混合动力汽车再生制动系统损耗分析与控制策略

摘要

近些年来，新能源汽车的研究进入了一段高速发展时期。由于混合动力汽车既能够降低排放和保持良好的经济性，又有着可靠地行驶里程，是作为新能源汽车取代传统汽车的理想过渡车型之一。再生制动是混合动力汽车提高续航里程的一项重要技术。在车辆进行制动时，传统汽车将动能转化为摩擦热能损失掉了，再生制动则通过电机将动能转化为电能储存在电池之中，从而达到回收目的。整个再生制动回收过程是由两条功率流组成，一条电制动功率流，一条液压制动功率流；液压制动由于技术成熟，可以保证整车的安全性和平稳性，而电制动功率流的回收效率与各部分损耗则直接影响了回收能量的多少。　　本文旨在以某款前后双电机混合动力汽车为研究平台，首先对电制动功率流传递过程中永磁同步电机的损失机理进行了分析，然后综合考虑了各关键部件如CVT 等对电功率流损失的影响，分别建立前后轴联合效率模型，且提出了相应的再生制动分配策略，具体研究内容如下：　　⑴对本文研究的前后双电机混合动力汽车进行了整车力学分析并引出了 I 曲线。分别就理想制动力分配方法、最大能量回收制动力分配法、并行制动力分配法三类分配策略各自特点进行简要阐述；引入相关的ECE制动法规，用以对前后制动力的大小进行约束限制，为后文提出自己的分配策略奠定基础。　　⑵为了准确反映再生制动过程的效率变化，对电制动过程中的电机、CVT、电池三个重要部件分别进行损耗机理分析，具体为电机的铜损耗、铁损耗、其余损耗；CVT 的钢带滑动损失、带轮变形引起的损失、金属片滑转损失；磷酸铁锂电池的温度影响、内阻损耗。建立各自的模型及电机控制器。　　⑶分析整车再生制动过程中的电制动功率流，将整车电制动按前后轴划分，建立前轴（CVT-ISG）联合效率模型与后轴（PMSM）联合效率模型。结合前轴效率模型，通过算法寻优求得最优CVT速比。针对前后轴联合效率模型进行输入输出特性分析，充分考虑各类影响因素得到前后轴联合效率模型的运行区域；进而提出一种新的再生制动的制动力分配策略。　　⑷基于MATLAB/Simulink仿真平台搭建了前后双电机混合动力汽车再生制动系统后向仿真模型与损耗模型，分别在三种典型制动工况和NYCC、FTP-72循环工况下进行再生制动仿真分析。典型制动工况的仿真结果体现了在该制动工况下的回收效率以及各重要部件的损失与占比；典型循环工况结果体现了功率、前后电机制动扭矩、联合效率，验证了本文所提出电机控制器与制动力分配策略是可行的。

目录

1 绪 论

1.1混合动力汽车研究背景及意义

1.2混合动力汽车的研究现状

1.2.1 国外混动汽车的研究现状

1.2.2 国内混动汽车的研究现状

1.3再生制动的研究现状

1.3.1 再生制动的原理与研究问题

1.3.2 再生制动的国内外研究现状

1.4.1研究意义

1.4.2研究内容

2 整车参数及制动力分配

2.1 CVT双电机PHEV结构及其参数

2.2 汽车制动力分析与I曲线

2.2.1制动力动力学分析

2.2.2 理想制动力分配曲线

2.3 ECE法规对制动力分配的限制

2.3 混合动力汽车的三种制动力分配方法

2.3.1 理想制动力分配法

2.3.2 最大能量回收制动力分配法

2.3.3 并行制动力分配法

2.4 本章小结

3 电制动系统各关键部件的建模

3.1 永磁同步电机模型

3.1.1 建立电机数学模型

3.1.2 电机的损耗机理

3.1.3 电机的损耗模型

3.1.4 电机控制器设计

3.2 CVT传动机理与损耗模型

3.2.1 CVT的扭矩损失机理

3.2.2 CVT的扭矩损失计算与效率模型

3.3.1 RC等效电路模型

3.3.2 电池损耗模型

3.4 本章小结

4 电制动系统功率流分析与制动力分配策略

4.1 电制动损耗功率流

4.2 前轴联合效率模型建立及最优CVT速比

4.3前轴联合模型的输入输出特性

4.4联合效率最大的制动力分配模型

4.5制动力分配策略

4.6 本章小结

5 整车仿真与分析

5.1 典型制动工况仿真及损耗分析

5.1.1 制动强度z=0.2

5.1.2 制动强度z=0.4

5.1.3 制动强度z=0.6

5.2 两种循环工况仿真

5.2.1 NYCC循环工况

5.2.2 FTP-72循环工况

5.3 本章小结

6 全文总结

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间参加的科研项目目录

B 学位论文数据集

致谢