混合动力电动车参数匹配及电机控制系统仿真研究

摘要

汽车工业的发展把能源短缺和环境污染问题推到了日益严重的位置，因此研究汽车节能、降低排放和替代燃料的新技术成了当今汽车工业的重大发展方向。尽管电动汽车是解决这类问题的最好方式，然而目前在蓄电池没有取得突破性进展的情况下，其发展受到了极大的限制。混合动力汽车(HEV)是具有低污染和低油耗特点的新一代清洁汽车，是目前解决这类问题的最佳选择，因而混合动力汽车的研究成为国际、国内汽车发展的一个引人注目的新热点。 本论文的研究工作是基于本校和深圳炬华公司的混合动力公交车横向科研课题开展的。本文首先着重分析了混合动力电动客车分别采用串并联布置时的优缺点，确定采用由技术成熟的铅酸电池、交流感应电机、柴油发动机所组成的串联布置的驱动型式。此外，简要介绍了论文所要用到的混合动力仿真软件——ADVISOR的相关情况。在建立需求分析的基础上，确定采用将发动机工作点限制在最优工作曲线附近的功率跟随型式的控制策略。并运用仿真技术研究了串联混合动力总成的元件参数和控制参数对整车的动力型和燃油经济性的影响，比较系统地阐述了混合动力总成元件参数和控制参数的匹配方法和匹配原则。总的匹配原则是，在保证串联混合动力城市客车可持续行驶的前提下，使整车的燃油经济性最佳。以常用的城市客车整车参数为例，完成了串联混合动力总成元件参数和控制参数的匹配，并对匹配的结果进行了分析。分析表明，所匹配的参数是比较合理的，在保证电池电量状态平衡的前提下，汽车的燃油经济性在CBD BUS循环和NewYork BUS循环下相对于传统汽车分别提高了19.1％和36.9％，整车的加速时间只相当于传统城市客车的50％-60％，充分体现了混合动力汽车的优势。 混合动力汽车的关键技术之一——电机控制技术对混合动力汽车的发展起着决定性的作用，它不仅要保证能满足整车的各种行驶工况，而且要提高整车的动力性和经济性。本文在直接转矩控制系统的基础上提出了一种基于误差等级的直接转矩控制策略，建立了电机的动态数学模型，并在MATLAB/Simulink平台下建立了电机的正向仿真模型。最后结合Visual C++和MATLAB混合编程开发出电机控制系统正向仿真软件。仿真结果表明，该软件运行正常，对混合动力电动车电机控制的仿真是有效和实用的。该软件为混合动力电动车正向仿真软件的开发奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1混合动力汽车概述

1.2混合动力汽车开发的背景

1.3混合动力汽车的种类和特点

1.3.1混合动力汽车的种类

1.3.2混合动力汽车的特点

1.4混合动力汽车的发展

1.5混合动力汽车电机驱动控制系统

1.5.1矢量控制系统

1.5.2直接转矩控制系统

1.5.3模糊直接转矩控制系统

1.6本论文的主要研究内容

第2章混合动力电动车仿真软件

2.1国内外混合动力汽车仿真软件介绍及比较

2.1.1开发仿真软件的必要性

2.1.2国内外常见混合动力汽车仿真软件的介绍

2.1.3正向仿真模型与逆向仿真模型的比较

2.1.4开发正向仿真模型的必要性

2.2混合动力仿真软件ADVISOR简介

2.2.1 ADVISOR的文件结构

2.2.2 ADVISOR的界面

2.2.3 ADVISOR的基本功能

2.2.4 ADVISOR的内部模块

第3章混合动力城市客车控制策略研究

3.1混合动力客车的方案确定

3.1.1串并联方案选择

3.1.2固定速比或可变速比齿轮减速

3.1.3方案确定及讨论

3.2串联混合动力的能量流动

3.3串联混合动力总成的控制策略

3.3.1控制策略的分类

3.4串联混合动力总成控制系统的硬件结构

3.5串联混合动力总成中央处理器的控制算法研究

3.5.1中央处理器所要实现的功能以及控制算法结构

3.5.2扭矩分配程序

3.5.3电动机程序

3.5.4发动机-发电机组程序

3.6本章小结

第4章串联混合动力元件参数以及控制参数匹配

4.1城市公交客车的整车参数和性能指标要求以及元件参数的匹配方法

4.1.1传统公交客车整车参数

4.1.2串联混合动力公交客车的性能指标要求

4.1.3串联混合动力公交客车总成参数的常用匹配方法

4.2电动机参数的确定

4.2.1电动机峰值功率的确定

4.2.2电动机的转速和控制方式

4.2.3电动机的额定功率

4.3传动系速比的确定

4.4发动机和发电机的参数设计

4.5电池的参数设计

4.6混合动力总成的控制参数匹配

4.6.1发动机的最小和最大功率限值

4.7混合动力总成参数匹配结果综述

4.7.1燃油经济性的改善

4.7.2动力性指标

4.7.3电池电量状况的稳定性

4.8本章小结

第5章电机转矩控制方法及电机模型的建立

5.1电机的转矩控制方法

5.2混合动力汽车目标转矩的确定

5.2.1起步时目标转矩的确定

5.2.2纯电机驱动工况时目标转矩的确定

5.2.3电机作为辅助动力时目标转矩的确定

5.3电机数学模型的建立

5.4电机的仿真模型

5.5本章小结

第6章电机控制系统正向仿真软件的开发

6.1电机控制系统的计算机仿真

6.1.1正向仿真软件的开发

6.2仿真结果

第7章全文总结与研究展望

7.1全文总结

7.2创新点

7.3研究展望

参考文献

致谢