插电式混合动力汽车动力耦合系统设计与性能研究

【摘要】：汽车工业的高速发展使得我国面临越来越严峻的能源短缺和环境污染，发展电动汽车可以有效解决当前我国面临的能源与环境问题。在纯电动汽车和燃料电池汽车关键技术未取得突破性进展，传统混合动力汽车节油能力有限的情况下，兼具纯电动汽车和传统混合动力汽车优点的插电式混合动力汽车得到了世界各国的广泛关注，成为目前最具有现实意义的一种电动汽车方案。 动力耦合系统对混合动力汽车的动力性、燃油经济性等多方面性能都有很大影响，是混合动力汽车研发的核心技术。本文介绍了国内外现有混合动力汽车动力耦合系统的发展现状和趋势，在对其优缺点进行分析的基础上，提出一种单电机结合行星齿轮机构的动力耦合系统方案。本文主要研究内容如下： （1）阐述当前插电式混合动力汽车的发展现状，介绍了现有混合动力汽车动力耦合系统的结构及特点，分析了几种典型动力耦合系统的工作原理，并指出了EVT技术是当前动力耦合系统的发展趋势。 （2）当前国内外EVT结构多采用双电机结合单排或者多排行星齿轮结构，针对其结构复杂、控制困难的缺点，设计一种结构简单的单电机结合单排行星齿轮机构的耦合方案，分析该方案在不同工况下的多种工作模式，并对各工作模式下的耦合特性进行了分析。 （3）以长安某款轿车作为研究对象，结合本文的动力耦合系统设计一款插电式混合动力汽车，根据国标要求并结合各工作模式的特点，完成包括发动机、电动机、动力电池、行星齿轮机构等传动系统重要部件的选型并对其进行参数匹配设计。 （4）根据动力耦合系统的结构以及工作模式特点，在满足插电式混合动力汽车动力性的前提下，制定了以提高燃油经济性为目标的逻辑门限控制策略；优化了发动机工作区域，对影响电池组充放电效率的因素进行了分析，确定了电池SOC的工作区间，制定了制动控制策略，并确定了各工种模式的切换条件。 （5）在Matlab/Simulink环境下建立整车动力传统系统仿真模型，对参数匹配结果和制定的控制策略进行仿真验证。通过仿真结果得出本文设计的动力耦合系统满足动力性设计要求，燃油经济性与原车相比有了明显提高。 【关键词】：插电式混合动力汽车 动力耦合系统 参数匹配 控制策略 仿真
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 国内外插电式混合动力汽车的发展现状11-13
• 1.3 插电式混合动力汽车的动力结构类型及特点13-15
• 1.3.1 串联式 PHEV13-14
• 1.3.2 并联式 PHEV14
• 1.3.3 混联式 PHEV14-15
• 1.4 混合动力汽车动力耦合系统的研究15-20
• 1.4.1 动力耦合系统的功能16
• 1.4.2 动力耦合系统的分类16-17
• 1.4.3 混合动力耦合系统的研究现状17-19
• 1.4.4 动力耦合系统的发展趋势19-20
• 1.5 本文研究内容20-21
• 2 PHEV 动力耦合系统的设计与分析21-35
• 2.1 方案思路21-22
• 2.2 行星齿轮结构及其运动分析22-23
• 2.3 动力耦合系统结构方案设计23-25
• 2.4 PHEV 动力传动系统工作模式分析25-34
• 2.4.1 纯电动模式25-26
• 2.4.2 发动机单独驱动模式26-28
• 2.4.3 单自由度混合驱动模式28-29
• 2.4.4 单自由度行车充电模式29-31
• 2.4.5 两自由度混合驱动模式31-32
• 2.4.6 两自由度行车充电模式32-33
• 2.4.7 停车充电模式33
• 2.4.8 再生制动模式33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 PHEV 传动系统的参数匹配35-47
• 3.1 整车基本参数和设计要求35-36
• 3.2 电动机的选型及参数匹配36-39
• 3.2.1 电动机类型的选择36-37
• 3.2.2 电动机的参数匹配37-38
• 3.2.3 电动机的功率匹配38-39
• 3.2.4 电机转速和转矩的确定39
• 3.3 发动机的参数匹配39-40
• 3.4 电池参数匹配40-43
• 3.4.1 电池的选型40-41
• 3.4.2 纯电动行驶里程的选择41
• 3.4.3 放电深度设计41
• 3.4.4 电池参数设计41-43
• 3.5 行星齿轮耦合机构特征参数的确定43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 4 PHEV 控制策略的研究47-61
• 4.1 常用的控制策略47-48
• 4.2 整车控制策略的制定原则48-49
• 4.3 发动机区域控制策略49-51
• 4.4 电池组工作状态控制51-53
• 4.5 制动控制策略53-55
• 4.6 整车逻辑门限控制策略的设计55-59
• 4.6.1 电量消耗控制策略55-56
• 4.6.2 电量保持控制策略56-59
• 4.7 本章小结59-61
• 5 整车动力系统的建模及仿真分析61-77
• 5.1 动力传递系统模型的建立62-67
• 5.1.1 驾驶员模型62-63
• 5.1.2 整车控制器模型63-64
• 5.1.3 电机模型64-65
• 5.1.4 发动机模型65
• 5.1.5 电池组模型65-66
• 5.1.6 行星齿轮耦合机构模型66-67
• 5.2 整车仿真计算与结果分析67-75
• 5.2.1 动力性仿真67-68
• 5.2.2 燃油经济性仿真68-75
• 5.3 本章小结75-77
• 6 全文总结77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 研究展望78-79
• 致谢79-81
• 参考文献81-85
• 附录85
• A. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目85

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