中度混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設計【3張cad圖紙+文檔全套資料】

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本文作者通過查閱近些年來有關中度混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設計的期刊、書籍、學位論文等文獻資料，了解掌握了關于中度混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設計中的動力傳動系統(tǒng)功能總成、傳動系統(tǒng)總布置設計方案、主要技術參數(shù)以及內(nèi)燃機、電機、電池及傳動系主要性能參數(shù)進行匹配設計的分析研究方法，這些文獻給了作者很大的參考價值。 1.研究課題的意義、背景 電動汽車己有三種驅動類型:以高效能蓄電池驅動的電動汽車(EV)、以燃料電池為動力源電動汽車(FEV)和以燃油發(fā)動機與電動機混合驅動的混合動力電動汽車(HEV )。電動汽車的研究是從單獨依靠蓄電池供電的純電動汽車開始的，純電動汽車或零排放新燃料汽車無疑是我們的最終目標，但目前純電動汽車初始成本高，行駛里程較短。由于高效能蓄電池、燃料電池及其系統(tǒng)的發(fā)展相對滯后，混合動力汽車正是在純電動汽車開發(fā)過程中為有利于市場化而產(chǎn)生的一種新的車型。它將現(xiàn)有內(nèi)燃機與一定容量的儲能器件(主要是高性能電池或超級電容器)通過先進控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放。國內(nèi)外普遍認為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標準和節(jié)能目標、市場接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關注，得到商業(yè)市場的響應并迅速發(fā)展，這其中以豐田的Prius和本田的Insight為代表。電力輔助型混合動力汽車采用并聯(lián)式結構，電池組容量相對較小(2-6kW/h)，由發(fā)動機提供勻速行駛時的平均功率需求，當加速或爬坡需要較大功率時，由電池和電動機組成的電力輔助部分補充輸出驅動功率.混合動力汽車動力性能、燃料經(jīng)濟性以及廢氣排放效果的好壞，在很大程度上取決于車輛驅動系統(tǒng)參數(shù)的合理匹配以及車輛行駛過程中對各部件的協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機使用情況多數(shù)是偏離其最佳工作區(qū)域，未能實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)的最佳匹配。因此，通過合理匹配混合動力汽車的驅動系統(tǒng)，制定適合于車輛行駛工況的控制策略，對于提高汽車行駛效率，降低燃油消耗和尾氣排放具有較大的潛力，是一個值得研究的課題。對于汽車的動力性能和燃料經(jīng)濟性水平，通常是在進行實車道路試驗之后給予最后評價。這樣做不但周期長，成本高，而且在產(chǎn)品設計階段對整車及各總成方案的確定、結構參數(shù)的選擇、傳動系參數(shù)與發(fā)動機的匹配等具有一定的盲目性，可能遺漏較優(yōu)的方案，造成浪費。如果在設計階段，根據(jù)有關設計參數(shù)和驅動系統(tǒng)控制策略，利用計算機仿真模擬對汽車動力性和燃料經(jīng)濟性進行預測，可以考察驅動系統(tǒng)參數(shù)是如何影響汽車動力性和燃油經(jīng)濟性，并對其進行優(yōu)化設計。此外，按預定的程序模擬各種行駛工況，包括瞬變的非穩(wěn)定工況，能全面地預測汽車齊多種工況下的動力性能和燃油經(jīng)濟性。 2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 在葉心[8]文獻中，以ISG型中度混合動力汽車的系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標，通過建立不同驅動模式下的系統(tǒng)效率計算模型，獲得了各個驅動模式的工作范圍和驅動模式之間的切換規(guī)律；在此基礎上通過“三系數(shù)法”優(yōu)化了驅動模式切換的邊界條件，避免了模式切換時發(fā)動機頻繁起停帶來的怠速油耗的增加；針對模式切換時或突然加速時油門突變引起的動態(tài)油耗的增加，通過對發(fā)動機節(jié)氣門開度變化率的限制和驅動電機對發(fā)動機轉矩的動態(tài)補償控制，減小了由于節(jié)氣門突變增加的動態(tài)油耗；以ISG型中度混合動力系統(tǒng)各個驅動模式下的系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標，制定了不同驅動模式下的經(jīng)濟性換擋規(guī)律，并通過不同驅動模式下ISG電機對AMT換擋構成的協(xié)調(diào)控制，改善了AMT的換擋品質(zhì)。 