混合动力汽车动力分配系统建模、控制与仿真研究

【摘要】： 本文对混合动力汽车动力分配系统的建模、控制与仿真进行了系统的研究。 研发节能、低排放的汽车可以有效缓解能源压力和改善环境质量。混合动力汽车作为当前阶段内提高燃油经济性的代表车辆，是一种很有前途的燃料节能技术，其可行性已经在几个成功的商业模式中得到了证明。在常见的结构配置中，动力分配型(混联式)结构配置具有优越的设计和控制灵活性，并达到了最高的整体效率。目前世界上丰田、通用、克莱斯勒、福特等大公司生产的大多数混合动力汽车都采用混联式结构。 本文对常见的混合动力汽车动力分配配置结构和能量流动进行了讨论，阐明动力分配系统在混合动力汽车中的重要作用。对提高汽车燃油经济性能的动力和非动力两个方面因素和优化控制进行了分析。接着针对动力分配系统中的核心部件行星齿轮组作了详细的讨论，建立了行星齿轮组的动态仿真模型，从这一模型出发，结合实际的组件所测试出的效率和燃油消耗映射图，详细分析并给出了动力分配系统其它核心组件，如发动机，电动机，蓄电池等模型。在此基础上建立了整车系统的仿真模型，本文采用减少燃油消耗并维持蓄电池能量的控制目标，研究了常用的汽车整车仿真方法和能量管理策略。 作者基于FTP-95(联邦测试程序)和US-06(附加联邦测试程序)驾驶循环工况，针对混合动力汽车的燃油消耗进行了仿真。对比丰田普瑞斯及美国可再生能量实验室的ADVISOR仿真软件的测试数据，本文的仿真结果表明：所建立的动力分配系统和控制方法能有效提高燃油经济性能，并能将蓄电池电量变化值维持在一个较低水平。本文的混合动力汽车仿真框架有助于汽车设计人员更科学有效地研究动力分配系统结构。 【关键词】：混合动力汽车 行星齿轮 控制策略 建模与仿真
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 概述10-16
• 1.1 论文的研究目的及意义10-12
• 1.2 国内外混合动力汽车技术研究现状和进展12-14
• 1.2.1 世界混合动力汽车技术的进展现状13-14
• 1.2.2 我国混合动力汽车技术的进展现状14
• 1.3 论文主要内容及安排14-16
• 第2章 混合动力汽车的总体方案设计16-34
• 2.1 混合动力汽车技术的分类16-26
• 2.1.1 串联式混合动力汽车(SHEV)16-17
• 2.1.2 并联式混合动力汽车(PHEV)17-18
• 2.1.3 混联式混合动力汽车(SPHEV)18-19
• 2.1.4 混合动力汽车的能量传输19-24
• 2.1.5 混合动力汽车的燃油经济性能24-26
• 2.2 本课题关于混合动力汽车动力分配系统的设计要求26-34
• 2.2.1 非动力因素对燃油经济性能的影响27-33
• 2.2.2 动力因素对燃油经济性能的影响33-34
• 第3章 混合动力汽车行星齿轮组动力分配单元34-47
• 3.1 行星齿轮的发展及应用范围34
• 3.2 行星齿轮组在混合动力汽车中的应用分类及主要控制参数34-41
• 3.2.1 行星齿轮组的自由度35-36
• 3.2.2 行星齿轮组的传动比率及其运动36-40
• 3.2.3 行星齿轮组在混合动力汽车中的应用分类40-41
• 3.3 混合动力汽车用行星齿轮组与电子无级变速器41-47
• 3.3.1 行星齿轮组实现电子无级变速功能的原理演示41-42
• 3.3.2 行星齿轮组的传动效率及物理模型42-47
• 第4章 混合动力汽车动力分配系统建模47-69
• 4.1 建模方法描述47-49
• 4.2 循环工况模型49-51
• 4.3 驾驶员模型51-52
• 4.4 发动机模型52-55
• 4.5 电机模型55-59
• 4.6 蓄电池模型59-66
• 4.7 行星齿轮组模型66-67
• 4.8 车体模型67-69
• 第5章 混合动力汽车控制系统及整车系统仿真69-82
• 5.1 混合动力汽车控制策略69-70
• 5.2 整车系统仿真模型70-79
• 5.2.1 功率信号72-73
• 5.2.2 驱动模式73-74
• 5.2.3 能量分配模块74-75
• 5.2.4 发动机控制器75-76
• 5.2.5 电动机 MG2控制器76-77
• 5.2.6 发电机 MG1控制器77-78
• 5.2.7 ω_s控制器78-79
• 5.2.8 刹车控制器79
• 5.3 仿真结果79-82
• 结论82-84
• 参考文献84-89
• 附录 行星齿轮组实现无极变速功能的原理演示89-92
• 致谢92-93
• 研究生履历93

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