装备机电无级变速器的电动汽车动力总成控制策略研究

摘要

近年来,能源过度消耗的问题和雾霾、温室效应等环境问题日益严重。而电动汽车使用的是无污染、能再生的电能。如果用电动汽车取缔排放大量尾气、消耗大量石油的燃油汽车,能够对症下药的解决上述难题。　　本文的研究对象—机电无级变速器由于没有液压系统,且比传统的无级变速器效率更高,更适合装备电动汽车。传统的电动汽车动力总成控制策略通常只保持电机工作在理想的工作区域,而不考虑无级变速器的状态。而无级变速器本身的效率范围为75％~95%,是无法忽略的。所以,在制定控制策略的时候必须将电机和无级变速器作为一个整体来考虑,使这个整体工作在理想的区域。为了使装备机电无级变速器的电动汽车具有更好的性能,本文通过对动力总成的控制策略进行研究,制定了合适的控制策略和控制算法。具体研究内容如下。　　研究了电动汽车驱动系统的构成及各种结构形式,选择改进的传统驱动系统作为本文中电动汽车动力总成布置形式。而后,研究了电机驱动系统的分类,选择异步电机驱动系统作为本文中电动汽车的驱动系统。　　研究了机电无级变速器的结构、工作原理以及技术优势,得出结论:机电无级变速器非常适合电动汽车。阐述了调速电机的选型及控制方法,选择直流电机作为无级变速器的调速电机,并建立了机电无级变速器的数学模型　　为了同时满足车辆加速时的动力性和稳态下的经济性,制定了动力性与经济性折中的速比控制方法。制定基于电机效率最佳控制策略和基于系统效率最佳控制策略。制定两种策略一是因为车辆在不同的工况下采用不同的策略更合适,二是为了对比验证基于系统效率最佳控制策略的确能够使系统效率更高。最后,制定了改进PID速比控制算法以确保速比平稳变化。　　研究并制定了电机及控制器和机电无级变速器台架试验的方案。通过试验获得的数据制定出完整的动力总成控制策略。　　利用Matlab/Simulink软件建立了装备机电无级变速器的电动汽车的计算机仿真模型,并对其进行仿真。结果显示,本文所建立的整车模型是正确的,所制定的装备机电无级变速器电动汽车动力总成的控制策略是有效、可靠、具有意义的。其中,电动汽车在基于系统效率最佳控制策略下行驶的系统效率明显高于单纯考虑电机效率下的系统效率。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 金属带式无级变速器

1.3 研究目标

1.4 研究内容

1.5 本章小结

2 纯电动汽车驱动系统

2.1 电动汽车驱动系统的构成及各种结构形式

2.2 电动汽车电机驱动系统的分类

2.3 电机驱动控制系统

2.4 电动汽车电机驱动系统性能比较

2.5 本章小结

3 电控金属带式无级变速器

3.1 电动汽车用无级变速器

3.2 机电无级变速器的结构及原理

3.3 调速电机选型及控制方法

3.4 机电无级变速器数学模型

3.5 控制系统状态空间分析

3.6 主从动带轮夹紧力及其耦合关系

3.7 本章小结

4 动力总成控制策略的研究

4.1 机电无级变速器速比的控制目标、方法和要求

4.2 机电无级变速器速比控制原理

4.3 机电无级变速器速比控制策略

4.4 基于电机效率最佳控制策略

4.5 基于系统效率最佳的控制策略

4.6 EMCVT速比的PID控制

4.7 EMCVT速比 PID控制的改进

4.8 本章小结

5 电动汽车电机及控制器和机电无级变速器台架试验

5.1 电机及控制器台架试验

5.2 机电无级变速器台架试验

5.3 本章小结

6 电控无级变速器电动汽车建模仿真分析

6.1 模型参数

6.2 电动汽车仿真模型的构建

6.3 整车动态仿真分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

致谢

参考文献

附录