在秦大同、葉心、胡明輝[11]文獻中，以ISG型中度混合動力汽車的系統(tǒng)效率最優(yōu)點作為換擋點，建立在不同驅動模式下的經(jīng)濟性換擋規(guī)律，在MATLAB/Smulink仿真平臺下，建立換擋模型，仿真結果表明，與傳統(tǒng)經(jīng)濟性換擋規(guī)律得到的結果相比，新經(jīng)濟性換擋策略使得升檔過程油耗降低了0.52%，降檔過程油耗降低了0.49%。該文獻還文對ISG型中度混合動力汽車在不同驅動模式下的換擋過程進行了分析， 在MATLAB/Smulink 仿真平臺下建立整車模型，對車載充電模式下的換擋過程進行仿真研究。結果表明，采用了ISG 電機和電子節(jié)氣門對動力源進行控制，減小換擋前后離合器主、從動盤轉速差，降低了換擋沖擊和換擋時間，改善了換擋品質(zhì)。 在葉心、秦大同、胡明輝[5]文獻中，對基于ISG的中度混合動力汽車在不同工作模式下的系統(tǒng)效率進行優(yōu)化計算，得到了中度混合動力汽車工作模式切換規(guī)律。在此基礎上，以ECE_EUDC 為道路循環(huán)工況，對中度混合動力汽車燃油經(jīng)濟性進行仿真研究。首先分別對ECE和EUDC循環(huán)單元進行仿真分析，計算在不同工況下兩種道路循環(huán)單元的百公里油耗與ΔSOC。然后在ECE_EUDC 整個循環(huán)工況上進行全局優(yōu)化，對不同工況采用排列組合算法，得到了十種不同的能量管理策略。通過對仿真結果分析可知，根據(jù)不同的道路情況和駕駛意圖，實時選擇最優(yōu)控制策略。 在秦大同、葉心、胡明輝[1]文獻中，首先對ISG 型中度混合動力系統(tǒng)效率進行瞬時優(yōu)化，得到ISG 型中度混合動力汽車控制策略。然后在Matlab/Simulink仿真平臺下，對控制策略中的三個關鍵系數(shù)XSOC、Xe_chg和Xe_off所確定動力源的不同匹配方案進行仿真分析，并將電池電量折算為等效油耗，以綜合油耗最低為優(yōu)化目標，確定了ISG型中度混合動力系統(tǒng)的最優(yōu)匹配控制參數(shù)。與傳統(tǒng)汽車相比，按照本文提出的優(yōu)化動力源匹配方法得到中度混合動力系統(tǒng)的百公里油耗降低了36.95%；與ADVISOR中的混合動力汽車的基線控制策略得到的結果相比，百公里油耗降低了13.72%。同時，保證了ISG 型中度混合動力系統(tǒng)的動力性。 在葉心、秦大同、胡明輝[3]文獻中，針對模式切換或者突然加速工況，為了避免動態(tài)油耗的增加，對ISG型混合動力汽車進行油門動態(tài)協(xié)調(diào)控制，限制發(fā)動機節(jié)氣門變化率，將其盡可能的控制在15%/s 以內(nèi)，抑制汽油過度噴射，有利于降低混合動力汽車油耗。在MATLAB/Simulink環(huán)境下，建立ISG型中度混合動力整車模型，在給定道路循環(huán)工況1015下，分別對ISG型中度混合動力汽車油門動態(tài)協(xié)調(diào)控制前后的進行仿真分析。結果表明，通過對ISG型中度混合動力汽車油門動態(tài)協(xié)調(diào)控制，在滿足動力性的情況下，燃油經(jīng)濟性得到了一定的改善，折算電池△SOC后的整車綜合油耗降低了2%。 在楊雪梅[12]文獻中，對JL474Q1發(fā)動機進行了性能試驗，獲取了發(fā)動機的轉矩特性和燃油消耗特性;利用樣條插值的方法構造了發(fā)動機轉矩模型和發(fā)動機燃油消耗模型，并討論了非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動機性能的修正；討論了電子節(jié)氣門的結構形式，設計了電子節(jié)氣門的控制器，開發(fā)了控制器硬件電路；對電子節(jié)氣門進行了試驗，結果表明電子控制單元能夠較好地實現(xiàn)節(jié)氣門的控制。 在申彩英[13]文獻中，以“十五”科技部重大項目“純電動－混合動力汽車系統(tǒng)研發(fā)”（項目編號：2006AA11A174）的子課題——天津市形象工程600路混合動力公交車為背景，對串聯(lián)混合動力汽車控制策略進行優(yōu)化和改進。