CVT轻度混合动力汽车能量管理策略研究

【摘要】： 机械无级变速器(CVT)速比连续可调,能够实现汽车动力传动系统的优化匹配,是汽车理想的变速器。在混合动力系统中使用CVT可以联合电机优化发动机工作点,提高发动机运行效率;在汽车制动过程可以优化电机的工作点,提高汽车再生制动能量回收的效能。因此CVT混合动力汽车的研究成为现代汽车研究中的一个重要方向。 本论文针对长安ISG型混合动力系统,结合CVT自身的特点,对CVT轻度混合动力系统的匹配与能量管理策略进行了研究,主要工作内容如下: ①根据汽车的行驶特性和动力学方程,给出了发动机最大功率、电机额定功率、蓄电池额定电压和CVT速比范围的确定方法,并以混合动力汽车油耗最小为目标函数,在车辆城市循环工况下进行了关键匹配参数的优化计算,使关键部件的参数匹配更加合理。 ②进行了关键部件性能测试实验,建立了发动机的转矩模型、油耗模型和效率模型;得到了ISG电机的转矩特性模型和效率模型;利用电池充放电特性实验测试结果,进行了理论推导,并建立了内阻模型和电动势模型,提出了理论计算的能量效率模型;为了进一步提高电池使用过程中的能量效率,进行了电池温度场的理论分析和仿真计算,设计了电池组冷却系统的一种新型结构;进行了CVT功率损失的理论分析,得到CVT的理论效率模型。以上工作为CVT混合动力系统效率分析奠定了基础。 ③建立了CVT轻度混合动力车辆各种工作模式下的动力学模型;分析并推导了混合动力汽车各种工作模式下的系统效率计算公式;综合考虑电池效率、CVT效率、电机效率和发动机效率,以系统效率最优为目标,建立了各种驱动工作模式下的系统效率的优化模型,获得了在不同驱动模式下系统效率最高的CVT目标控制速比模型与电机目标控制转矩模型;以电池回收能量最大为目标,建立了各种制动工况下的系统回收能量的优化模型,获得了在各种制动工况下电池回收能量最大的CVT目标控制速比模型与电机目标控制转矩模型。以上研究为CVT混合动力系统能量管理策略的制定奠定了理论基础。 ④建立了CVT轻度混合动力系统工作模式的切换策略和静态功率控制策略;提出了综合考虑整车油耗和电池寿命的系统动态效率最优能量管理策略,进行了循环工况仿真;并对现有的混合动力油耗评价方法进行了修正,使其更加接近车辆实际油耗。 ⑤搭建了CVT轻度混合动力传动系统试验台架;利用Matlab/Simulink仿真平台和dSPACE实时控制工具,开发了实时控制系统,分别对车辆怠速起停、驱动充电、驱动助力放电和再生制动工作模式的能量管理策略进行了实验测试;验证了本文所提出的系统动态效率最优能量管理策略。 作为混合动力系统的核心关键技术,能量管理策略在混合动力系统的知识产权中占有重要地位。本文研究对于提高我国混合动力汽车的研究开发水平和实现自主知识产权的混合动力汽车产业化具有重要意义。 【关键词】：轻度混合动力 机械无级自动变速 能量管理策略 仿真 试验
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 课题的来源及意义10-12
• 1.2 混合动力汽车的研究与开发现状12-17
• 1.2.1 混合动力汽车分类12-14
• 1.2.2 混合动力汽车发展现状14-17
• 1.3 混合动力汽车的关键技术17-22
• 1.3.1 整车系统集成关键技术17-19
• 1.3.2 关键零部件技术19-22
• 1.4 混合动力传动系统控制研究概述22-25
• 1.4.1 混合动力传动系统控制目标22
• 1.4.2 混合动力传动系统控制研究现状22-25
• 1.5 本文基本思路和主要研究内容25-28
• 2 CVT 轻度混合动力汽车传动系统关键部件参数匹配研究28-42
• 2.1 前言28
• 2.2 混合动力汽车关键零部件参数计算28-33
• 2.2.1 混合动力汽车纵向动力学方程28-29
• 2.2.2 混合动力汽车发动机与电机功率计算29-30
• 2.2.3 电池参数的计算30-32
• 2.2.4 变速器及其速比的选择32-33
• 2.3 混合动力系统关键零部件的优化计算33-41
• 2.3.1 循环工况36-37
• 2.3.2 混合动力汽车参数37
• 2.3.3 混合动力汽车基本控制策略37-38
