并联混合动力汽车用行星齿轮机构的研究

论文摘要

本文以并联混合动力汽车(PHEV)用单、双排行星齿轮机构为主要研究对象,进行了运动学、动力学性能以及车辆主要动力部件选型的深入研究,并对其稳态和动态性能进行了仿真分析,为PHEV最佳结构方案的确定和控制策略的制定及完善提供了有价值的理论依据与方法指导。本文首先分析了PHEV用行星齿轮机构的结构特点,从单排行星齿轮机构两自由度的特性出发,提出了三个基本构件与双动力源的六种连接方式以及PHEV多种工作模式,并介绍了键合图理论在行星齿轮传动系统中的应用,为进一步利用该理论建模分析奠定了基础。通过对PHEV用单、双排行星齿轮机构的传动比、功率流图、传动效率以及稳定运行工况下参数关系的理论及仿真分析,结合PHEV对动力合成装置的要求,对六种传动方案进行了比较,提出了最佳结构方案并对其稳态性能进行了仿真分析。同时,从动力合成的角度提出了稳定运行时PHEV双动力源的最佳动力耦合工作点。基于键合图理论,在考虑了系统的阻尼、刚度和转动惯量影响的情况下,建立了PHEV用单、双排行星齿轮机构在不同工作模式下的动态模型,推导了相应的系统状态方程。进一步对其动态性能进行了仿真分析,从而提出了PHEV工作模式切换的动态过程中双动力源的最佳动力耦合工作点。在上述工作的基础上,从行星齿轮机构原有的机械属性出发,进一步针对PHEV用单、双排行星齿轮机构的综合性能进行了分析,由此,提出了PHEV用行星齿轮机构选型原则。最后,从本文研究的实际出发,给出了PHEV的控制策略及其主要动力部件的选型及参数匹配的原则,建立了基于ADVISOR2002的PHEV驱动系统仿真模型,并在ADVISOR2002的平台上进行了仿真分析,仿真结果满足PHEV的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究的内容与研究方法
• 1.3.1 本文研究的内容
• 1.3.2 本文的研究方法
• 2 PHEV用行星齿轮机构概述
• 2.1 引言
• 2.2 行星齿轮传动的特点、类型简介
• 2.3 PHEV用单、双排行星齿轮机构
• 2.3.1 结构分析
• 2.3.2 动力系统的工作模式
• 2.4 行星齿轮机构动力学的研究
• 2.4.1 键合图在行星齿轮传动系统研究中的应用
• 2.4.2 键合图建模与仿真的理论依据
• 2.5 本章小结
• 3 PHEV用行星齿轮机构的稳态特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 传动比分析
• 3.2.1 单排
• 3.2.2 双排
• 3.3 运动学的参数关系
• 3.3.1 单排
• 3.3.2 双排
• 3.4 力矩分析
• 3.4.1 单排
• 3.4.2 双排
• 3.5 功率分析
• 3.5.1 相当功率比
• 3.5.2 功率流图
• 3.5.3 功率关系
• 3.6 传动效率分析
• 3.6.1 行星齿轮传动效率的常用公式
• 3.6.2 效率分析
• 3.6.3 综合效率分析
• 3.7 本章小结
• 4 PHEV用行星齿轮机构的键合图模型
• 4.1 引言
• 4.2 键合图模型的建立
• 4.2.1 键合图的基本理论
• 4.2.2 单排行星齿轮机构的键合图模型
• 4.2.3 双排行星齿轮机构的键合图模型
• 4.3 系统的状态方程
• 4.3.1 单排系统各种工作模式下的状态方程
• 4.3.2 双排系统各种工作模式下的状态方程
• 4.4 本章小结
• 5 PHEV用行星齿轮机构的性能仿真分析
• 5.1 稳态性能仿真分析
• 5.1.1 仿真模型的建立
• 5.1.2 单排仿真结果及分析
• 5.1.3 双排仿真结果及分析
• 5.2 动态性能仿真分析
• 5.2.1 状态方程的求解及仿真实现
• 5.2.2 单排仿真结果及分析
• 5.2.3 双排仿真结果及分析
• 5.3 综合性能分析
• 5.4 本章小结
• 6 PHEV主要动力部件选型及仿真分析
• 6.1 引言
• 6.2 PHEV布置方案和控制策略
• 6.2.1 布置方案
• 6.2.2 PHEV的控制策略
• 6.3 主要动力部件的选型
• 6.3.1 选型的初始条件和要求
• 6.3.2 动力部件的选型及参数匹配
• 6.4 仿真分析
• 6.4.1 ADVISOR2002仿真软件简介
• 6.4.2 基于ADVISOR2002的驱动系统仿真模型
• 6.4.3 仿真结果及分析
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 仿真结果
• 附录2 硕士期间发表的论文