超轻度混合动力汽车优化匹配与仿真研究

【摘要】：超轻度混合动力汽车的传动系统是以回流式无级变速器作为传动装置的新型车辆传动方式,利用其传动比变化范围大的特点,可以实现轻度混合动力汽车所不具有的纯电动工况的功能。超轻度混合动力汽车的燃油经济性能和排放性能能够得到改善,与已有的轻度混合动力传动系统相比,超轻度混合动力汽车具有良好的发展前景。 本文以超轻度混合动力汽车为研究对象,以提高整车的燃油经济性和平顺性为目的,主要开展了以下几方面的研究工作: ①在全面阐述了回流式无级变速传动系统的结构和工作原理基础上,建立了传动系统的速比和机械效率模型。综合考虑了回流式无级变速传动系统机械效率和发动机热效率对循环工况任意时刻油耗量(称为瞬时油耗)的影响,可以分析出瞬时油耗与瞬时系统效率(传动系统机械效率与发动机热效率的乘积)的关系。 分别讨论了回流式无级变速传动系统的速比范围k和行星排结构参数α对系统效率的影响,并将k和α作为优化设计的变量,利用基于系统效率最大化控制策略的回流式无级变速传动系统参数优化设计方法,得到了燃油消耗量最低时参数k和α所对应的优化数值。基于Matlab/Simulink平台,对优化前、后参数设计的汽车进行了经济性仿真研究的比较。 ②利用回流式无级变速传动系统大速比的特点,选用小功率电机作为辅助动力源,满足整车动力性能的基础上,对关键性部件进行了参数匹配。分析了超轻度混合动力汽车工作原理,将其工作模式划分为起步工作模式、驱动工作模式和倒车工作模式。针对起步工况不同的运行模式,制定了起步工况模式的判别条件,对于每一种起步工况模式制动了相应的控制策略,并分别进行了仿真试验研究。针对驱动工况模式,分别阐述了该工况下的四种运行模式,并采用了逻辑门限控制策略,对整车进行了ECE+EUDC循环工况仿真研究。 ③分析了超轻度混合动力汽车低速挡(回流工况)、高速挡(纯无级工况)、过渡挡(回流-无级工况、无级-回流工况)转换的判别条件,针对回流-无级和无级-回流切换过程的控制方法作了进一步地讨论,得出了在切换过程中离合器L_1和L_3的接合或分离控制的重要性。因此,分别建立了离合器L_1分离过程和离合器L_3接合过程的动力学模型,并以满足整车冲击度要求为条件,计算得出了离合器L_1和离合器L_3转矩变化率的范围。分析了超轻度混合动力汽车驱动工况模式切换类型,制定了纯电动驱动工况切换到发动机工况的控制策略,建立了切换过程的动力学模型和整车仿真模型。 ④在获取超轻度混合动力汽车关键部件效率试验模型的基础上,建立了不同驱动模式下的系统效率计算模型,以系统效率值最大为优化目标,得到了任意驱动工况模式下的目标速比和系统效率优化模型,并将任意驱动工况模式下的系统效率模型进行对比分析,从而得到混合动力汽车不同驱动模式的优化工作区域。以优化的工作区域作为驱动工况模式划分判别条件,建立了整车仿真模型,并进行了ECE+EUDC循环工况仿真研究。 【关键词】：混合动力汽车 无级自动变速器 优化匹配 优化设计 切换
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 课题的来源与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-23
• 1.2.1 大速比变化范围传动系统研究现状11-14
• 1.2.2 轻/微度混合动力汽车发展现状14-17
• 1.2.3 大速比变化范围传动系统混合动力汽车研究现状17-19
• 1.2.4 混合动力汽车能量管理策略研究现状19-23
• 1.3 本文研究目的和研究内容23-26
• 1.3.1 本文研究目的23
• 1.3.2 本文研究的主要内容23-26
• 2 回流式无级变速器参数优化设计26-46
• 2.1 引言26
• 2.2 传动系统结构和工作原理26-33
• 2.2.1 传动系统结构26-27
• 2.2.2 传动系统工作原理27-28
• 2.2.3 传动系统调速特性28-31
• 2.2.4 传动系统参数设计31-33
• 2.3 发动机和传动系统模型33-35
• 2.3.1 发动机数值模型33-34
