CVT輕度混合動力汽車能量管理策略研究

【摘要】： 機(jī)械無級變速器(CVT)速比連續(xù)可調(diào),能夠?qū)崿F(xiàn)汽車動力傳動系統(tǒng)的優(yōu)化匹配,是汽車?yán)硐氲淖兯倨鳌Ｔ诨旌蟿恿ο到y(tǒng)中使用CVT可以聯(lián)合電機(jī)優(yōu)化發(fā)動機(jī)工作點(diǎn),提高發(fā)動機(jī)運(yùn)行效率;在汽車制動過程可以優(yōu)化電機(jī)的工作點(diǎn),提高汽車再生制動能量回收的效能。因此CVT混合動力汽車的研究成為現(xiàn)代汽車研究中的一個重要方向。 本論文針對長安ISG型混合動力系統(tǒng),結(jié)合CVT自身的特點(diǎn),對CVT輕度混合動力系統(tǒng)的匹配與能量管理策略進(jìn)行了研究,主要工作內(nèi)容如下: ①根據(jù)汽車的行駛特性和動力學(xué)方程,給出了發(fā)動機(jī)最大功率、電機(jī)額定功率、蓄電池額定電壓和CVT速比范圍的確定方法,并以混合動力汽車油耗最小為目標(biāo)函數(shù),在車輛城市循環(huán)工況下進(jìn)行了關(guān)鍵匹配參數(shù)的優(yōu)化計算,使關(guān)鍵部件的參數(shù)匹配更加合理。 ②進(jìn)行了關(guān)鍵部件性能測試實(shí)驗(yàn),建立了發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩模型、油耗模型和效率模型;得到了ISG電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性模型和效率模型;利用電池充放電特性實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果,進(jìn)行了理論推導(dǎo),并建立了內(nèi)阻模型和電動勢模型,提出了理論計算的能量效率模型;為了進(jìn)一步提高電池使用過程中的能量效率,進(jìn)行了電池溫度場的理論分析和仿真計算,設(shè)計了電池組冷卻系統(tǒng)的一種新型結(jié)構(gòu);進(jìn)行了CVT功率損失的理論分析,得到CVT的理論效率模型。以上工作為CVT混合動力系統(tǒng)效率分析奠定了基礎(chǔ)。 ③建立了CVT輕度混合動力車輛各種工作模式下的動力學(xué)模型;分析并推導(dǎo)了混合動力汽車各種工作模式下的系統(tǒng)效率計算公式;綜合考慮電池效率、CVT效率、電機(jī)效率和發(fā)動機(jī)效率,以系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標(biāo),建立了各種驅(qū)動工作模式下的系統(tǒng)效率的優(yōu)化模型,獲得了在不同驅(qū)動模式下系統(tǒng)效率最高的CVT目標(biāo)控制速比模型與電機(jī)目標(biāo)控制轉(zhuǎn)矩模型;以電池回收能量最大為目標(biāo),建立了各種制動工況下的系統(tǒng)回收能量的優(yōu)化模型,獲得了在各種制動工況下電池回收能量最大的CVT目標(biāo)控制速比模型與電機(jī)目標(biāo)控制轉(zhuǎn)矩模型。以上研究為CVT混合動力系統(tǒng)能量管理策略的制定奠定了理論基礎(chǔ)。 ④建立了CVT輕度混合動力系統(tǒng)工作模式的切換策略和靜態(tài)功率控制策略;提出了綜合考慮整車油耗和電池壽命的系統(tǒng)動態(tài)效率最優(yōu)能量管理策略,進(jìn)行了循環(huán)工況仿真;并對現(xiàn)有的混合動力油耗評價方法進(jìn)行了修正,使其更加接近車輛實(shí)際油耗。 ⑤搭建了CVT輕度混合動力傳動系統(tǒng)試驗(yàn)臺架;利用Matlab/Simulink仿真平臺和dSPACE實(shí)時控制工具,開發(fā)了實(shí)時控制系統(tǒng),分別對車輛怠速起停、驅(qū)動充電、驅(qū)動助力放電和再生制動工作模式的能量管理策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試;驗(yàn)證了本文所提出的系統(tǒng)動態(tài)效率最優(yōu)能量管理策略。 作為混合動力系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù),能量管理策略在混合動力系統(tǒng)的知識產(chǎn)權(quán)中占有重要地位。本文研究對于提高我國混合動力汽車的研究開發(fā)水平和實(shí)現(xiàn)自主知識產(chǎn)權(quán)的混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。 【關(guān)鍵詞】：輕度混合動力 機(jī)械無級自動變速 能量管理策略 仿真 試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 課題的來源及意義10-12
• 1.2 混合動力汽車的研究與開發(fā)現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 混合動力汽車分類12-14
• 1.2.2 混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.3 混合動力汽車的關(guān)鍵技術(shù)17-22
• 1.3.1 整車系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)17-19
• 1.3.2 關(guān)鍵零部件技術(shù)19-22
• 1.4 混合動力傳動系統(tǒng)控制研究概述22-25
• 1.4.1 混合動力傳動系統(tǒng)控制目標(biāo)22
• 1.4.2 混合動力傳動系統(tǒng)控制研究現(xiàn)狀22-25
• 1.5 本文基本思路和主要研究內(nèi)容25-28
• 2 CVT 輕度混合動力汽車傳動系統(tǒng)關(guān)鍵部件參數(shù)匹配研究28-42
• 2.1 前言28
• 2.2 混合動力汽車關(guān)鍵零部件參數(shù)計算28-33
• 2.2.1 混合動力汽車縱向動力學(xué)方程28-29
• 2.2.2 混合動力汽車發(fā)動機(jī)與電機(jī)功率計算29-30
• 2.2.3 電池參數(shù)的計算30-32
• 2.2.4 變速器及其速比的選擇32-33
• 2.3 混合動力系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的優(yōu)化計算33-41
• 2.3.1 循環(huán)工況36-37
• 2.3.2 混合動力汽車參數(shù)37
• 2.3.3 混合動力汽車基本控制策略37-38
