超輕度混合動力汽車優(yōu)化匹配與仿真研究

【摘要】：超輕度混合動力汽車的傳動系統(tǒng)是以回流式無級變速器作為傳動裝置的新型車輛傳動方式,利用其傳動比變化范圍大的特點,可以實現輕度混合動力汽車所不具有的純電動工況的功能。超輕度混合動力汽車的燃油經濟性能和排放性能能夠得到改善,與已有的輕度混合動力傳動系統(tǒng)相比,超輕度混合動力汽車具有良好的發(fā)展前景。 本文以超輕度混合動力汽車為研究對象,以提高整車的燃油經濟性和平順性為目的,主要開展了以下幾方面的研究工作: ①在全面闡述了回流式無級變速傳動系統(tǒng)的結構和工作原理基礎上,建立了傳動系統(tǒng)的速比和機械效率模型。綜合考慮了回流式無級變速傳動系統(tǒng)機械效率和發(fā)動機熱效率對循環(huán)工況任意時刻油耗量(稱為瞬時油耗)的影響,可以分析出瞬時油耗與瞬時系統(tǒng)效率(傳動系統(tǒng)機械效率與發(fā)動機熱效率的乘積)的關系。 分別討論了回流式無級變速傳動系統(tǒng)的速比范圍k和行星排結構參數α對系統(tǒng)效率的影響,并將k和α作為優(yōu)化設計的變量,利用基于系統(tǒng)效率最大化控制策略的回流式無級變速傳動系統(tǒng)參數優(yōu)化設計方法,得到了燃油消耗量最低時參數k和α所對應的優(yōu)化數值?；贛atlab/Simulink平臺,對優(yōu)化前、后參數設計的汽車進行了經濟性仿真研究的比較。 ②利用回流式無級變速傳動系統(tǒng)大速比的特點,選用小功率電機作為輔助動力源,滿足整車動力性能的基礎上,對關鍵性部件進行了參數匹配。分析了超輕度混合動力汽車工作原理,將其工作模式劃分為起步工作模式、驅動工作模式和倒車工作模式。針對起步工況不同的運行模式,制定了起步工況模式的判別條件,對于每一種起步工況模式制動了相應的控制策略,并分別進行了仿真試驗研究。針對驅動工況模式,分別闡述了該工況下的四種運行模式,并采用了邏輯門限控制策略,對整車進行了ECE+EUDC循環(huán)工況仿真研究。 ③分析了超輕度混合動力汽車低速擋(回流工況)、高速擋(純無級工況)、過渡擋(回流-無級工況、無級-回流工況)轉換的判別條件,針對回流-無級和無級-回流切換過程的控制方法作了進一步地討論,得出了在切換過程中離合器L_1和L_3的接合或分離控制的重要性。因此,分別建立了離合器L_1分離過程和離合器L_3接合過程的動力學模型,并以滿足整車沖擊度要求為條件,計算得出了離合器L_1和離合器L_3轉矩變化率的范圍。分析了超輕度混合動力汽車驅動工況模式切換類型,制定了純電動驅動工況切換到發(fā)動機工況的控制策略,建立了切換過程的動力學模型和整車仿真模型。 ④在獲取超輕度混合動力汽車關鍵部件效率試驗模型的基礎上,建立了不同驅動模式下的系統(tǒng)效率計算模型,以系統(tǒng)效率值最大為優(yōu)化目標,得到了任意驅動工況模式下的目標速比和系統(tǒng)效率優(yōu)化模型,并將任意驅動工況模式下的系統(tǒng)效率模型進行對比分析,從而得到混合動力汽車不同驅動模式的優(yōu)化工作區(qū)域。以優(yōu)化的工作區(qū)域作為驅動工況模式劃分判別條件,建立了整車仿真模型,并進行了ECE+EUDC循環(huán)工況仿真研究。 【關鍵詞】：混合動力汽車 無級自動變速器 優(yōu)化匹配 優(yōu)化設計 切換
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：U469.7
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-26
• 1.1 課題的來源與意義10-11
• 1.2 國內外研究現狀11-23
• 1.2.1 大速比變化范圍傳動系統(tǒng)研究現狀11-14
• 1.2.2 輕/微度混合動力汽車發(fā)展現狀14-17
• 1.2.3 大速比變化范圍傳動系統(tǒng)混合動力汽車研究現狀17-19
• 1.2.4 混合動力汽車能量管理策略研究現狀19-23
• 1.3 本文研究目的和研究內容23-26
• 1.3.1 本文研究目的23
• 1.3.2 本文研究的主要內容23-26
• 2 回流式無級變速器參數優(yōu)化設計26-46
• 2.1 引言26
• 2.2 傳動系統(tǒng)結構和工作原理26-33
• 2.2.1 傳動系統(tǒng)結構26-27
• 2.2.2 傳動系統(tǒng)工作原理27-28
• 2.2.3 傳動系統(tǒng)調速特性28-31
