关键词：混合动力汽车;;构型分析;;行星排;;能量管理策略;;燃油经济性
摘 要：在全球能源日趋紧张、生态环境日益恶化的背景下,为了减少日益严重的温室气体排放和燃油消耗,减轻能源危机,汽车节能减排技术的研究受到各国广泛关注。加快新能源汽车产业发展成为世界各国共同的战略选择。基于行星排的功率分流式混合动力汽车,能有效改善汽车的油耗和排放,是新能源汽车市场的研究热点。本文结合国家重点研究计划“插电/增程式混合动力系统构型与动态控制方法研究”项目,对采用单行星排的功率分流式混合动力汽车的构型及控制策略开展了以下研究工作:(1)利用杠杆法分析了单行星排和一个发动机与两个电机的所有可能的构型方案,并根据动力源的组合方式对所有可能的构型方案进行了分类;剔除明显无效的构型方案后,剩有12种可行的功率分流式构型方案,其中,输出分配式构型方案和输入分配式构型方案各6种;在详细研究输出分配式与输入分配式构型方案的基础上,从构型是否存在机械点,构型对电机转速转矩的要求与构型的电功率分流比例等4个方面,对12种可行的构型方案进行了筛选;最后从6种输出分配式构型和6种输入分配式构型方案中各选出一种最优的构型方案。(2)为了对比两种优选构型方案的性能,构建了以两种优选构型方案为基础的汽车动力系统,并详细分析其工作特性,建立相应的数学模型;针对单行星排功率分流式动力系统的多自由度特性,提出一种动力总成参数设计方法;在此基础上,依次对发动机、行星排、主减速器、电机和电池等主要部件进行参数设计,并在MATLAB仿真软件中建立相应模型,为控制策略的制定与分析奠定基础。(3)根据两种动力系统的工作特性和参数匹配的结果,对两种动力系统分别建立了基于规则的控制策略;同时为了解决转速转矩在三个动力源之间的分配问题,研究了电机等效能耗的计算方法,并以整车瞬时等效能耗最低为目标,采用瞬时等效油耗最低控制策略(ECMS),优化转速转矩在三个动力源之间的分配。优化结果表明,两种动力系统均可通过调节两电机的转速转矩,实现发动机与车轮处转速转矩的解耦。(4)最后对两种动力系统分别在NEDC、UDDS、HWFET和US06四种循环工况下进行仿真分析。结果表明:输出分配式动力系统在四种工况下的等效能耗均小于输入分配式动力系统,在平均车速较低的UDDS工况下,两者的能耗相差7.6%;在平均车速较高的HWFET工况下,两者的能耗相差12.6%,验证了“输入分配式动力构型方案在高速工况下存在功率循环而降低动力系统效率”这一结论。上述研究为单行星排和单发动机与双电机混合动力汽车的构型方案设计和参数匹配提供了理论支撑,对基于单行星排的功率分流式混合动力汽车的控制策略设计和性能优化具有重要意义。
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