纯电动汽车驱动系统仿真与模拟试验台关键技术研究

【摘要】：纯电动汽车凭借能源利用率高、环境污染小的优点目前得到了广泛关注和快速发展。作为纯电动汽车核心部件之一，驱动系统直接决定了纯电动汽车整车性能优劣。故对纯电动汽车驱动系统进行仿真研究并建立驱动系统模拟试验台具有重要意义。论文首先对纯电动汽车驱动系统各部件的工作机理进行分析，并建立纯电动汽车驱动系统模型，该模型包括踏板模型、蓄电池模型、电机模型、传动系统模型、车轮模型等；其次，对驱动系统的控制方法进行改进，采用车速电流双闭环控制策略调控纯电动汽车的行驶车速。在速度控制模块中，论文采用模糊自适应PID控制算法调节车速；在电流控制模块中，论文采用Bang-Bang控制算法调节驱动电机的电流。结合建立的各部件模型和车速电流双闭环控制策略，在MATLAB/Simulink环境中进行UDDS工况仿真。仿真结果表明纯电动汽车驱动系统采用车速电流双闭环控制策略时可以有效提高纯电动汽车在静止启动、行驶加速过程中的动力性能。同时，和传统PID控制器相比，模糊自适应PID控制器具有更快的响应性能，提高了纯电动汽车驱动系统的抗路面障碍干扰性能。 为了验证纯电动汽车驱动系统的仿真研究结果和车速电流双闭环控制策略，有必要建立驱动系统模拟试验台以模拟驱动系统的道路运行工况。首先，本文对现有的纯电动汽车驱动系统模拟试验台的结构类型进行分析，在现有对拖型模拟试验台的基础上进行结构改进，设计出共直流互馈对拖型模拟试验台；该模拟试验台不仅减少了能量消耗，同时可以实现零速、低速和高速情况下大扭矩加载的功能；其次，本文对模拟试验台的驱动系统硬件设备及通讯系统硬件设备分别进行功能分析和类型选择；最后，在软件设计方面，本文对模拟试验台进行稳定性分析，同时制定了模拟试验台在电动运行和发电运行两种工况时的控制算法。 【关键词】：纯电动汽车 驱动系统 模型仿真 模拟试验台 控制算法
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72;U467.52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 电动汽车发展概况10
• 1.2 电动汽车主要研究内容10-11
• 1.3 纯电动汽车驱动系统控制技术研究现状11-12
• 1.3.1 纯电动汽车驱动系统的国内外研究现状对比11-12
• 1.3.2 国内纯电动汽车驱动系统研究存在的问题12
• 1.4 纯电动汽车驱动系统的试验研究方法12-14
• 1.4.1 道路行驶测试13
• 1.4.2 室内试验平台测试13
• 1.4.3 计算机仿真研究13-14
• 1.5 课题的主要任务及意义14-16
• 第二章 纯电动汽车驱动系统整体设计及建模16-39
• 2.1 纯电动汽车驱动系统概况16-17
• 2.2 纯电动汽车行驶方程17-18
• 2.3 纯电动汽车加速踏板模型18-20
• 2.4 纯电动汽车蓄电池模型20-26
• 2.4.1 铅酸蓄电池模型的建立21-22
• 2.4.2 模型参数的确定22
• 2.4.3 蓄电池 SOC 的估计22-25
• 2.4.4 铅酸蓄电池工作模型25-26
• 2.5 纯电动汽车电机模型26-33
• 2.5.1 纯电动汽车电机类型选择26-28
• 2.5.2 电机模型的建立28-29
• 2.5.3 电机模型性能仿真29-33
• 2.6 传动系统模型33-37
• 2.6.1 变速器模型34-35
• 2.6.2 传动轴模型35-36
• 2.6.3 主减速器模型36-37
• 2.7 车轮模型37-39
• 第三章 纯电动汽车驱动系统的控制策略研究及模型仿真39-57
• 3.1 车速控制模块39-47
• 3.1.1 模糊控制理论基础40
• 3.1.2 模糊自适应整定 PID 控制器设计原理40-46
• 3.1.3 车速控制模型46-47
• 3.2 电流控制模块47
• 3.3 车速电流双闭环控制系统模型47-48
• 3.4 车速电流双闭环控制系统仿真与分析48-53
• 3.4.1 匀速行驶运行工况仿真48-51
• 3.4.2 障碍行驶时运行工况仿真51-53
• 3.5 纯电动汽车驱动系统仿真与分析53-57
• 第四章 纯电动汽车驱动系统模拟试验台设计57-65
• 4.1 纯电动汽车驱动系统试验台方案对比57-59
• 4.1.1 能量消耗型试验台57-58
• 4.1.2 对拖型试验台58-59
• 4.2 纯电动汽车驱动系统模拟试验台的整体方案设计59-61
• 4.3 模拟试验台的稳定性分析61-65
• 第五章 纯电动汽车驱动系统模拟试验台硬件选型及软件设计65-74
• 5.1 模拟试验台驱动系统所需的硬件设备及选型65-68
• 5.1.1 驱动电机及控制器65
• 5.1.2 负载电机及控制器65-66
• 5.1.3 转矩/转速传感器66-68
• 5.1.4 功率分析仪68
• 5.2 模拟试验台通讯系统所需的硬件设备及选型68-70
• 5.2.1 模拟试验台的通信方式确定68-69
• 5.2.2 模拟试验台通讯设备的选型69-70
• 5.3 纯电动汽车驱动系统模拟试验台的控制算法设计70-74
• 5.3.1 模拟试验台电动运行状态时的控制算法70-72
• 5.3.2 模拟试验台发电运行状态时的控制算法72-74
• 总结与展望74-76
• 一、总结74
• 二、展望74-76
• 参考文献76-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83

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