【摘 要】
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车辆低频纵振是指车辆在前后方向上的低频(0-10Hz)振动,其对车辆的驾驶性和舒适性均产生不好的影响。车辆的低频纵振与车辆的工况关系很大,在Tip-in/out、起步等多种工况下均有较强烈的低频纵振。新型混动车辆的引入给车辆低频纵振的研究带来了新的问题,不同的动力构成、工作模式和工况所引起的车辆低频纵振均有各自的特点。因此研究车辆包括混动车辆的低频纵振问题,积极开展车辆多工况低频纵振控制的研究,对
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目“车辆低频纵振全工况主动控制算法研究” (编号 51475043);
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车辆低频纵振是指车辆在前后方向上的低频(0-10Hz)振动,其对车辆的驾驶性和舒适性均产生不好的影响。车辆的低频纵振与车辆的工况关系很大,在Tip-in/out、起步等多种工况下均有较强烈的低频纵振。新型混动车辆的引入给车辆低频纵振的研究带来了新的问题,不同的动力构成、工作模式和工况所引起的车辆低频纵振均有各自的特点。因此研究车辆包括混动车辆的低频纵振问题,积极开展车辆多工况低频纵振控制的研究,对聚力提升我国在该领域的技术水平、提升整车综合性能具有重要的意义。本文以传统机械式自动变速箱前驱车辆以及混动化改型车辆为研究对象,采用模型预测控制(MPC)和多模型预测(mMPC)的策略,设计多种车型的低频纵振多工况综合控制算法,对系统的不确定性、作动系统的延迟、运行的多工况、动力的多模式等内容展开研究。本文首先从分析车辆低频纵振控制的基本问题出发,搭建所研究车辆的低频动态仿真模型,并分析对比各种不同尺度模型对分析车辆低频纵振的影响,通过典型工况和不确定性因素下动态仿真分析得到传统机械式变速箱车辆的低频纵振控制中的主要问题,为后面开展相关的研究工作奠定了基础。面向传统车辆时,首先针对离合器闭合情况下的Tip-in、Tip-out工况设计纵振控制器,经过对比有/无考虑发动机延迟的MPC纵振控制器,发现考虑了发动机延迟的MPC纵振控制器的纵振控制效果得到了较大的提升,并能较好的在如道路坡度和间隙等不确定性因素影响下达到较好的控制效果;然后针对离合器滑摩情况下的起步及Tip-in多工况设计纵振控制,将离合器滑摩与离合器闭合情况进行综合考虑建立统一格式的多模型状态空间方程,仿真基于此模型设计的mMPC纵振控制器,结果表明该方法能够根据驾驶员意图动态调整离合器滑摩过程,能够有效的抑制车辆的低频纵振。面向混动车辆研究时选择的对象分别为电机位于发动机前、同轴驱动车辆的BAS混动车辆(Belted Alternator Starter)和电机位于第二根轴、独立于发动机轴的TTRP混动车辆(Through-the-road parallel)。在分析这两类混动化对车辆低频纵振带来的变化以及运行模式对车辆低频纵振影响的基础上,利用模型预测和多模型预测控制的方法,设计低频纵振控制器,通过仿真结果可知,多种动力模式和动力分配下,所设计的控制器均能取得较好的控制效果。由于传统的MPC或mMPC算法采用隐式QP求解的方法运算时间长,难以适应车辆动力系统快速控制的要求。为了使基于MPC和mMPC策略的各车型低频纵振多工况控制算法具有较好的实时运行的能力,本文基于显式模型预测控制的方法对所设计的低频纵振算法进行显式化求解的研究。进一步的为了验证显式化的车辆低频纵振控制算法的实时运算能力,将其下载到快速原型设备中,并连接硬件在回路设备进行实时仿真,仿真结果表明显式化的低频纵振算法在实时环境下运算时间短、实时性好,能够适用于车辆动力系统的快速控制中。
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