城市公交汽车用起动/发电集成式混合动力系统研究

摘要

能源、交通、环境是人类的发展的基础，节能减排是我国发展的基本战略。加大节能减排的城市交通工具的发展是缓解我国城市拥堵的重要的措施。　　论文以城市公共交通用汽车的混合动力驱动系统为研究对象，结合各种电机的特点，分析了混合动力驱动系统的动力需求。对整车的信号和传感器硬件系统进行了选型，确定了混合动力的驱动、发电机的基本结构，根据城市公共交通汽车的运行特点，对整车、电机的控制策略进行了分析，提出了混合动力系统与整车的运行模式。在此基础上，为提高整车动力驱动系统的可靠性，开展了基于转子位置自检测的驱动电机直接转矩控制算法的研究，并进行了相关的仿真和实验分析。论文的主要研究工作如下:　　1.设计了可以满足城市交通运行要求的混合动力驱动系统，确定了驱动电机、ISG电机与YC6105柴油机同轴双离合的布置结构，确定了电机相关结构与性能参数，建立了驱动电机性能仿真模型，对不同输入电压、不同转速的驱动系统效率进行了仿真与分析。仿真结果验证了驱动电机的转矩和最高转速能满足客车在城市路况行驶过程中的使用要求。　　2.根据整车、ISG、驱动电机的三个独立控制单元的结构特点，确定了采用CAN网络协议，对各控制单元的进行通讯联接。根据动力控制系统硬件设计的要求，确定了整车、电机的各种温度、车速、电流、传感器以及控制系统的电路、电压参数。　　3.根据城市公共交通车辆的平均车速低、频繁停车起步、线路拥堵的运行特点，提出了启停、启动、车辆滑行和发电等工况的控制策略，提出了混合动力系统的整车纯电动、串联、发动机直接驱动的运行模式。　　4.针对永磁同步电机的驱动控制发展，开展了转子位置自检测的永磁同步电机直接转矩控制算法的研究，并进行了仿真和实验分析。研究结果表明，SVPWM技术与直接转矩控制相结合，能够有效降低转矩和磁链脉动，改善电流波形;运用改进型滑模观测器的转子位置自检测控制方法，能够改善传统滑模观测器存在的抖振问题，并且可以提高电机低速时转子位置的估算精度。　　推广电动和混合驱动系统是减少城市公共交通汽车排放污染物的一种重要的措施，优化动力驱动和控制系统是研究的重要课题，论文的研究工作只是课题工作的开始，如何优化电机和发动机动力匹配、优化电机的控制系统有待进一步研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 混合动力汽车的发展

1．3 混合动力驱动系统研究现状

1．3．1 混合动力电机的发展

1．3．2 电机控制方法研究

1．3．3 动力系统控制策略

1．5 本文主要研究工作

第二章 动力系统设计及性能仿真

2．1 混合动力系统结构

2．1．1 混合动力系统的形式

2．1．2 动力电机的驱动方式

2．2 电机选型

2．2．1 直流电机

2．2．2 开关磁阻电机

2．2．3 永磁电机

2．3 动力驱动系统的设计

2．3．1 动力驱动系统总体设计

2．3．2 混合动力系统的电源电压

2．3．3 电机结构设计

2．3．4 电机主要参数

2．4 动力驱动系统仿真

2．4．1 驱动电机模型与参数

2．4．2 驱动系统效率仿真与分析

2．5 本章小结

第三章 混合动力控制系统的设计

3．1 CAN总线通信

3．2 传感器

3．2．1 转速传感器

3．2．2 温度传感器

3．2．3 车速传感器

3．2．4 油门踏板位置传感器

3．3 控制模块及相应硬件的设计

3．3．1 控制系统硬件设计

3．3．2 电流采样电路

3．3．3 电压检测电路

3．3．4 过流保护电路

3．3．5 电机转速测量电路

3．3．6 功率变换电路与驱动隔离电路

3．4 控制策略

3．4．1 启动控制策略

3．4．2 启停控制策略

3．4．3 发电控制策略

3．4．4 车辆滑行控制策略

3．5 本章小结

第四章 驱动电机控制方法研究

4．1 驱动电机低速控制

4．2 驱动电机直接转矩控制

4．2．1 驱动电机直接转矩控制系统

4．2．2 驱动电机直接转矩控制算法

4．3 基于改进型滑模观测器的位置自检测控制

4．3．1 改进滑模观测器设计

4．3．2 转子位置估算

4．4 位置自检测的直接转矩控制

4．5 仿真与试验分析

4．5．1 仿真分析

4．5．2 试验验证

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文、申请专利、参与项目情况