插电式混合动力汽车动力耦合系统设计及应用研究

【摘要】：随着环境的恶化和石油资源的短缺，发展新能源汽车已经成为各国汽车工业发展的必然选择，为实现汽车工业的成功转型，全球正在推动一次汽车动力技术革命。而插电式混合动力汽车成为近期解决动力电池能量密度低、车辆续驶里程短的问题，同时实现城市内零排放目的的有效途径之一。通过对混合动力系统的结构和混合动力机电耦合机构的比较和分析，进行插电式混合动力汽车动力耦合系统的创新设计和应用研究，对于插电式混合动力汽车的研发和产业化有着重要的意义。 本文通过对传统混合动力汽车和插电式混合动力汽车动力驱动系统的比较分析，在对机械动力耦合系统的转矩耦合和转速耦合两种动力耦合方式的结构和运动特性进行了详细对比分析的基础上，确定了本文动力耦合系统为转速转矩耦合交替使用的耦合系统。根据行星齿轮机构的结构和运动特性，为降低作为主要驱动源的电机的转矩容量，动力驱动系统确定为电机与行星齿轮机构相连、发动机与齿圈相连、行星架输出的单电机结构方案，并根据行星齿轮机构的转速特性计算得到了系统的结构参数。 建立设计约束条件，设计应用新型插电式混合动力耦合系统的动力系统。完成部件选型的同时详细地设计和匹配了动力系统参数，通过汽车用户的日行驶里程数据确定了设计车型的纯电动续驶里程，并引入动力电池功率/能量比（RP/E）对动力系统参数的设计进行分析。对设计车型的控制策略进行了广泛的分析和研究，确定本文涉及车型的控制策略为基于AER的控制策略。通过发动机的转速的分析，建立了基于发动机转速控制、车速以及动力电池SOC建立的整车牵引功率（转矩）控制策略和再生制动控制策略。 通过在AVL Cruise软件中建立整车物理模型，在MATLAB/Simulink平台上搭建整车控制策略，利用两者进行联合仿真，并得到了整车循环工况、加速性能和爬坡能力等仿真结果。其中，动力性能仿真结构基本满足设计要求，验证了动力系统结构和参数设计的合理；而燃油经济性与传统汽车相比有明显提高。 【关键词】：插电式混合动力汽车 动力耦合系统 参数设计 控制策略 联合仿真
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 插电式混合动力汽车发展现状12-17
• 1.2.1 国内外插电式混合动力汽车发展现状12-14
• 1.2.2 PHEV 动力系统结构概述14-17
• 1.3 混合动力汽车动力耦合系统的研究现状17-21
• 1.3.1 动力耦合系统的功能18
• 1.3.2 动力耦合系统的分类18-20
• 1.3.3 动力耦合系统的应用及发展20-21
• 1.4 课题来源及主要研究内容21-23
• 第二章 PHEV 动力驱动系统动力耦合装置设计分析23-40
• 2.1 PHEV 动力驱动系统结构分析23-24
• 2.1.1 PHEV 与 HEV 动力驱动系统比较分析23
• 2.1.2 PHEV 动力驱动系统结构23-24
• 2.2 机械动力耦合系统比较分析24-28
• 2.2.1 转矩耦合系统结构及运动分析24-26
• 2.2.2 转速耦合系统结构及运动分析26-27
• 2.2.3 动力耦合装置耦合方式选择27-28
• 2.3 动力耦合装置结构设计28-35
• 2.3.1 行星齿轮机构结构及运动分析28-30
• 2.3.2 动力耦合装置结构方案设计30-32
• 2.3.3 动力耦合装置结构参数设计32-35
• 2.4 PHEV 动力驱动系统工作模式分析35-39
• 2.4.1 单电动机驱动模式36
• 2.4.2 单发动机驱动模式36-37
• 2.4.3 混合驱动模式37-38
• 2.4.4 再生制动模式38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 PHEV 动力系统选型及参数设计40-53
• 3.1 动力驱动系统设计约束40-41
• 3.2 纯电动续驶里程41-43
• 3.2.1 纯电动续驶里程设计方法41-42
• 3.2.2 纯电动续驶里程设计42-43
• 3.3 电动机选型及参数设计43-47
• 3.3.1 驱动电机特性43-44
• 3.3.2 电动机选型44-45
• 3.3.3 电动机功率及转矩设计45-47
• 3.4 发动机功率设计47-49
• 3.5 能量储存装置参数设计49-52
• 3.5.1 放电深度设计49-50
• 3.5.2 容量设计50
• 3.5.3 功率设计50-51
• 3.5.4 功率/能量比应用51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 PHEV 动力驱动系统控制策略研究53-65
• 4.1 PHEV 驱动控制策略53-57
• 4.1.1 控制方法概述53-54
• 4.1.2 基于 AER 的控制策略54-55
• 4.1.3 混合驱动控制策略55-57
• 4.2 PHEV 发动机转速控制策略57-60
• 4.2.1 发动机转速控制方法57-59
• 4.2.2 发动机转速控制策略59-60
• 4.3 PHEV 动力驱动控制策略60-64
• 4.3.1 牵引功率（转矩）控制策略60-63
• 4.3.2 整车驱动控制策略63
• 4.3.3 动力耦合装置的控制策略63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 PHEV 整车建模及性能仿真分析65-82
• 5.1 仿真软件及模型的组成65-66
• 5.2 整车模型的建立66-68
• 5.3 控制策略模型的建立68-74
• 5.3.1 功率分配模块69-70
• 5.3.2 发动机控制模块70-72
• 5.3.3 电机控制模块72
• 5.3.4 再生制动控制模块72-74
• 5.3.5 动力耦合器控制模块74
• 5.4 整车性能仿真结果与分析74-81
• 5.4.1 动力性仿真结果76-77
• 5.4.2 电机、发动机工作情况77-78
• 5.4.3 电池 SOC 变化78-80
• 5.4.4 经济性仿真结果80-81
• 5.5 本章小结81-82
• 全文总结与研究展望82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 附件91

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