• 2.3.4 混合动力汽车发动机、电机、电池功率的确定38
• 2.3.5 城市循环工况仿真结果38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 3 CVT 轻度混合动力汽车关键部件性能实验与数值模型42-70
• 3.1 前言42
• 3.2 发动机性能实验与数值模型42-44
• 3.3 电机性能实验与数值模型44-47
• 3.4 蓄电池性能实验与数值模型47-62
• 3.4.1 蓄电池充放电性能实验及模型建立48-53
• 3.4.2 蓄电池温度场实验与模型建立53-61
• 3.4.3 蓄电池SOC 计算模型61-62
• 3.5 CVT 变速器效率实验与模型62-67
• 3.5.1 金属带进出带轮的功率损失62-63
• 3.5.2 金属带切向滑动损失63-65
• 3.5.3 内啮合齿轮泵的功率损失65
• 3.5.4 建立理论效率模型65-67
• 3.6 本章小结67-70
• 4 CVT 轻度混合动力汽车系统效率优化70-88
• 4.1 前言70-71
• 4.2 发动机单独工作模式下的系统效率优化71-74
• 4.2.1 CVT 混合动力传动系统发动机单独工作模式下的动力学方程71-72
• 4.2.2 CVT 混合动力传动系统发动机单独工作模式下的效率分析72-73
• 4.2.3 CVT 混合动力传动系统发动机单独工作模式下的效率优化73-74
• 4.3 电机和发动机混合动力工作模式下的系统效率优化74-81
• 4.3.1 电机发电电池充电工作模式下的系统效率优化74-78
• 4.3.2 电机电动电池放电工作模式下的系统效率优化78-81
• 4.4 混合动力驱动工况下的工作模式切换规律81-82
• 4.5 能量回馈制动/减速工作模式的系统能量回收率优化82-87
• 4.5.1 能量回馈制动/减速工作模式的动力学方程82-84
• 4.5.2 能量回馈制动/减速工作模式的能量回收率分析84
• 4.5.3 能量回馈制动/减速工作模式的能量回收率优化84-87
• 4.6 本章小结87-88
• 5 CVT 轻度混合动力系统能量管理策略研究及仿真88-106
• 5.1 前言88-89
• 5.2 CVT 轻度混合动力系统动态效率最优的能量管理策略89-95
• 5.2.1 CVT 轻度混合动力汽车工作模式切换控制策略89-92
• 5.2.2 CVT 轻度混合动力汽车功率分配控制策略92-95
• 5.3 CVT 混合动力系统能量管理策略的优化95-99
• 5.4 CVT 混合动力系统能量管理策略仿真及结果分析99-104
• 5.4.1 轻度混合动力汽车城市循环工况仿真99-101
• 5.4.2 轻度混合动力汽车百公里油耗的评价标准101-104
• 5.5 本章小结104-106
• 6 CVT 轻度混合动力系统试验研究106-120
• 6.1 引言106-107
• 6.2 试验系统组成107-110
• 6.2.1 试验系统整体结构107-109
• 6.2.2 数据采集及控制系统109-110
• 6.3 测控软件开发110-111
• 6.4 试验结果111-117
• 6.4.1 CVT 轻度混合动力系统怠速起停试验111-113
• 6.4.2 CVT 轻度混合动力系统行车充电试验113-114
• 6.4.3 CVT 轻度混合动力系统加速助力（放电）试验114-116
• 6.4.4 CVT 轻度混合动力系统再生制动试验116-117
• 6.5 本章小结117-120
• 7 全文总结120-124
• 7.1 论文主要研究工作及结论120-121
• 7.2 论文的主要创新点和继续研究的方向121-124
• 7.2.1 创新点121-122
• 7.2.2 继续研究方向122-124
• 致谢124-126
• 参考文献126-134
• 附录134-136
• 附录A：作者在攻读博士学位期间发表的论文目录134-135
• 附录B：作者在攻读博士学位期间申请的专利135-136
• 附录C：作者在攻读博士学位期间参加的科研项目136

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