插電式混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)設計及應用研究

【摘要】：隨著環(huán)境的惡化和石油資源的短缺，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為各國汽車工業(yè)發(fā)展的必然選擇，為實現(xiàn)汽車工業(yè)的成功轉(zhuǎn)型，全球正在推動一次汽車動力技術革命。而插電式混合動力汽車成為近期解決動力電池能量密度低、車輛續(xù)駛里程短的問題，同時實現(xiàn)城市內(nèi)零排放目的的有效途徑之一。通過對混合動力系統(tǒng)的結構和混合動力機電耦合機構的比較和分析，進行插電式混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)的創(chuàng)新設計和應用研究，對于插電式混合動力汽車的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化有著重要的意義。 本文通過對傳統(tǒng)混合動力汽車和插電式混合動力汽車動力驅(qū)動系統(tǒng)的比較分析，在對機械動力耦合系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩耦合和轉(zhuǎn)速耦合兩種動力耦合方式的結構和運動特性進行了詳細對比分析的基礎上，確定了本文動力耦合系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩耦合交替使用的耦合系統(tǒng)。根據(jù)行星齒輪機構的結構和運動特性，為降低作為主要驅(qū)動源的電機的轉(zhuǎn)矩容量，動力驅(qū)動系統(tǒng)確定為電機與行星齒輪機構相連、發(fā)動機與齒圈相連、行星架輸出的單電機結構方案，并根據(jù)行星齒輪機構的轉(zhuǎn)速特性計算得到了系統(tǒng)的結構參數(shù)。 建立設計約束條件，設計應用新型插電式混合動力耦合系統(tǒng)的動力系統(tǒng)。完成部件選型的同時詳細地設計和匹配了動力系統(tǒng)參數(shù)，通過汽車用戶的日行駛里程數(shù)據(jù)確定了設計車型的純電動續(xù)駛里程，并引入動力電池功率/能量比（RP/E）對動力系統(tǒng)參數(shù)的設計進行分析。對設計車型的控制策略進行了廣泛的分析和研究，確定本文涉及車型的控制策略為基于AER的控制策略。通過發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的分析，建立了基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制、車速以及動力電池SOC建立的整車牽引功率（轉(zhuǎn)矩）控制策略和再生制動控制策略。 通過在AVL Cruise軟件中建立整車物理模型，在MATLAB/Simulink平臺上搭建整車控制策略，利用兩者進行聯(lián)合仿真，并得到了整車循環(huán)工況、加速性能和爬坡能力等仿真結果。其中，動力性能仿真結構基本滿足設計要求，驗證了動力系統(tǒng)結構和參數(shù)設計的合理；而燃油經(jīng)濟性與傳統(tǒng)汽車相比有明顯提高。 【關鍵詞】：插電式混合動力汽車 動力耦合系統(tǒng) 參數(shù)設計 控制策略 聯(lián)合仿真
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 插電式混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 國內(nèi)外插電式混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 PHEV 動力系統(tǒng)結構概述14-17
• 1.3 混合動力汽車動力耦合系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.3.1 動力耦合系統(tǒng)的功能18
• 1.3.2 動力耦合系統(tǒng)的分類18-20
• 1.3.3 動力耦合系統(tǒng)的應用及發(fā)展20-21
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 PHEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)動力耦合裝置設計分析23-40
• 2.1 PHEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)結構分析23-24
• 2.1.1 PHEV 與 HEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)比較分析23
• 2.1.2 PHEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)結構23-24
• 2.2 機械動力耦合系統(tǒng)比較分析24-28
• 2.2.1 轉(zhuǎn)矩耦合系統(tǒng)結構及運動分析24-26
• 2.2.2 轉(zhuǎn)速耦合系統(tǒng)結構及運動分析26-27
• 2.2.3 動力耦合裝置耦合方式選擇27-28
• 2.3 動力耦合裝置結構設計28-35
• 2.3.1 行星齒輪機構結構及運動分析28-30
• 2.3.2 動力耦合裝置結構方案設計30-32
• 2.3.3 動力耦合裝置結構參數(shù)設計32-35
• 2.4 PHEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)工作模式分析35-39
• 2.4.1 單電動機驅(qū)動模式36
• 2.4.2 單發(fā)動機驅(qū)動模式36-37
• 2.4.3 混合驅(qū)動模式37-38
• 2.4.4 再生制動模式38-39
• 2.5 本章小結39-40
• 第三章 PHEV 動力系統(tǒng)選型及參數(shù)設計40-53
• 3.1 動力驅(qū)動系統(tǒng)設計約束40-41
• 3.2 純電動續(xù)駛里程41-43
• 3.2.1 純電動續(xù)駛里程設計方法41-42
• 3.2.2 純電動續(xù)駛里程設計42-43
• 3.3 電動機選型及參數(shù)設計43-47
• 3.3.1 驅(qū)動電機特性43-44
• 3.3.2 電動機選型44-45
• 3.3.3 電動機功率及轉(zhuǎn)矩設計45-47
• 3.4 發(fā)動機功率設計47-49
• 3.5 能量儲存裝置參數(shù)設計49-52
• 3.5.1 放電深度設計49-50
• 3.5.2 容量設計50
• 3.5.3 功率設計50-51
• 3.5.4 功率/能量比應用51-52
• 3.6 本章小結52-53
• 第四章 PHEV 動力驅(qū)動系統(tǒng)控制策略研究53-65
• 4.1 PHEV 驅(qū)動控制策略53-57
• 4.1.1 控制方法概述53-54
• 4.1.2 基于 AER 的控制策略54-55
• 4.1.3 混合驅(qū)動控制策略55-57
• 4.2 PHEV 發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制策略57-60
• 4.2.1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制方法57-59
• 4.2.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制策略59-60
• 4.3 PHEV 動力驅(qū)動控制策略60-64
• 4.3.1 牽引功率（轉(zhuǎn)矩）控制策略60-63
• 4.3.2 整車驅(qū)動控制策略63
• 4.3.3 動力耦合裝置的控制策略63-64
• 4.4 本章小結64-65
• 第五章 PHEV 整車建模及性能仿真分析65-82
• 5.1 仿真軟件及模型的組成65-66
• 5.2 整車模型的建立66-68
• 5.3 控制策略模型的建立68-74
• 5.3.1 功率分配模塊69-70
• 5.3.2 發(fā)動機控制模塊70-72
• 5.3.3 電機控制模塊72
• 5.3.4 再生制動控制模塊72-74
• 5.3.5 動力耦合器控制模塊74
• 5.4 整車性能仿真結果與分析74-81
• 5.4.1 動力性仿真結果76-77
• 5.4.2 電機、發(fā)動機工作情況77-78
• 5.4.3 電池 SOC 變化78-80
• 5.4.4 經(jīng)濟性仿真結果80-81
• 5.5 本章小結81-82
• 全文總結與研究展望82-84
• 參考文獻84-89
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 附件91

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