纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究
纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究【摘要】:纯电动汽车具有高效、节能、终端零排放等特点,是解决能源危机和环境污染的重要途径。但电动汽车受电池能量密度和驱动系统效率的限制,续驶里程短
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U469.72
【目录】:
- 目录5-13
- CONTENTS13-22
- 摘要22-26
- ABSTRACT26-33
- 主要符号表33-34
- 第1章 绪论34-44
- 1.1 课题研究的背景及意义34-35
- 1.2 纯电动汽车关键技术研究现状35-40
- 1.2.1 驱动电机及其控制系统35-37
- 1.2.2 动力电池及其管理系统37-39
- 1.2.2.1 等效电路模型的研究38-39
- 1.2.2.2 电池组SOC估计方法的研究39
- 1.2.3 动力总成控制系统39-40
- 1.3 纯电动汽车动力总成匹配技术40-43
- 1.3.1 车辆动力系统运行区域分析40-41
- 1.3.2 动力总成模拟仿真技术41-42
- 1.3.3 动力总成系统台架性能试验42
- 1.3.4 整车底盘测功机及实车道路试验42-43
- 1.4 课题主要研究内容43-44
- 第2章 纯电动汽车动力总成系统性能测试试验台开发44-66
- 2.1 试验台的系统组成及测控系统硬件开发44-52
- 2.1.1 试验台的系统组成44-46
- 2.1.1.1 电源系统45
- 2.1.1.2 驱动电机系统45-46
- 2.1.1.3 测功机系统46
- 2.1.1.4 数据采集控制系统46
- 2.1.2 试验台测控系统硬件开发46-52
- 2.1.2.1 信息单元功能及微处理器选择47-48
- 2.1.2.2 信息单元电源模块48
- 2.1.2.3 信息单元通信接口模块48-49
- 2.1.2.4 信息单元信号调理模块49-51
- 2.1.2.5 电机系统供电电源选择切换控制模块51-52
- 2.2 试验台CAN通信网络总线协议的制定52-58
- 2.2.1 试验台CAN通信网络结构52-54
- 2.2.2 试验台CAN总线通信协议54-58
- 2.3 试验台功能及测控系统软件开发58-65
- 2.3.1 试验台功能58-59
- 2.3.2 试验台测控系统软件设计59-61
- 2.3.3 试验台报警及保护61-62
- 2.3.4 试验台功能验证62-65
- 2.3.4.1 试验台测控系统功能验证63-64
- 2.3.4.2 纯电动汽车基本城市循环工况性能测试64-65
- 2.4 本章小结65-66
- 第3章 纯电动汽车动力总成关键部件特性分析66-86
- 3.1 磷酸铁锂电池组效率特性测试及建模66-73
- 3.1.1 电池组充、放电效率特性测试66-72
- 3.1.1.1 测试工况范围的确定67
- 3.1.1.2 电池组温度控制67-68
- 3.1.1.3 开路电压测试68-69
- 3.1.1.4 电池组容量效率计算69-70
- 3.1.1.5 电压性效率计算70-72
- 3.1.2 电池组效率模型构建72-73
- 3.2 驱动电机系统效率特性测试及建模73-79
- 3.2.1 驱动电机系统效率特性测试73-77
- 3.2.1.1 驱动电机试验温度控制73-74
- 3.2.1.2 驱动电机常用工况范围内的效率测试74-75
- 3.2.1.3 驱动电机高速弱磁范围内的效率测试75-77
- 3.2.2 驱动电机系统效率模型构建77-79
- 3.3 电力驱动系统效率特性测试及建模79-85
- 3.3.1 测试工况范围确定79-80
- 3.3.2 能量回馈效率特性测试80
- 3.3.3 能量回馈效率预测模型构建80-82
- 3.3.4 电力驱动系统驱动效率特性测试82-83
- 3.3.5 电力驱动系统驱动效率模型构建83-85
- 3.4 本章小结85-86
- 第4章 济南市道路工况下车辆动力系统运行区域测试分析86-110
- 4.1 车载信息单元开发86-93
- 4.1.1 车载信息单元硬件设计87
- 4.1.2 车载信息单元通信协议87-90
