重型运输车分布式混合动力驱动系统设计研究

摘要

重型运输车是通过公路运送大型设备、桥梁型材、军用装备等物资材料的一种重要形式，按动力形式不同有柴油机和新能源两种。柴油机重型运输车存在效率低、磨损大等缺点；目前已有的新能源重型运输车，在一定程度上可以提升驱动力，但是并不能解决重型运输车驱动力不足的问题，也不能满足重型运输车多轴驱动或全驱的要求。本文设计的分布式混合动力驱动系统在重型运输车上布置多个动力源，其中牵引车采用单轴并联型混动系统，挂车采用轮边电机驱动系统。该驱动系统既可实现多轴驱动，为重型运输车提供超大的驱动力，又可大幅改善重型运输车的性能。目前有关重型运输车新驱动技术的研究效果甚微，因此开展分布式混合动力驱动系统的设计和研究，对于提高重型运输车牵引重量和车辆性能，改善交通运输效率将具有非常重要的理论意义和实用价值。 本文面向重型运输车超大功率驱动力需求和高性能的要求，提出了一种新型分布式混合动力驱动系统，采用理论计算和软件仿真相结合的方法对其进行了设计计算和分析验证。首先，为了满足重型运输车超大牵引重量和高性能的要求，在现有新能源技术的基础上设计出重型运输车新型分布式混合动力驱动系统结构方案。其次，以欧曼GTL6型半挂牵引车的车型为原车型，将其原有的柴油机驱动系统改造为分布式混合动力驱动系统，根据相关车辆理论对改造后的驱动系统进行参数设计，并分别计算出改造后的车辆性能和牵引重量的提升效果。再次，选取了基于转矩的逻辑门限值控制策略，根据分布式混合动力驱动系统工作模式特点，设计了不同模式下转矩目标值的分配方案，并利用MATLAB软件的Simulink模块搭建了该控制策略的模型。最后，在CRUISE软件中搭建了改造后重型运输车的模型，导入已搭建的控制策略，分别对车辆性能和牵引重量的提升效果进行仿真验证。结果显示，在性能提升方面，改造后整车的最高车速和最大爬坡度比改造前分别提升了51.8％和70％，同时0-30km/h加速时间和百公里综合燃油消耗量分别减小了34.2％和17.8％；在牵引重量提升方面，改造后整车基本保持了原车的性能，但其牵引重量比原车提升70％。研究结果表明，分布式混合动力驱动系统在重型运输车牵引重量和性能等方面提升的效果明显，能够满足重型运输车高性能化和重型化趋势发展的需要。

目录

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2.1 重型运输车发展现状

1.2.2 重型运输车驱动技术研究现状

1.2.3 混合动力技术研究现状

1.3当前研究存在的问题

1.4 主要研究内容

1.5 本章小结

2 重型运输车分布式混合动力驱动系统方案设计

2.1 传统混合动力驱动系统分析

2.1.1 串联型混动系统

2.1.2 并联型混动系统

2.1.3 混联型混动系统

2.2 分布式混合动力驱动系统结构设计

2.1.1 非连接型分布式混合动力驱动系统结构设计

2.2.2 连接型分布式混合动力驱动系统结构设计

2.3 Design of Driving System for Heavy Transport Vehicle Based on Distributed Hybrid Electric Power

2.3.1重型运输车分布式混动系统结构设计

2.3.2重型运输车分布式混动系统模式设计

2.3.3 混合度的分析与选取

2.4 本章小结

3 重型运输车分布式混合动力驱动系统参数设计

3.1 整车性能指标设计

3.1.1 车辆性能指标介绍

3.1.2 原车参数介绍

3.1.3 改造后车辆性能指标设计

3.2 动力部件参数匹配与选型设计

3.2.1发动机的参数匹配与选型设计

3.2.2 电机的参数匹配与选型设计

3.2.3 动力电池的选型参数匹配与选型设计

3.2.4 变速器的选型和传动比设计

3.3 车辆牵引重量提升的理论计算

3.4 本章小结

4 重型运输车分布式混合动力驱动系统控制策略研究

4.1 典型控制策略对比分析

4.1.1逻辑门限值控制策略

4.1.2 瞬时优化控制策略

4.1.3 全局最优控制策略

4.1.4 智能控制策略

4.2 分布式混合动力驱动系统工作模式分析

4.2.1 纯电动驱动模式

4.2.2 纯燃油驱动模式

4.2.3 联合驱动模式

4.2.4 行车充电模式

4.2.5 再生制动模式

4.3 基于转矩的逻辑门限值控制策略设计

4.3.1 车辆控制系统简介

4.3.2 关键部件工作范围的确定

4.3.3 需求转矩的确定

4.3.4 工作模式确定与转矩分配

4.4 基于转矩的逻辑门限值控制策略建模

4.4.1 建模软件MATLAB介绍

4.4.2 控制策略建模

4.5 本章小结

5重型运输车分布式混合动力驱动系统建模仿真

5.1 车辆仿真及软件介绍

5.1.1 车辆仿真介绍

5.1.2 CRUISE仿真软件介绍

5.1.3 CRUISE和MATLAB联合仿真方式选择

5.2 整车模型搭建及参数输入

5.2.1 整车动力学建模及参数输入

5.2.2 发动机建模

5.2.3 电机建模

5.2.4 动力电池建模

5.2.5 改造前后整车模型建模

5.3 重型运输车循环工况设计

（1）乘用车工况

（2）重型商用车工况

5.4 CRUISE软件仿真设置

5.4.1 K_WTVC循环工况导入

5.4.2 信号连接

5.4.3 车辆仿真计算任务设定

5.5 面向提升车辆性能改造的仿真结果及分析

5.5.1 动力性仿真

5.5.2 部件工作特性仿真

5.6 面向提升牵引重量改造的仿真结果及分析

5.6.1 动力性仿真

5.6.2 部件工作特性仿真

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

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