動態(tài)規(guī)劃算法可以獲得給定工況下的全局最優(yōu)控制策略；同樣，采用的新智能算法—猴群算法也可以獲得混合動力汽車能量管理問題的全局最優(yōu)解，避免了遺傳算法、粒子群算法等智能算法不能解決大規(guī)模問題的缺點；提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的串聯(lián)混合動力汽車實時能量管理策略。 在蒲斌，秦大同[14]文獻中，在對混合動力汽車的結構型式和動力元件進行基礎性理論分析后，針對我國汽車技術發(fā)展現(xiàn)狀和混合動力汽車技術的發(fā)展趨勢，設計了一種基于金屬帶式無級自動變速傳動CVT的并聯(lián)式混合動力汽車動力傳動方案。 在于海芳[15]文獻中，建立了基于能量宏觀表達法的混合動力整車模型和復合儲能系統(tǒng)模型，并基于反轉規(guī)則給出了系統(tǒng)的控制結構；模塊間根據(jù)能量的相互作用關系進行組織和關聯(lián)，系統(tǒng)的能量流動清晰直觀。并總結出不同混合度 HEV 復合儲能源適宜的混合比。混合度高于40%的重度HEV，復合儲能源混合比宜選取 0.21；混合度高于 20%的中度HEV，復合儲能源混合比宜選取0.28；混合度低于20%的輕度HEV，復合儲能源混合比宜選取0.35以上。 在姚明亮，秦大同[16]文獻中，分析了汽車排放污染物（HC、CO、NOx）的生成機理及其影響因素，總結了汽車排放控制的基本方法以及汽車排放控制技術的發(fā)展歷程。以本田Insight為例，分析了混合動力汽車為降低油耗和排放所采取的措施。以上分析為混合動力汽車的排放控制提供了理論依據(jù)。并對ADVISOR仿真軟件、混合動力汽車在ADVISOR中的建模實現(xiàn)過程進行了詳細地分析。結合本文研究的長安混合動力汽車，對ADVISOR進行了二次開發(fā)，給出了ADVISOR二次開發(fā)的具體步驟，為拓展ADVISOR的應用提供了參考。 在高銀平[17]文獻中，借助GPS/GIS所提供的道路交通信息建立汽車未來運行狀態(tài)模型，利用動態(tài)規(guī)劃法來實現(xiàn)混合動力汽車的預測控制是降低汽車油耗，有效并充分地回收制動能量，延長電池使用壽命的有效途徑。本文在這方面做了基礎性的研究工作，以中度混合動力汽車為研究對象，以汽車行駛循環(huán)工況燃油消耗量最低作為優(yōu)化控制目標，利用動態(tài)規(guī)劃逆序算法以獲得最優(yōu)控制策略，并進行了汽車燃油經(jīng)濟性優(yōu)化控制仿真。 在潘文軍[18]文獻中，對混合動力汽車勻速下坡和平路減速再生制動過程進行了動力學分析，建立了中度混合動力汽車再生制動數(shù)學模型，并根據(jù)ECE制動法規(guī)對前后軸制動力進行合理分配。并在基于動態(tài)規(guī)劃的中度混合動力汽車再生制動全局優(yōu)化控制策略的基礎上，應用模型預測控制理論，建立了中度混合動力汽車再生制動模型預測控制策略數(shù)學模型，實現(xiàn)了預測視距內(nèi)的滾動優(yōu)化控制。 結 論 前普遍使用的燃油發(fā)動機汽車存在種種弊病，除了能耗較高，更為嚴重的是污染環(huán)境。而混合動力汽車則針對不同的道路環(huán)境實施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。例如在城市運行時，當交通堵塞或遇到紅燈時發(fā)動機會關閉，當車隊移動時或信號燈 轉為綠燈時駕駛者只要輕踩加速踏板，電動機就能驅動汽車前進。在市區(qū)內(nèi)當汽車發(fā)動機無效率空轉或車輛移動緩慢時，使用電動機作動力源不但對環(huán)境有利，而且還減少了噪音。因此，越是在交通日益擁擠的大城市使用混合動力汽車，就越能夠顯示出它的節(jié)能、環(huán)保、適應能力廣的優(yōu)越性。從目前的發(fā)展來看，計算機技術和自動控制技術，以及各種智能控制系統(tǒng)在混合動力汽車上的逐漸應用，將進一步促進混合動力汽車的發(fā)展。與傳統(tǒng)型汽車相比，混合動力汽車充分吸取了電力及熱力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢，在節(jié)能和排放上勝出一籌；與純電動汽車相比，混合動力汽車的電壓和功率等級與電動車類似，但蓄電池容量大大減小，因而其造價成本低于電動汽車。當前混合動力車輛所面臨的技術問題還很多，比如汽車電池較易老化且可靠性與預期有差距，再加上生產(chǎn)成本高于燃油動力車輛，市場占有率較小，盡管從汽車制造技術的長遠發(fā)展來看，混合動力車輛只是由燃油動力車輛到純電動車的過渡類型，但其在近幾十年內(nèi)會很有發(fā)展前景，這一點是毫無疑問的。 參考文獻 [1] 秦大同, 葉心, 胡明輝. 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