双行星排式混合动力汽车构型分析及协调控制

【摘要】：随着社会的发展，汽车技术的进步，以及环境恶化和能源危机的逐渐凸显，混合动力汽车已经逐渐成为人们研究的热点。在混合动力汽车的构型中有三种类型：串联、并联、混联。这三种构型，各有优缺点，其中混联式是兼备串联和并联的优点的一种形式。而在所有的混联式构型中，最受欢迎的就是EVT式（含有行星齿轮机构的混联式动力耦合器）的混联机构，因为，它能实现发动机的扭矩解耦和转速解耦的双重效果，使发动机尽量运行在最优曲线上。EVT具有很多种构型，每种构型都具有各自的优点和缺点。目前，国外对于EVT构型的研究和使用，已经相当成熟，然而，国内在这方面的研究还十分欠缺。所以，本文准备从国外EVT研究成果出发，对国外近几年的优秀EVT构型进行研究，总结其构型特性规律，为国内汽车企业在EVT方面的自主研发，提供一定的借鉴意义。 由于混合动力汽车不仅具有一个动力源，还包括电动机和发电机作为动力源，在模式切换时，发动机的动态响应速度没有电机响应的速度快，所以有时会出现短时间内的动力中断和整车的较大波动。因此，需要分析各个动力源的动态特性和模式切换过程，运用电机扭矩补偿原理，对动力源进行动态协调控制，保证其较好的动态协调效果。本文以EVT里最具代表性的双行星排式混合动力汽车（Lexus GS450h构型）为研究对象，研究其动态协调控制算法，同时进行仿真分析。本文主要从以下几方面进行研究： 1，进行EVT构型分析。主要以Toyota公司和GM公司为代表进行优质EVT构型分析，总结其优缺点和构型演变规律，并对各个构型进行力学分析和模式分析，以此来为国内EVT构型的自主研发提供借鉴依据。 2，对发动机、电机分别进行特性分析，得出其不同的动态响应级别，并且解释了为什么混合动力汽车在模式切换时会发生动力中断和波动过强的不良现象。对双行星排式混合动力汽车（Lexus GS450h）的EVT构型进行动力学分析，选择冲击度J作为协调控制的评价指标。 3，以发动机启动作为模式切换的典型过程，利用电机扭矩补偿原理，定义这一过程的动态控制算法。分析后排高低档之间的切换过程，定义与拉维娜氏连接的两个制动器切换时的动态控制算法。 4，运用AMESim软件与Matlab/simulink软件搭建发动机启动过程和后排高低档切换过程的控制模型，进行仿真验证，并且优化算法，得出最好的控制效果，提高整车动力性，以及降低整车冲击度。 【关键词】：混合动力 双行星排 构型分析 模式切换 协调控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 双行星排式混合动力汽车11-15
• 1.1.1 国外构型现状11-14
• 1.1.2 国内构型现状14-15
• 1.2 双行星排式混合动力系统协调控制问题的提出15-16
• 1.3 双行星排式混合动力系统协调控制的相关研究现状16-18
• 1.3.1 国内研究进展16-17
• 1.3.2 国外研究进展17-18
• 1.4 本论文研究的意义18-19
• 1.5 论文的主要内容及工作19-21
• 第2章 构型分析21-61
• 2.1 日本 TOYOTA 公司 EVT 构型分析21-35
• 2.1.1 日本 Toyota 公司单排21-25
• 2.1.2 日本 Toyota 公司 THS—C 系统25-28
• 2.1.3 日本 Toyota 公司双排28-29
• 2.1.4 日本 Toyota 公司 Ravigneaux 型29-33
• 2.1.5 日本 Toyota 公司 EVT 构型总结33-35
• 2.2 美国 GM 公司 EVT 构型分析35-55
• 2.2.1 美国 GM 公司双排35-43
• 2.2.2 美国 GM 公司三排43-53
• 2.2.3 美国 GM 公司 EVT 构型总结53-55
• 2.3 国内 EVT 构型分析55-57
• 2.3.1 同济大学55
• 2.3.2 中国汽车技术研究中心55-56
• 2.3.3 吉林大学56-57
• 2.4 构型专利总结57-61
• 第3章 双行星排式动力系统的特性分析及平顺性评价指标61-73
• 3.1 整车特性分析61-64
• 3.1.1 发动机动态特性分析61-62
• 3.1.2 电动机动态特性分析62-64
• 3.1.3 发电机动态特性分析64
• 3.2 双行星排式耦合系统动力传递特性分析64-70
• 3.2.1 前排行星齿轮机构特性分析66-68
• 3.2.2 后排拉维娜氏系统的特性分析68-70
• 3.3 模式切换效果的评价指标分析70-71
• 3.4 本章小结71-73
• 第4章 模式切换时的协调控制算法研究73-83
• 4.1 工作模式分析73-74
• 4.2 发动机启动过程的控制算法74-79
• 4.2.1 整车的总扭矩需求74-75
• 4.2.2 发动机启动过程中的电机扭矩补偿75-79
• 4.3 拉维娜氏结构两个制动器的控制分析79-82
• 4.3.1 传动比的选择79-80
• 4.3.2 拉维娜氏结构速比切换时制动器的控制80-82
• 4.4 本章小结82-83
• 第5章 模式切换的仿真分析83-93
• 5.1 双行星排式混合动力汽车的仿真模型83-86
• 5.2 发动机启动时动态协调控制的仿真研究86-89
• 5.3 后排高速档、低速档切换过程的仿真分析89-92
• 5.3.1 由低速档切换至高速档的仿真结果89-91
• 5.3.2 由高速档切换至低速档的仿真结果91-92
• 5.4 本章小结92-93
• 第6章 全文总结及展望93-97
• 6.1 全文总结93-94
• 6.2 研究展望94-97
• 参考文献97-103
• 作者简介及研究成果103-105
• 致谢105

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