轮毂式混合动力汽车研发

【摘要】：混合动力汽车工业化生产的硬件及软件已经基本成熟,作为现今汽车工业中最具有产业化意义的新能源汽车类型之一,其发展对于应对处理汽车保有量增加所导致的全球环境污染及能源短缺问题,具有十分重要的意义。轮毂式混合动力汽车,作为一种新型的汽车结构型式,其具备动力独立可控,轻便灵活,性能优越等优点,正在使其得到越来越广泛的应用。在国外,目前已有相对较成熟的轮毂电机产品以及轮毂驱动的样车出现,且在军用和民用车辆上都有应用；国内也在其领域取得了一定的成果。 本文以串联式轮毂驱动混合动力汽车作为研究对象,主要进行了以下工作： 首先按照轮毂电机转子结构以及电机类型的不同,对其进行了分类；考虑到高速内转子型的轮毂电动机具有质量轻,比功率高,效率高的优点,且随着紧凑型行星齿轮变速机构的出现,使其在功率密度方面比低速外转子型的轮毂电机更加具有竞争力,由此,本文中轮毂电机形式选为高速内转子型。基于串联式轮毂驱动汽车的布局结构图,并结合所确定的目标车型的动力性能指标及动力参数匹配原则,对其进行了动力部件的匹配选择,初步确定了串联式轮毂驱动车辆各个主要动力元件的基本参数,主要包括：发动机性能参数,电动机的性能参数以及蓄电池的相关参数。 在忽略轮胎差异、地面影响因素及相关的假定条件下,基于Ackerman-Jean-tand转向分析模型,本文提出了相应的电子差速控制策略及控制流程框图,同时建立了车辆差速控制的结构图。 针对驱动电机部分,首先基于相关的假定条件,建立起了永磁无刷直流电动机的数学模型；对电机控制部分,采用转速---电流双闭环反馈的控制方式：电流环采用电流斩波控制方式,速度部分采用经典的PI控制方式。同时对电流斩波以及PI控制方式的原理分别进行了论述。基于电动机的数学模型以及控制方式的确定,在MATLAB/simulink环境下完成了永磁无刷直流电动机的仿真模型的建立,对其进行了仿真分析,仿真结果表明其具有良好的响应特性,从而论证了永磁无刷直流电机速度控制环与电流控制环的可行性,对轮毂驱动的车辆的研究具有一定的参考价值。 【关键词】：混合动力汽车 轮毂电动机 永磁无刷直流电动机
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外的发展情况概述10-13
• 1.2.1 国外研究发展情况回顾10-12
• 1.2.2 国内研究发展情况回顾12-13
• 1.3 轮毂驱动混合汽车需解决的关键技术13-14
• 1.4 本课题的主要研究内容14-15
• 第2章 轮毂驱动混合动力汽车动力参数计算15-31
• 2.1 轮毂电动机的概述15-17
• 2.2 串联式轮毂驱动混合动力系统的结构17-22
• 2.3 轮毂驱动混合动力汽车的性能指标以及匹配原则22-24
• 2.3.1 轮毂驱动混合动力汽车的性能指标23
• 2.3.2 轮毅驱动混合动力汽车的匹配原则23-24
• 2.4 轮毂驱动串联式混合动力汽车动力参数计算24-30
• 2.4.1 发动机的选型及参数匹配计算24-27
• 2.4.2 电动机的选型以及功率的确定27-29
• 2.4.3 电池的容量和数量的设计29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 轮毂驱动混合动力汽车差速控制策略31-44
• 3.1 轮毅驱动混合动力汽车动力学分析31-38
• 3.1.1 车辆坐标系、大地坐标系31-32
• 3.1.2 轮毂驱动混合动力汽车直线行驶时的动力学方程32-36
• 3.1.3 轮毂驱动混合动力汽车转向行驶的动力学分析36-38
• 3.2 轮毂驱动混合动力汽车转向行驶控制38-42
• 3.2.1 电子差速控制策略38-40
• 3.2.2 差速系统控制结构40-42
• 3.3 本章小结42-44
• 第4章 永磁无刷直流电机的控制44-58
• 4.1 永磁无刷直流电动机驱动的基本原理44-47
• 4.2 永磁无刷直流电动机的数学模型47-51
• 4.3 永磁无刷直流电机的控制51-57
• 4.3.1 永磁无刷直流电动机电流环的控制53-54
• 4.3.2 永磁无刷直流电动机速度环的控制54-57
• 4.3.2.1 PID控制的原理55-56
• 4.3.2.2 PID参数的整定56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 永磁无刷直流电动机的建模与仿真58-70
• 5.1 仿真软件MATLAB/Simulink的简介58-59
• 5.2 仿真模块的建立59-66
• 5.3 仿真结果分析66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文76

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