• 2.2.4 傳動系統(tǒng)參數設計31-33
• 2.3 發(fā)動機和傳動系統(tǒng)模型33-35
• 2.3.1 發(fā)動機數值模型33-34
• 2.3.2 傳動系統(tǒng)效率模型34-35
• 2.4 系統(tǒng)效率最大化控制策略35-38
• 2.4.1 瞬時油耗與系統(tǒng)效率關系35-36
• 2.4.2 控制策略優(yōu)化模型36
• 2.4.3 計算過程36-38
• 2.5 傳動系統(tǒng)參數優(yōu)化設計38-44
• 2.5.1 優(yōu)化設計參數對系統(tǒng)效率的影響38-40
• 2.5.2 優(yōu)化設計方法提出40
• 2.5.3 優(yōu)化設計模型40-42
• 2.5.4 優(yōu)化計算結果42-43
• 2.5.5 優(yōu)化前后仿真分析43-44
• 2.6 本章小結44-46
• 3 超輕度混合動力汽車參數匹配與整車仿真研究46-68
• 3.1 引言46
• 3.2 超輕度混合動力汽車結構和工作模式確定46-48
• 3.3 參數設計48-50
• 3.3.1 電動機參數設計48-49
• 3.3.2 電池參數設計49-50
• 3.4 起步工況控制研究50-60
• 3.4.1 傳統(tǒng)起步控制研究50-56
• 3.4.2 怠速起停起步控制研究56-57
• 3.4.3 爬行起步控制研究57-58
• 3.4.4 倒車起步控制研究58-60
• 3.5 基于邏輯門限控制策略整車性能仿真研究60-65
• 3.5.1 驅動工況工作模式60-61
• 3.5.2 邏輯門限控制策略61-62
• 3.5.3 傳動系統(tǒng)速比控制62-63
• 3.5.4 整車仿真結果與分析63-65
• 3.6 本章小結65-68
• 4 超輕度混合動力汽車傳動系統(tǒng)動力連續(xù)轉換研究68-82
• 4.1 引言68
• 4.2 動力連續(xù)轉換的控制策略68-71
• 4.2.1 同步轉換點68-69
• 4.2.2 工況轉換控制策略69-70
• 4.2.3 回流-無級轉換控制策略70-71
• 4.2.4 無級-回流轉換控制策略71
• 4.3 轉換過程動力學模型和離合器控制71-75
• 4.3.1 離合器L_3 接合過程動力學模型72-73
• 4.3.2 離合器L_1 分離過程動力學模型73-74
• 4.3.3 離合器L_3 接合控制74-75
• 4.3.4 離合器L_1 分離控制75
• 4.4 仿真結果75-77
• 4.5 驅動工況模式切換控制77-80
• 4.5.1 模式切換類型77-78
• 4.5.2 電動機單獨驅動到發(fā)動機驅動控制策略78
• 4.5.3 純電動切換發(fā)動機驅動動力學模型78-79
• 4.5.4 純電動切換發(fā)動機驅動仿真結果79-80
• 4.6 本章小結80-82
• 5 基于系統(tǒng)效率優(yōu)化的超輕度混合動力汽車性能仿真研究82-100
• 5.1 引言82
• 5.2 關鍵部件的效率試驗模型82-85
• 5.2.1 發(fā)動機效率模型82-83
• 5.2.2 電動機效率模型83
• 5.2.3 蓄電池充放電效率模型83-85
• 5.2.4 變速器效率模型85
• 5.3 四種工作模式系統(tǒng)效率優(yōu)化85-96
• 5.3.1 發(fā)動機單獨行駛工況系統(tǒng)效率優(yōu)化85-88
• 5.3.2 純電動行駛工況效率優(yōu)化88-90
• 5.3.3 發(fā)動機行車充電工況系統(tǒng)效率優(yōu)化90-93
• 5.3.4 再生制動工況系統(tǒng)效率優(yōu)化93-96
• 5.4 工作模式區(qū)域劃分96-97
• 5.5 仿真結果97-99
• 5.6 本章小結99-100
• 6 全文總結100-102
• 6.1 論文主要研究工作及結論100-101
• 6.2 論文的主要創(chuàng)新點和繼續(xù)研究的方向101-102
• 6.2.1 創(chuàng)新點101
• 6.2.2 繼續(xù)研究方向101-102
• 致謝102-104
• 參考文獻104-112
• 附錄112-113
• A 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄112-113
• B 作者在攻讀博士學位期間參加的科研項目113

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