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[学位]

功率分流式新型双模油电混合动力系统及其关键技术的研究

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Author:

杨雪松 (杨雪松.)

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学位论文库

Abstract:

世界汽车的保有量不断增加,环境保护问题和能源危机也日益严峻,因此,新能源汽车的发展引起了广泛的关注。中国制造2025规划明确指出新能源汽车为未来十大重点发展产业之一,这里提到的新能源汽车是指具有电力推进环节的汽车,广义上来讲,包括了电动汽车(BEVs)、混合动力汽车(HEVs)和燃料电池汽车(FCEVs)。但针对中国现有的能源结构,纯电力推动的汽车其实并不环保,燃料电池技术也存在未突破的瓶颈,所以混合动力汽车作为过渡产品,在短时间内会有很大的发展。目前混合动力汽车技术基本被国外垄断,现有的车型基本采用串、并联式混合动力系统或混联式系统中的输入分流模式,存在着系统效率较小,适应工况范围小,对电机性能要求较高等问题。与单一模式的混合动力系统相比,双模系统具有较宽的高效率传动比区间并且对电机的极限性能需求有所降低,故可以匹配较小尺寸的电机。但双模系统多变的构型、复杂的结构以及控制系统使得新型双模系统在设计上具有很大的难度。为此,本文对功率分流式新型双模油电混合动力系统及其关键技术问题进行了系统研究。论文的主要研究内容包括:
对现有混合动力系统的结构形式及特点进行了分析,总结现有产品的缺陷和局限性,论证双模功率分流式混合动力系统的优越性;构建了由内燃发动机、电机1、电机2和动力系统输出端构成的四节点杆的动力学模型,提出了模型的拆分及组合方法,确定新型双模系统的构型;建立了以能量利用率最高为优化目标的参数优化模型,获得了各排行星传动机构的特征参数的最优取值;并对双模系统不同工作模式的杆模型进行了分析。
选取丰田PRIUS这一车型作为设计原型车,根据整车设计参数和动力性指标,计算出汽车在不同工况及模式下对功率和储能系统的需求,据此对混合动力系统中的发动机、两个电动发电一体机进行了动力匹配计算;根据构型设计、参数优化和动力系统匹配的结果,设计出了由两组行星齿轮传动机构、一个中空的开关磁通电机和一个模块化的轴向磁通盘式电机等组成的油电混动汽车的新型动力传动方式;建立样机中关键零部件的有限元模型,对其进行了有限元分析优化。
将电动发电一体机动力匹配结果作为设计初始参数,分别对MG1开关磁通电机和MG2轴向磁通盘式电机进行了电磁和结构设计,建立两个电机的有限元模型,仿真得到其定转子中的磁通分布、电机的额定输出转矩、转矩波动等结果;以电机额定转矩满足混合动力系统的需求为约束,以转矩波动最小为优化目标对两个电机的齿槽宽、永磁体宽度等参数进行优化,得到电机结构参数的最优解。
建立了功率分流式混合动力系统中的发动机、电动发电一体机和蓄电池的模型,在此基础上进行了基于逻辑门限值的控制策略设计,分别对蓄电池SOC值、车速、需求转矩设定了门限,确定了模式切换规则并利用Simulink建立了控制策略的仿真模型;利用AVL-CRUISE软件与Simulink结合对新型双模混合动力系统的整车性能进行了仿真,结果显示整车的百公里加速时间在8s以内,百公里综合油耗低于4L。
研制了AFPMDM电动机、FSPM电动机及双模混合动力系统的样机,分别搭建了用于MG2电机性能测试、双电机联合驱动控制及混合动力系统模拟实验的测试平台;对MG2电机进行了空载性能测试,证明了AFPMDM电机电磁设计的合理性;测试了AFPMDM电机的启动及调速性能,在不同负载下测试AFPMDM电机的驱动能力,验证了其起动能力及抗扰动能力强;对混合动力系统在纯电动模式下的调速及驱动负载性能进行测试,通过对比试验确定最优编码器滤波参数,比例增益和积分时间参数KI,验证电机能在低转速下稳定驱动负载的能力;对系统进行发动机工作点优化控制实验和电子无级变速实验,得到不同工作模式下发动机及两电动发电一体机转速转矩等参数,与仿真结果一致性高。

Keyword:

电动发电一体机 功率分流 混合动力 双模 有限元

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 工程硕士

Mentor: 赵升吨

Year: 2017

Language: Chinese

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30 Days PV: 3

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