ftr-(Fr1+Fr2)r=Jdω/dt.轮角速度.

1.4　控制策略模型

控制策略负责根据驾驶员输入和状态反馈,给各个子系统工作指令,实现驾驶员行驶意图.该模型实现了所有功率分配与控制逻辑,是动力学仿真

(8)

的主要对象与问题.控制策略模型采用Ma …… 此处隐藏：5714字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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