基于CVT的类菱形混合动力电动汽车系统研究与仿真

【摘要】：混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的新车型,具有燃油汽车的动力性能和较低的排放特性,是当前解决节能、环保问题切实可行的方案。 类菱形汽车是湖南大学自主开发的具有完全知识产权的新型汽车,该类型车在安全性与轻量化方面有其独到的优势。以此车为平台,本文围绕类菱形混合动力汽车的总体设计和控制进行了全方位的深入研究和探讨。 结合类菱形混合动力电动汽车的结构特点,采用了传统意义上的差速器即2K-H型锥齿轮负号机构、啮合方式为ZUWGW的轮系作为动力耦合器。为验证该方案的可行性,运用UG建立了新型动力耦合器的三维模型,并将其导入Adams软件中进行了仿真,确定了该耦合器三个输入输出端力矩与转速之间的运动学与动力学关系式。台架实验也验证了仿真结论的正确性。 在采用新型动力耦合器的基础上,设计了一种基于类菱形车平台的新型混合动力驱动链,并提出了一套基于CVT新型驱动链的混合动力汽车部件设计、选择与匹配的理论,对整车试制具有指导作用。这是混合动力汽车技术开发的核心和基础之一,是自主知识产权的重要体现,涉及企业的核心技术机密,对此国外企业采取了严密的技术封锁。 根据国际上电动汽车研究现状,类菱形混合动力汽车采用了七个节点的基于CAN总线的分布式控制系统,自行拟定了以SAE J1939协议为参考标准的CN2004B协议和以CAN2.0A为基础的CN2004A协议,并通过离线仿真实验、硬件半在环仿真实验验证了该协议的可行性与可靠性。 为减少研发成本,按照模块化思想,在MATLAB\SIMUlink|PSB|FIS等模块的基础上自行研究和开发了一套混合动力汽车的前向式仿真模型,并经与实验结果对比,验证了该模型的有效性与可信度。 混合动力车辆的控制策略受多种因素影响,并在很大程度上决定了混合动力车辆的总体性能。在全面研究混合动力汽车动力总成部件特性的基础上,重点对基于CVT的混合动力车辆的控制进行了探讨和分析,提出了类菱形混合动力轿车整车控制的两套策略,并比较了其优劣。 【关键词】：类菱形混合动力电动汽车(qr_HEV) 动力耦合器 CVT 新型驱动链 CAN协议 前向式仿真模型 控制策略
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-14
• 参数符号表14-18
• 第1章 绪论18-36
• 1.1 电动汽车概述18-22
• 1.1.1 纯电动汽车18-19
• 1.1.2 燃料电池汽车19-20
• 1.1.3 混合动力电动汽车20-22
• 1.2 混合动力汽车研发概况22-27
• 1.2.1 国外混合动力汽车研发概况23-26
• 1.2.2 国内混合动力汽车研发概况26-27
• 1.3 混合动力汽车的分类27-34
• 1.3.1 牵引力混合式28-29
• 1.3.2 转矩混合式29-30
• 1.3.3 耦合器混合式30-34
• 1.4 混合动力轿车主要研究内容及发展趋势34
• 1.5 论文主要研究内容34-36
• 第2章 新型动力耦合器的研制36-47
• 2.1 动力耦合器的功能与设计36-38
• 2.1.1 动力耦合器的功能36-37
• 2.1.2 新型动力耦合器的设计37-38
• 2.2 新型动力耦合器的adams建模与仿真38-44
• 2.2.1 adams建模38-40
• 2.2.2 adams仿真40-44
• 2.2.3 adams仿真结论44
• 2.3 新型动力耦合器的实验44-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第3章 类菱形混合动力电动汽车驱动链设计47-68
• 3.1 qr_HEV驱动链的总体设计47-50
• 3.1.1 类菱形汽车的特点47-48
• 3.1.2 类菱形混合动力电动汽车的构成48-50
• 3.2 qr_HEV驱动链的参数设计50-66
• 3.2.1 轮胎的选择52
• 3.2.2 CVT的选择52-53
• 3.2.3 发动机的选择53-57
• 3.2.4 动力耦合器参数的选择57-58
• 3.2.5 主减速器速比的选择58-60
• 3.2.6 电动机的选择60-63
• 3.2.7 电池的选择63-65
• 3.2.8 参数的调整与修改65-66
• 3.3 本章小结66-68
• 第4章 电动汽车 CAN总线通信协议应用研究68-88
• 4.1 SAE J193968-70
• 4.2 电动汽车的 CAN总线网络70-72
• 4.3 基于29位 ID的通信协议72-79
• 4.3.1 CN2004B协议 ID定义72
• 4.3.2 CN2004B协议 P的定义72-73
• 4.3.3 CN2004B协议 SA的定义73-75
• 4.3.4 CN2004B协议 PGN的定义75-77
• 4.3.5 CN2004B协议 DATA的定义77-79
• 4.4 基于11位 ID的通信协议简介79-80
• 4.5 CN2004协议的应用实验80-87
• 4.5.1 离线通讯实验81-82
• 4.5.2 硬件半在环仿真实验82-83
• 4.5.3 各节点硬件简介83-85
• 4.5.4 实验结论85-87
• 4.6 本章小结87-88
• 第5章 混合动力系统数学模型的建立88-115
• 5.1 系统仿真的综合模型88-90
• 5.2 驾驶员模型90-91
• 5.3 车辆动力学模型91-93
• 5.4 发动机模型93-97
• 5.4.1 发动机输出转矩的数学模型93-94
• 5.4.2 发动机油耗数值模型94-95
• 5.4.3 发动机转速调节特性95-97
• 5.5 电动机模型97-99
• 5.6 蓄电池模型99-107
• 5.6.1 NiMH电池的工作原理与电池 SOC的定义100-101
• 5.6.2 电池的等效电路与参数计算101-104
• 5.6.3 基于状态空间的 SOC估计算法104-107
• 5.7 耦合器模型107-110
• 5.7.1 离合器的数学模型107-109
• 5.7.2 制动器的数学模型109-110
• 5.7.3 差速器的数学模型110
• 5.7.4 变速器的数学模型110
• 5.8 CVT模型110-114
• 5.8.1 CVT的速比与目标速比110-112
• 5.8.2 CVT的数学模型112-114
• 5.9 本章小结114-115
• 第6章 系统控制策略、仿真与实验115-134
• 6.1 qr_HEV的简单控制策略115-120
• 6.1.1 纯发动机模式的简单控制策略115-118
• 6.1.2 纯电动模式的简单控制策略118
• 6.1.3 自主模式的简单控制策略118-120
• 6.2 qr_HEV的模糊控制策略120-127
• 6.2.1 纯发动机模式的模糊控制策略121-123
• 6.2.2 纯电动模式的模糊控制策略123-124
• 6.2.3 自主模式的模糊控制策略124-127
• 6.3 简单控制策略的仿真与实验127-132
• 6.3.1 基于 CVT的纯内燃机汽车仿真与实验127-130
• 6.3.2 纯电动汽车仿真与实验130-132
• 6.4 qr_HEV仿真结论132-133
• 6.5 本章小结133-134
• 结论134-136
• 参考文献136-141
• 致谢141-142
• 附录A 攻读博士学位期间发表的论著目录142-143
• 附录B 攻读博士学位期间科研成果及获奖目录143-144
• 附录C 攻读博士学位期间参加科研项目目录144-145
• 附录D 自主开发的 CAN总线实验数据采集与分析系统软件界面145-146
• 附录E 新型动力耦合器台架实验数据146

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