混合动力汽车废气能量回收系统控制策略研究

【摘要】：废气能量回收是提高混合动力汽车节能减排效果的有效手段之一。废气能量回收系统能在混合动力汽车发动机运行过程中将发动机废气能量转换为电能存储于电池中，实现废气能量回收，因此废气能量回收能进一步减少混合动力汽车的燃油消耗和污染物排放。 混合动力汽车运行过程中，存在着不同的工作模式，因此对混合动力汽车废气能量回收系统控制策略进行深入研究，获取发动机工况、涡轮机转速和电机转速之间的最佳匹配规律，对提高废气能量回收效率和整车燃油经济性都具有重要意义。本文以某混合动力汽车为研究对象，研究了废气能量回收系统控制策略，建立了能量回收系统的模型并进行了仿真分析，论文的主要工作内容有： 1分析了混合动力汽车发动机的废气能量特性，综合考虑汽车发动机、涡轮机、高速发电机特性，研究国内外关于发动机废气能量回收技术的发展状况，提出了废气能量回收系统控制策略。 2利用仿真软件对LJ491QE发动机工作模式和废气特性进行了分析，得到了发动机废气压力、温度、流速和质量流量随发动机转速的变化曲线，根据有关理论计算出涡轮机部分基本参数，参考基本参数选择了某国产H1A型涡轮机。根据涡轮机输出转速和功率范围选择了某国产GWD1500型永磁同步高速发电机。涡轮机转速控制调节系统选用了步进电机，对可变截面涡轮调节执行机构进行了选型设计，最后对整个系统整体优化进行了初步概述。 3分析了发动机废气能量回收系统排气背压控制的方法和涡轮机转速控制方法。采用旁通阀开度来控制排气背压大小，采用了可变截面涡轮技术控制涡轮机转速。采用模糊控制原理来控制废气旁通阀开度与涡轮机进气导流叶片倾角，利用Matlab/Simulink设计了模糊控制器，并编制了相应的控制规则。本文对高速发电机逆变控制系统进行了初步研究，利用三相可控整流器对三相交流电进行控制整流，并对整流控制系统进行了初步研究并选择了电容并联滤波方式进行滤波。 4本文建立了废气能量回收系统仿真模型，包括涡轮机系统模型和高速发电机发电回收系统模型，建立了回收系统控制策略仿真模型，包括涡轮机控制系统模型和废气能量回收逆变控制系统模型，最后对整个系统进行了仿真分析。结果表明，混合动力汽车发动机废气能量回收系统控制策略可以实现废气能量的回收利用。 【关键词】：混合动力汽车 废气能量回收 可变截面涡轮机 控制策略
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 混合动力汽车概述9-11
• 1.1.1 混合动力汽车国内外发展现状9-10
• 1.1.2 混合动力系统与能量回收系统融合的优势10-11
• 1.2 混合动力汽车废气能量回收系统研究现状及关键问题11-17
• 1.2.1 废气能量回收简介11-12
• 1.2.2 废气能量回收研究现状12-16
• 1.2.3 废气能量回收的关键问题16-17
• 1.3 论文工作内容及研究意义17-19
• 1.3.1 论文工作内容17-18
• 1.3.2 论文研究意义18-19
• 2 混合动力汽车废气能量回收系统零部件选型设计19-37
• 2.1 概述19
• 2.2 发动机废气特性分析19-23
• 2.2.1 发动机工作模式分析19-20
• 2.2.2 发动机废气特性分析20-23
• 2.3 发动机与涡轮机的匹配选型23-31
• 2.3.1 废气能量利用类型分析23-24
• 2.3.2 废气能量变化对涡轮特性的影响分析24-26
• 2.3.3 涡轮机的匹配选型26-31
• 2.4 高速发电机的匹配选型31-32
• 2.5 高速传动机构设计32-34
• 2.6 可变截面涡轮执行机构选型34-35
• 2.7 废气能量回收系统整体优化35-36
• 2.8 本章小结36-37
• 3 混合动力汽车废气能量回收系统控制研究37-50
• 3.1 概述37
• 3.2 发动机废气能量回收系统控制方案37-40
• 3.2.1 发动机排气背压控制37-39
• 3.2.2 涡轮机转速控制39-40
• 3.3 废气能量回收系统控制策略40-46
• 3.3.1 废气能量回收系统控制方法40-41
• 3.3.2 模糊控制原理41-42
• 3.3.3 模糊控制器设计42-46
• 3.4 高速发电机逆变控制系统研究46-49
• 3.4.1 发电机逆变控制系统方案47
• 3.4.2 三相可控整流控制策略47-48
• 3.4.3 三相桥式整流电路48
• 3.4.4 稳压滤波电路48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 混合动力汽车废气能量回收系统仿真建模50-61
• 4.1 概述50
• 4.2 废气能量回收系统仿真模型的建立50-54
• 4.2.1 废气能量回收系统仿真模型50
• 4.2.2 涡轮机系统仿真模型50-52
• 4.2.3 永磁同步发电机仿真模型52-54
• 4.3 废气能量回收系统控制策略仿真建模54-55
• 4.3.1 涡轮机控制系统建模54-55
• 4.3.2 电能整流控制系统仿真模型55
• 4.4 废气能量回收系统仿真分析55-60
• 4.4.1 涡轮机系统仿真分析55-59
• 4.4.2 循环工况下废气能量回收系统发电效果分析59-60
• 4.5 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-64
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 在校期间发表的论文及取得的科研成果69

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