• 2.3.4 混合動力汽車發(fā)動機(jī)、電機(jī)、電池功率的確定38
• 2.3.5 城市循環(huán)工況仿真結(jié)果38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 3 CVT 輕度混合動力汽車關(guān)鍵部件性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型42-70
• 3.1 前言42
• 3.2 發(fā)動機(jī)性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型42-44
• 3.3 電機(jī)性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型44-47
• 3.4 蓄電池性能實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型47-62
• 3.4.1 蓄電池充放電性能實(shí)驗(yàn)及模型建立48-53
• 3.4.2 蓄電池溫度場實(shí)驗(yàn)與模型建立53-61
• 3.4.3 蓄電池SOC 計算模型61-62
• 3.5 CVT 變速器效率實(shí)驗(yàn)與模型62-67
• 3.5.1 金屬帶進(jìn)出帶輪的功率損失62-63
• 3.5.2 金屬帶切向滑動損失63-65
• 3.5.3 內(nèi)嚙合齒輪泵的功率損失65
• 3.5.4 建立理論效率模型65-67
• 3.6 本章小結(jié)67-70
• 4 CVT 輕度混合動力汽車系統(tǒng)效率優(yōu)化70-88
• 4.1 前言70-71
• 4.2 發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作模式下的系統(tǒng)效率優(yōu)化71-74
• 4.2.1 CVT 混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作模式下的動力學(xué)方程71-72
• 4.2.2 CVT 混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作模式下的效率分析72-73
• 4.2.3 CVT 混合動力傳動系統(tǒng)發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作模式下的效率優(yōu)化73-74
• 4.3 電機(jī)和發(fā)動機(jī)混合動力工作模式下的系統(tǒng)效率優(yōu)化74-81
• 4.3.1 電機(jī)發(fā)電電池充電工作模式下的系統(tǒng)效率優(yōu)化74-78
• 4.3.2 電機(jī)電動電池放電工作模式下的系統(tǒng)效率優(yōu)化78-81
• 4.4 混合動力驅(qū)動工況下的工作模式切換規(guī)律81-82
• 4.5 能量回饋制動/減速工作模式的系統(tǒng)能量回收率優(yōu)化82-87
• 4.5.1 能量回饋制動/減速工作模式的動力學(xué)方程82-84
• 4.5.2 能量回饋制動/減速工作模式的能量回收率分析84
• 4.5.3 能量回饋制動/減速工作模式的能量回收率優(yōu)化84-87
• 4.6 本章小結(jié)87-88
• 5 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)能量管理策略研究及仿真88-106
• 5.1 前言88-89
• 5.2 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)動態(tài)效率最優(yōu)的能量管理策略89-95
• 5.2.1 CVT 輕度混合動力汽車工作模式切換控制策略89-92
• 5.2.2 CVT 輕度混合動力汽車功率分配控制策略92-95
• 5.3 CVT 混合動力系統(tǒng)能量管理策略的優(yōu)化95-99
• 5.4 CVT 混合動力系統(tǒng)能量管理策略仿真及結(jié)果分析99-104
• 5.4.1 輕度混合動力汽車城市循環(huán)工況仿真99-101
• 5.4.2 輕度混合動力汽車百公里油耗的評價標(biāo)準(zhǔn)101-104
• 5.5 本章小結(jié)104-106
• 6 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)試驗(yàn)研究106-120
• 6.1 引言106-107
• 6.2 試驗(yàn)系統(tǒng)組成107-110
• 6.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)107-109
• 6.2.2 數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)109-110
• 6.3 測控軟件開發(fā)110-111
• 6.4 試驗(yàn)結(jié)果111-117
• 6.4.1 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)怠速起停試驗(yàn)111-113
• 6.4.2 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)行車充電試驗(yàn)113-114
• 6.4.3 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)加速助力（放電）試驗(yàn)114-116
• 6.4.4 CVT 輕度混合動力系統(tǒng)再生制動試驗(yàn)116-117
• 6.5 本章小結(jié)117-120
• 7 全文總結(jié)120-124
• 7.1 論文主要研究工作及結(jié)論120-121
• 7.2 論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)和繼續(xù)研究的方向121-124
• 7.2.1 創(chuàng)新點(diǎn)121-122
• 7.2.2 繼續(xù)研究方向122-124
• 致謝124-126
• 參考文獻(xiàn)126-134
• 附錄134-136
• 附錄A：作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄134-135
• 附錄B：作者在攻讀博士學(xué)位期間申請的專利135-136
• 附錄C：作者在攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目136

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