- 4.1.3 车载信息单元软件结构90-91
- 4.1.4 车载信息单元性能测试91-92
- 4.1.5 监控中心平台数据处理及显示92-93
- 4.2 济南市车辆行驶工况表征参数分析及数据采集93-97
- 4.2.1 行驶工况表征参数分析93-95
- 4.2.1.1 车辆瞬时比功率93
- 4.2.1.2 道路坡度93-95
- 4.2.1.3 车速95
- 4.2.1.4 车辆加速度95
- 4.2.2 行驶工况测试路线选择95-96
- 4.2.3 车辆运行数据采集96-97
- 4.2.3.1 电机控制器输出转矩校准96-97
- 4.2.3.2 数据稳定性分析97
- 4.3 车辆行驶工况构建97-106
- 4.3.1 运动学片段划分及特征值分析97-99
- 4.3.1.1 运动学片段划分97
- 4.3.1.2 运动学片段特征值分析97-99
- 4.3.2 行驶工况构建99-105
- 4.3.2.1 主成分分析99-100
- 4.3.2.2 快速聚类分析100-102
- 4.3.2.3 候选工况构建102-103
- 4.3.2.4 代表性工况选取103-105
- 4.3.3 车辆行驶工况构建结果分析105-106
- 4.4 纯电动物流车和微型乘用车行驶工况比较106-107
- 4.5 车辆动力系统常用运行区域分析107-108
- 4.5.1 济南市车辆行驶工况特点107-108
- 4.5.2 济南市车辆动力系统常用运行区域108
- 4.6 本章小结108-110
- 第5章 动力总成系统软件在环仿真技术研究110-136
- 5.1 软件在环仿真系统开发110-122
- 5.1.1 城市道路工况描述模块110
- 5.1.2 车辆行驶动力学模块110-112
- 5.1.3 整车控制器模块112-114
- 5.1.4 动力总成系统关键部件选型模块114-115
- 5.1.4.1 车辆功率需求分析114
- 5.1.4.2 驱动电机选择114-115
- 5.1.4.3 动力电池组选择115
- 5.1.5 驱动电机模块115-117
- 5.1.5.1 异步电机MT坐标系下数学模型115-117
- 5.1.5.2 异步电机模块117
- 5.1.6 电机控制器模块117-119
- 5.1.7 动力电池组模块119-121
- 5.1.8 软件在环仿真系统121-122
- 5.2 动力总成在环仿真系统验证122-126
- 5.2.1 动力电池组充、放电过程仿真122-123
- 5.2.2 驱动电机工作过程仿真123-124
- 5.2.3 整车性能仿真124-126
- 5.3 动力总成系统参数匹配研究126-135
- 5.3.1 车辆设计指标与实际工作区域分析126-127
- 5.3.1.1 车辆性能指标126-127
- 5.3.1.2 车辆实际工作区域分析127
- 5.3.2 动力总成系统参数匹配127-132
- 5.3.2.1 驱动电机选择127-128
- 5.3.2.2 电池组电压选择128-129
- 5.3.2.3 电池组容量选择129-130
- 5.3.2.4 传动系统挡位选择130-132
- 5.3.3 车辆性能测试132-135
- 5.3.3.1 车辆动力性能测试132-133
- 5.3.3.2 百公里能耗及续驶里程测试133-134
- 5.3.3.3 新匹配纯电动汽车与原车技术参数对比134-135
- 5.4 本章小结135-136
- 第6章 电力驱动系统控制器及控制策略开发136-190
- 6.1 驱动电机控制器开发136-159
- 6.1.1 驱动电机控制器硬件设计136-145
- 6.1.1.1 控制系统主回路136-138
- 6.1.1.2 微控制器选择138-140
- 6.1.1.3 传感器信号调理140-142
- 6.1.1.4 主控板电源电路142-143
- 6.1.1.5 主控制板通讯电路143-144
- 6.1.1.6 IGBT功率模块门极驱动电路144-145
- 6.1.2 驱动电机矢量控制算法145-158
- 6.1.2.1 坐标变换146-147
- 6.1.2.2 转子磁通角计算147-148
- 6.1.2.3 电压空间矢量扇区定位和作用时间计算148-151
- 6.1.2.4 电机控制器直流母线电压对矢量控制影响151
- 6.1.2.5 转子电阻R_r对矢量控制的影响151-153
