基于转子发动机的混合动力实验系统设计与仿真研究

摘要

汽车保有量不断攀升导致了大量的能源消耗,造成了严重的环境污染。混合动力电动车辆(HEV)不仅可以改善汽车排放,降低油耗,还可以提高车辆动力性能。本文基于中南大学中央高校基本科研业务费项目“基于转子发动机的混合动力系统集成特性及控制技术研究”提出了转子发动机混合动力系统的概念,并对系统的主要部件进行了参数匹配和选型,本文主要研究内容与结果如下:
　　 (1)根据转子发动机高转速的特点设计了转子发动机混合动力实验系统,对各主要部件的参数进行了匹配并进行了部件选型。设计了动力合成机构——行星齿轮,以及减速齿轮,确定了齿轮的主要特征参数。系统参数的设计可为试验台的搭建提供理论支持。
　　 (2)绘制了行星齿轮的三维模型,并通过仿真软件对所设计的行星齿轮进行了仿真,从而验证了模型的有效性。由耦合模型的仿真结果可知,行星架转速可以维持在理论值平稳运行。
　　 (3)针对系统不同的运行状态对太阳轮与齿圈的转速切换过程进行了仿真研究。结果表明,启动及系统运行速度在38km/h以下时,系统由电动机驱动;而在38km/h～144km/h之间时,由发动机驱动;速度高于144km/h则由发动机和电机共同驱动。
　　 (4)对EUDC路况进行了仿真模拟,研究行星架的输出能否符合道路行驶的要求。结果表明,行星架的输出与路况变化能够进行较好的拟合,随着系统转速需求的改变,行星齿轮可以较快速的响应速度的变化。
　　 (5)对行星齿轮的扭矩合成情况进行了仿真研究。结果表明,行星齿轮三构件的扭矩符合一定的比例关系,只要其中一个构件的扭矩已知,就可以确定另外两个构件的扭矩大小。
　　 从仿真结果来看,本文所设计的混合动力系统是正确有效的,行星齿轮的设计也较为可靠。仿真模型能够有效的模拟发动机和电机的转速及扭矩输出。本文研究为进一步的实验打下了基础,并可为转子发动机运用于混合动力系统的研究提供依据。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 混合动力汽车的工作模式及其优缺点

1.2.1 串联式混合动力驱动系统

1.2.2 并联式混合动力驱动系统

1.2.3 混联式混合动力驱动系统

1.2.4 不同模式混合动力驱动系统的比较

1.3 转子发动机混合动力系统的优势

1.4 本文主要研究内容

第二章 文献综述

2.1 混合动力系统的发展概况

2.2 混合动力关键技术的研究现状

2.2.1 参数匹配与仿真

2.2.2 能量管理策略

2.2.3 实验研究

2.3 转子发动机混合动力系统的研究现状

2.4 本章小结

第三章 转子发动机混合动力系统设计

3.1 动力总成方案选择

3.1.1 传动系统结构讨论

3.1.2 系统混合度的确定

3.2 混合动力系统部件选型

3.2.1 发动机的选择

3.2.2 电机的选择

3.2.3 电池的选择

3.3 动力合成机构的设计

3.3.1 传动方案选择

3.3.2 行星齿轮参数设计

3.4 本章小结

第四章 混合动力系统仿真研究

4.1 软件介绍

4.1.1 建模软件

4.1.2 扭矩仿真软件

4.2 行星齿轮转速的验证

4.2.1 行星齿轮模型

4.2.2 仿真结果分析

4.3 不同转速需求下动力部件的选择及其转速输出

4.3.1 不同运行状态下发动机与电机的输出转速

4.3.2 仿真路况下发动机与电机的转速分配

4.4 不同扭矩需求下动力部件的选择及其扭矩输出

4.4.1 扭矩验证模型介绍

4.4.2 不同行星架需求下太阳轮与齿圈的输出扭矩

4.5 本章小结

第五章 结论与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