• 2.3.2 传动系统效率模型34-35
• 2.4 系统效率最大化控制策略35-38
• 2.4.1 瞬时油耗与系统效率关系35-36
• 2.4.2 控制策略优化模型36
• 2.4.3 计算过程36-38
• 2.5 传动系统参数优化设计38-44
• 2.5.1 优化设计参数对系统效率的影响38-40
• 2.5.2 优化设计方法提出40
• 2.5.3 优化设计模型40-42
• 2.5.4 优化计算结果42-43
• 2.5.5 优化前后仿真分析43-44
• 2.6 本章小结44-46
• 3 超轻度混合动力汽车参数匹配与整车仿真研究46-68
• 3.1 引言46
• 3.2 超轻度混合动力汽车结构和工作模式确定46-48
• 3.3 参数设计48-50
• 3.3.1 电动机参数设计48-49
• 3.3.2 电池参数设计49-50
• 3.4 起步工况控制研究50-60
• 3.4.1 传统起步控制研究50-56
• 3.4.2 怠速起停起步控制研究56-57
• 3.4.3 爬行起步控制研究57-58
• 3.4.4 倒车起步控制研究58-60
• 3.5 基于逻辑门限控制策略整车性能仿真研究60-65
• 3.5.1 驱动工况工作模式60-61
• 3.5.2 逻辑门限控制策略61-62
• 3.5.3 传动系统速比控制62-63
• 3.5.4 整车仿真结果与分析63-65
• 3.6 本章小结65-68
• 4 超轻度混合动力汽车传动系统动力连续转换研究68-82
• 4.1 引言68
• 4.2 动力连续转换的控制策略68-71
• 4.2.1 同步转换点68-69
• 4.2.2 工况转换控制策略69-70
• 4.2.3 回流-无级转换控制策略70-71
• 4.2.4 无级-回流转换控制策略71
• 4.3 转换过程动力学模型和离合器控制71-75
• 4.3.1 离合器L_3 接合过程动力学模型72-73
• 4.3.2 离合器L_1 分离过程动力学模型73-74
• 4.3.3 离合器L_3 接合控制74-75
• 4.3.4 离合器L_1 分离控制75
• 4.4 仿真结果75-77
• 4.5 驱动工况模式切换控制77-80
• 4.5.1 模式切换类型77-78
• 4.5.2 电动机单独驱动到发动机驱动控制策略78
• 4.5.3 纯电动切换发动机驱动动力学模型78-79
• 4.5.4 纯电动切换发动机驱动仿真结果79-80
• 4.6 本章小结80-82
• 5 基于系统效率优化的超轻度混合动力汽车性能仿真研究82-100
• 5.1 引言82
• 5.2 关键部件的效率试验模型82-85
• 5.2.1 发动机效率模型82-83
• 5.2.2 电动机效率模型83
• 5.2.3 蓄电池充放电效率模型83-85
• 5.2.4 变速器效率模型85
• 5.3 四种工作模式系统效率优化85-96
• 5.3.1 发动机单独行驶工况系统效率优化85-88
• 5.3.2 纯电动行驶工况效率优化88-90
• 5.3.3 发动机行车充电工况系统效率优化90-93
• 5.3.4 再生制动工况系统效率优化93-96
• 5.4 工作模式区域划分96-97
• 5.5 仿真结果97-99
• 5.6 本章小结99-100
• 6 全文总结100-102
• 6.1 论文主要研究工作及结论100-101
• 6.2 论文的主要创新点和继续研究的方向101-102
• 6.2.1 创新点101
• 6.2.2 继续研究方向101-102
• 致谢102-104
• 参考文献104-112
• 附录112-113
• A 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录112-113
• B 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目113

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