- 6.1.2.6 高速弱磁控制153-154
- 6.1.2.7 供电电源对电机系统性能影响154-157
- 6.1.2.8 电机转速PI控制器参数整定157-158
- 6.1.3 电机控制器性能验证158-159
- 6.1.3.1 电机转矩控制性能158-159
- 6.1.3.2 电机转速控制性能159
- 6.2 整车控制策略研究159-180
- 6.2.1 整车驱动控制策略开发159-165
- 6.2.1.1 驱动模式识别159-160
- 6.2.1.2 整车驱动控制策略160-164
- 6.2.1.3 整车控制策略的分析验证164-165
- 6.2.2 能量回馈效率影响因素分析165-170
- 6.2.2.1 电机转速对能量回馈效率的影响166
- 6.2.2.2 电机制动转矩对能量回馈效率的影响166-167
- 6.2.2.3 电池组SOC对能量回馈效率的影响167-168
- 6.2.2.4 电池组温度对能量回馈效率的影响168-169
- 6.2.2.5 电机温度对最大制动转矩的限制169-170
- 6.2.3 滑行能量回馈策略开发170-177
- 6.2.3.1 动态矩阵预测控制171-172
- 6.2.3.2 传统车辆滑行时发动机产生阻力的测试172-173
- 6.2.3.3 试验车辆能量回馈效率模型173-174
- 6.2.3.4 制动转矩参考轨迹的确定174-175
- 6.2.3.5 基于动态矩阵预测控制的滑行能量回馈策略175-176
- 6.2.3.6 滑行能量回馈策略的实车验证176-177
- 6.2.4 制动能量回馈策略开发177-180
- 6.2.4.1 能量回馈速度特性及控制策略评价依据177-178
- 6.2.4.2 基于滑动率的制动能量回馈策略178-179
- 6.2.4.3 制动能量回馈策略的实车验证179-180
- 6.3 纯电动汽车能耗影响因素的分析180-188
- 6.3.1 驾驶特性对车辆能耗的影响180-182
- 6.3.2 车辆运行状态对能耗的影响182-187
- 6.3.2.1 车辆加速度对能耗的影响183-184
- 6.3.2.2 车速对能耗的影响184-185
- 6.3.2.3 制动减速度对能耗的影响185
- 6.3.2.4 电机过载对能耗的影响185-187
- 6.3.3 电机极限参数控制模式的设置187-188
- 6.3.3.1 电机过载限制187
- 6.3.3.2 最高车速限制187-188
- 6.3.3.3 电机极限参数控制模式的验证188
- 6.4 本章小结188-190
- 第7章 纯电动汽车匹配后的性能试验验证190-202
- 7.1 底盘测功机试验190-195
- 7.1.1 底盘测功机试验的准备工作190-194
- 7.1.1.1 底盘测功机基本惯量测试191-192
- 7.1.1.2 底盘测功机寄生功率测试192-193
- 7.1.1.3 纯电动汽车旋转质量换算系数测试193-194
- 7.1.2 车辆最高车速测试194
- 7.1.3 车辆能量消耗和续驶里程测试194-195
- 7.2 实车道路试验195-200
- 7.2.1 驱动模式管理系统完备性的验证195-196
- 7.2.2 加速性能测试196-198
- 7.2.3 车辆关键部件保护措施198-200
- 7.3 本章小结200-202
- 第8章 总结与展望202-206
- 8.1 全文总结202-204
- 8.1.1 纯电动汽车动力总成系统性能测试试验台开发202
- 8.1.2 纯电动汽车动力总成系统关键部件特性分析及模型构建202
- 8.1.3 济南市道路工况下车辆动力系统运行区域测试分析202-203
- 8.1.4 动力总成系统软件在环仿真分析203
- 8.1.5 电机控制器开发203
- 8.1.6 纯电动汽车整车控制策略研究203
- 8.1.7 纯电动汽车匹配后的性能试验验证203-204
- 8.2 论文特色和创新之处204
- 8.3 展望204-206
- 参考文献206-220
- 致谢220-222
- 攻读博士学位期间发表的主要学术论文222-224
- 学位论文评阅及答辩情况表224-225
- 附件225-244
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