纯电动汽车双电机耦合动力传动系统控制策略研究

【摘要】：动力耦合技术是动力系统发展的一种方向,它能够将多个动力源通过耦合器组合起来实现动力组合或分解、再生制动、工作模式切换以及其他辅助等功能,具有广泛的应用前景。动力耦合技术已经成熟地应用于混合动力电动汽车,然而应用于纯电动汽车案例却很少。本文研究目的是通过研究混合动力汽车动力耦合技术,并参考相关的车型,如丰田公司开发的Prius(普锐斯)、通用公司研发的Volt(沃兰特)等汽车,将动力耦合技术应用于纯电动汽车,期望通过动力耦合技术将多个小功率电机通过耦合器组合起来代替原来的大功率电机使用,不仅可以减少整个动力系统的体积和重量而且可以降低动力系统的生产成本,让纯电动汽车的动力系统朝着更加高效集成的方向发展。借鉴于混合动力汽车的动力耦合系统,纯电动汽车采用多个驱动电机作为动力源,通过综合控制器来控制多个驱动电机和耦合器的工作状态实现多个驱动电机的动力耦合系统为纯电动汽车提供动力耦合、能量回收、工作模式切换等功能。据此,本文选用双电机耦合动力系统作为纯电动汽车动力耦合技术的研究对象,依据该动力耦合系统的结构形式和实现的功能以及纯电动汽车的性能要求,匹配出合适的动力耦合系统的相关参数,再根据此参数制定每种工作模式和不同工作模式之间进行切换的控制策略,最后通过建立系统仿真模型对所制定的相关控制策略进行仿真评价。具体研究内容包括几个方面:(1)双电机耦合动力传动系统参数匹配。依据纯电动汽车的整车参数和性能要求,匹配出合适的驱动电机参数、耦合器参数以及主减速器参数。(2)双电机耦合动力系统的动力学模型研究。根据制定的双电机耦合动力传动系统的结构方案,改进并完善实验室现有的耦合动力系统的动力性模型,重点是对行星齿轮机构的转矩和转速特性进行分析。(3)制定不同工作模式的控制策略。对该动力耦合传动系统的工作模式进行分析,制定电机1单独工作模式、电机2单独工作模式和双电机联合工作模式的控制策略。(4)分析耦合动力传动系统的不同工作模式之间的联系,研究满足驾驶员不同操作意图的模式切换点。(5)制定基于驾驶员不同操作意图的控制策略。本文将驾驶员操作意图简单地定义为动力性和经济性两种形式,据此提出了最佳动力性和最佳单位能量行驶里程模式切换控制规律,并运用遗传算法优化方法对最佳单位能量行驶里程模式切换控制规律进行优化,最后完成最佳动力性和最佳单位能量行驶里程两种模式切换控制策略的制定。(6)利用MATLAB/Simulink建立系统仿真模型,包括循环工况仿真模型、电机模型、行星齿轮耦合器模、控制策略模型以及整车纵向动力学模型等,对制定的三种工作模式控制策略和两种模式切换控制策略进行仿真验证,最后对仿真结果进行分析。 【关键词】：纯电动汽车 双电机耦合动力系统 工作模式 模式切换 控制策略 仿真
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 电动汽车发展概述11-12
• 1.1.1 国外电动汽车发展概述11
• 1.1.2 国内电动汽车发展概述11-12
• 1.2 多动力耦合技术发展概述12-19
• 1.2.1 多动力耦合技术简介12-14
• 1.2.2 动力耦合传动系统的结构方案14-17
• 1.2.3 动力耦合传动系统的控制策略研究现状17-19
• 1.3 典型的动力耦合系统19-22
• 1.3.1 丰田THS混合动力耦合系统19-20
• 1.3.2 ISG型动力耦合系统20-21
• 1.3.3 BSG双电机型动力耦合系统21
• 1.3.4 通用公司“四模式”双电机增程式动力耦合系统21-22
• 1.3.5 特斯拉Tesla“四驱”牵引力耦合式动力耦合系统22
• 1.4 双电机耦合动力传动系统结构方案22-24
• 1.5 本文的研究目的和意义24
• 1.6 本文的主要研究内容24-26
• 2 双电机耦合动力传动系统的结构特性分析及系统参数匹配26-33
• 2.1 双电机耦合动力传动系统的工作原理及工作模式划分26-27
• 2.1.1 耦合动力传动系统的工作原理26
• 2.1.2 耦合动力传动系统工作模式划分26-27
• 2.2 双电机行星耦合机构特性27-28
• 2.2.1 行星齿轮机构的转速特性27-28
• 2.2.2 行星齿轮机构的转矩特性28
• 2.3 双电机耦合动力传动系统参数匹配28-32
• 2.3.1 双电机耦合动力传动系统参数匹配原则28-31
• 2.3.2 纯电动汽车基本参数及性能指标31
• 2.3.3 参数匹配结果31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 双电机耦合动力传动系统工作效率特性分析33-39
• 3.1 驱动电机的工作效率分布33
• 3.2 电机1单独工作模式（工作模式 1）耦合动力传动系统工作特性33-34
• 3.3 电机2单独工作模式（工作模式 2）耦合动力传动系统工作特性34-35
• 3.4 双电机联合工作模式（工作模式 3）耦合动力传动系统工作特性35-37
• 3.5 双电机耦合动力传动系统工作效率37-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 双电机耦合动力传动系统工作模式及模式切换控制策略39-56
• 4.1 双电机耦合动力传动系统三种工作模式的控制策略40-42
• 4.1.1 工作模式1的控制策略40-41
• 4.1.2 工作模式2的控制策略41
• 4.1.3 工作模式3的控制策略41-42
• 4.2 耦合动力传动系统模式切换控制策略42-55
• 4.2.1 最佳动力性模式切换控制策略42-45
• 4.2.2 最佳单位能量行驶里程模式切换控制策略45-55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 双电机耦合动力传动系统控制策略仿真分析56-75
• 5.1 系统仿真模型建立56-64
• 5.1.1 循环工况模块56-60
• 5.1.2 电机模块60
• 5.1.3 行星齿轮机构模块60-61
• 5.1.4 整车纵向动力学模块61-62
• 5.1.5 模式切换控制策略模块62-64
• 5.2 仿真结果及分析64-74
• 5.2.1 动力性仿真结果64-65
• 5.2.2 经济性、模式切换次数、电机高效率利用率仿真结果65-71
• 5.2.3 仿真结果分析71-74
• 5.3 本章小结74-75
• 6 全文总结与工作展望75-77
• 6.1 全文总结75
• 6.2 工作展望75-77
• 参考文献77-79
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果79-80
• 致谢80-81

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