机电无级自动变速插电式混合动力系统综合控制研究

The driving pulley of mechanic-electric continuously variable transmission (MECVT) is driven by motor and pulley trust is supplied by disc springs. So there is no hydraulic system for MECVT. As a result the efficiency of MECVT is higher and the extension of application of MECVT is wider than those of traditional one. Plug-in hybrid system is one of the advantage powertrain system with high efficiency. Work modes will be analyzed based on the configuration of plug-in hybrid electric system equipped with MECVT. Cooperation control strategy of engine, motor, auto clutch and MECVT will be put forward during system starting and work modes shifting to achieve better ride comfortable. Global optimization control strategy for better energy consumption performance of drive cycle will be studied. This control strategy not only consider characteristics of engine, motor and batteries but also try to solve contradictions among engine working time, fuel consumption, exhaust performance and system reliability. Mathematic model will be built for hybrid system simulation. Test rig will be built to verify and optimize control strategy. Finally control theory and method for improving system energy consumption performance and ride performance will be put forward. The theory and experiment research work will support the application of MECVT on new energy vehicles.

机电控制CVT采用电机作为主动带轮的驱动元件，碟簧为加载机构，取消了传统CV的液压系统，增大了CVT系统效率和应用范围。插电式混合动力系统是一种先进节能的混合动力模式。以装备机电控制CVT的插电式混合动力系统为对象，研究CVT速比控制方法和夹紧力与传递扭矩的匹配方法。根据系统平顺的要求，研究系统在起动和工况模式切换条件下的发动机、电机、离合器以及CVT相互协调控制策略。根据不同工况模式，综合考虑发动机、电机和电池的工作特性，兼顾发动机起停时间与油耗、排放和混合动力系统可靠性的矛盾，研究基于行驶循环工况能耗最小的全局优化控制策略。搭建试验系统，进行控制参数匹配及控制策略验证和优化。最终建立该系统提高燃油经济性和平稳舒适性的设计控制理论和方法，为机电控制CVT在新能源车辆上的应用奠定理论和试验基础。

机电控制CVT（Electric-mechanical continuously variable transmission, EMCVT） 采用碟簧夹紧，电机驱动调速，不需要液压系统，将其搭载到具有纯电动模式的车辆上，具有突出的优势。本研究以搭载机电控制CVT 的插电式混合动力系统为基础，对其进行控制研究。首先，根据各部件性能数据，建立关键系统数学模型。在分析CVT摩擦行为的基础上，得到速比变化率与输入转速和主动带轮推力差的关系，建立机电控制CVT速比变化模型。建立包括调速电机、减速齿轮和蜗轮蜗杆组成的调速机构数学模型，结合速比变化模型，最终得到机电控制CVT 的调速模型，获取了基于位置和速度双闭环控制方式的机电控制CVT 调速控制策略。提出了电机调整机电控制CVT从动盘夹紧力的方法，使夹紧力随扭矩需求变化。采用枚举法分析归纳系统工作模式，制定发动机介入和退出传动系统两种情况下的控制逻辑和各阶段的控制目标。在发动机介入传动系统的模式切换过程中，采用控制EMCVT速比的方法，改变电机转速，从而减小模式切换过程中离合器主、从动盘转速差，减小离合器滑磨，降低系统冲击；在发动机退出传动系统的模式切换过程中，采用电机扭矩补偿的方法，减小驱动扭矩损失，提高模式切换品质。综合考虑各子系统效率，采用全局动态规划算法，以电池荷电状态为状态变量，电机扭矩和EMCVT速比为决策变量，获取系统在NEDC工况下的全局最优控制策略。在全局优化控制策略的基础上，将调速能量消耗纳入指标函数，进一步优化无级变速器速比和电机扭矩，有效减少了调速次数，进一步降低能量消耗。建立系统排放模型，进行能耗、排放多目标优化，在能耗变化不大的情况下，较大程度降低排放。搭建基于快速控制原型的机电控制CVT混合动力系统试验台，并进行了典型工况试验，试验结果与理论分析趋势一致。