纯电动汽车动力传动系的参数匹配与优化设计及自动换挡策略的研究

【摘要】：纯电动汽车可以设计成为家用微型轿车、商用中高级轿车、小型载货汽车、城市客车、道路清扫车等，整车结构紧凑、质量轻，具有节能和环保的作用。 文中动力系统的设计采用行星齿轮减速机构与主减速机构集成为一体的一体式两挡变速电驱动桥，使纯电动汽车在一挡时可以利用电机低速时输出的大转矩来启动或爬坡，在二挡时利用电机高速时输出的大功率来高速行驶。 两挡自动变速电驱动桥动力系统中的驱动电机的转矩由设计的爬坡度来确定，转速由最高车速来确定，功率由最高稳定车速和设计最大爬坡度下的功率来确定；动力电池组的组数由驱动电机的输入电压和峰值功率来确定，容量由续驶里程来确定。 文章根据长沙市测试工况建立了纯电动汽车的比能耗与传动系速比的关系式，以及动力因数与传动系速比的关系式，分别以它们作为经济性和动力性的分目标优化函数，通过加权系数法建立了纯电动汽车动力性和经济性的多目标优化函数，且加权因子的选择是以满足设计动力性的前提下尽量提高其续驶里程为标准。优化约束条件中考虑了实车的安装尺寸、电机的工作特性以及电池的工作特性，采用基于模拟退火的粒子群优化算法进行优化，优化结果表明爬坡度在满足设计指标的前提下，最高车速没有发生改变，但加速时间减小了，测试工况下的续驶里程增加了，达到了优化的目的。 当动力电池组的SOC小于0.291时，电池组的最大持续放电功率已不能满足文中设计驱动电机的恒功率输出要求，一定的大油门开度下的电机输出转矩和效率特性将发生改变，因此文中根据电池组SOC的这一数值，以及油门开度、车速和加速度这四个参数建立了纯电动汽车的最佳动力性和最佳经济性换挡规律。 文中根据MATLAB/SIMUlink首先建立了以后向仿真为主、前向仿真为辅的整车仿真模型，仿真结果验证了动力系统参数匹配的合理性。然后建立了整车换挡规律模型，模型中忽略了复杂的电机控制与电池控制，即认为换挡过程中电机转速和转矩能够自动跟踪和响应，目的是验证文中建立的自动换挡规律的优越性，仿真结果表明文中建立的最佳动力性和最佳经济性换挡规律与单参数或两参数的自动换挡规律相比，具有更小的加速时间和更小的加速能耗。 【关键词】：纯电动汽车 测试工况 动力匹配 参数优化 换挡规律 仿真
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 汽车与能源、环境的关系10-11
• 1.2 电动汽车的分类11-12
• 1.2.1 纯电动汽车11
• 1.2.2 燃料电池电动汽车11
• 1.2.3 混合动力电动汽车11-12
• 1.3 电动汽车的发展12-16
• 1.3.1 电动汽车的发展简史12-13
• 1.3.2 国外电动汽车的发展现状13-15
• 1.3.3 国内电动汽车的发展现状15-16
• 1.4 课题来源、研究目的与意义16-17
• 1.5 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 纯电动汽车的结构和技术分析18-27
• 2.1 纯电动汽车的基本结构18-20
• 2.2 纯电动汽车的相关技术20-26
• 2.2.1 纯电动汽车的整车技术20-21
• 2.2.2 纯电动汽车的电池技术21-23
• 2.2.3 纯电动汽车的电机及其控制技术23-26
• 2.2.4 纯电动汽车的充电技术26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 纯电动汽车动力传动系的选型与参数匹配27-41
• 3.1 Wecar 纯电动汽车的结构与参数27-29
• 3.1.1 整车结构27-28
• 3.1.2 整车参数和性能指标28-29
• 3.2 驱动电机的选型与参数匹配29-34
• 3.2.1 驱动电机的选型及其工作特性29-30
• 3.2.2 电机电压选择30
• 3.2.3 电机转速选择30-31
• 3.2.4 电机功率选择31-33
• 3.2.5 电机转矩选择33-34
• 3.3 动力蓄电池的选型与参数匹配34-40
• 3.3.1 动力蓄电池的选型及其工作特性34-37
• 3.3.2 动力蓄电池的参数匹配37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 整车性能仿真模型的建立与仿真分析41-62
• 4.1 电动汽车的仿真结构与特点41-42
• 4.2 整车性能仿真模型的建立42-58
• 4.2.1 测试工况模型42-43
• 4.2.2 车辆动力学模型43-45
• 4.2.3 车轮和车轴动力学模型45-48
• 4.2.4 一体式变速机构模型48-49
• 4.2.5 电机模型49-51
• 4.2.6 电池模型51-56
• 4.2.7 加速时间仿真模型56-57
• 4.2.8 最高车速仿真模型57-58
• 4.2.9 爬坡度仿真模型58
• 4.3 整车性能仿真分析58-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 纯电动汽车动力传动系参数优化设计62-79
• 5.1 长沙市行驶工况分析62-63
• 5.2 动力传动系参数优化设计63-77
• 5.2.1 优化变量的选择63-64
• 5.2.2 优化目标函数的建立64-68
• 5.2.3 优化约束条件的建立68-70
• 5.2.4 非线性多目标优化函数的建立70-71
• 5.2.5 粒子群优化算法71-73
• 5.2.6 优化结果分析73-77
• 5.3 本章小结77-79
• 第6章 纯电动汽车自动换挡策略的研究79-98
• 6.1 换挡规律的类型79-82
• 6.1.1 根据换挡控制参数分类79-81
• 6.1.2 根据优化目标分类81-82
• 6.2 纯电动汽车的最佳动力性换挡规律研究82-86
• 6.2.1 电机系统的数值模型82-84
• 6.2.2 动力电池组的放电功率84
• 6.2.3 最佳动力性换挡规律的制定84-86
• 6.3 纯电动汽车的最佳经济性换挡规律研究86-88
• 6.4 整车换挡规律仿真模型的建立与仿真分析88-94
• 6.4.1 整车换挡规律仿真模型的建立88-92
• 6.4.2 换挡规律仿真分析92-94
• 6.5 实验与分析94-96
• 6.5.1 电机实验分析94-96
• 6.6 本章小结96-98
• 全文总结与展望98-100
• 参考文献100-104
• 致谢104-105
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录105-106

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