串联式混合动力大客车动力匹配及控制策略的研究

论文摘要

节能、环保和安全是当今世界的三大主题。汽车是当今人们的主要交通方式之一,也是能源消耗大户。随着社会的发展进步,传统的内燃机汽车(主要以汽油和柴油为燃料)产量和保有量不断上升,使得环境污染和能源短缺陷入了恶性循环。一方面汽车尾气排放成为全球环境重要的污染源;另一方面,汽车消耗了大量的石油和天然气资源。若进一步使用内燃机技术发展汽车工业将会给能源安全和环境保护造成巨大的压力。如何提高汽车性能来降低能耗和排放是当今汽车技术研究的重要内容。因此世界各国目前正在研发电动汽车以减少能源消耗,降低污染物的排放。纯电动汽车(EV)具有传统的燃油汽车所不具有的零排放的优点。但是纯电动汽车的动力性能与传统内燃机汽车相比较差,续驶里程较短,电池成本较高。同纯电动汽车相比,燃料电池(FCEV)的显著优点为燃料电池电动汽车可以达到与传统的燃油车一样的续驶里程,但是目前燃料电池的成本还很高,比纯电动汽车蓄电池的成本还要高得多。混合动力电动汽车采用发动机与电池相组合的方式可以增加电动汽车的行驶里程,获得更高的车速,也可以在一定程度上提高传统汽车的燃油经济性,降低污染物的排放,且生产成本相对于纯电动汽车和燃料电池电动汽车较低,有望在当前阶段得到很好的发展。尽管混合动力电动系统较传统动力系统增加了很多设备,从而也增加了重量和体积,相对于轿车,这些变化带来的问题对客车尤其是大客车的影响比较小。所以,许多专家认为,混合动力技术将首先在公交客车上实现产业化。本文以运行于城市公交系统的传统客车LCK6112RG为研究对象,将其改装为LCK6112RGHEV,在满足城市工况要求的动力性能的基础上,实现提高燃油经济性和降低排放的设计目标。围绕着这个目标,本文首先分析并比较了HEV的驱动结构和类型,确定了LCK6112RGHEV驱动系统的布置形式;并根据城市实际循环工况和国家关于混合动力客车的动力性能标准,为LCK6112RGHEV制定了性能标准,并完成了LCK6112RGHEV驱动系统的部件选择和参数匹配;接着,根据选择的部件及参数在ADVISOR中建模,并在中国典型循环工况下对设计好的车型进行仿真,并与传统客车进行比较,验证了混合动力模型参数选择的合理性和混合动力的优越性。最后,本文分别对串联式混合动力大客车的“恒温器”控制策略和“功率跟随”控制策略进行了分析比较,分析了节油不明显的原因,并对两种控制策略进行了改进分析,达到了比较理想的节油效果,为今后串联式混合动力大客车控制策略的优化设计提供了理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混合动力汽车的定义及特点
• 1.2.1 混合动力汽车的定义
• 1.2.2 混合动力汽车的特点
• 1.3 混合动力子系统的关键技术
• 1.3.1 电池和电池管理系统
• 1.3.2 电驱动系统
• 1.3.3 动力复合装置
• 1.3.4 混合动力系统专用发动机
• 1.4 国内外混合动力大客车发展现状
• 1.4.1 国外混合动力城市客车发展现状
• 1.4.2 国内混合动力城市客车发展现状
• 1.5 课题的背景、意义和研究内容
• 1.5.1 课题的背景和意义
• 1.5.2 本文的研究内容
• 第2章 混合动力大客车驱动系统结构选型
• 2.1 串联式混合动力电动汽车（SHEV）
• 2.1.1 串联式混合动力电动汽车驱动系统结构和特点
• 2.1.2 串联式混合动力电动汽车的控制策略
• 2.2 并联式混合动力电动汽车（PHEV）
• 2.2.1 并联式混合动力电动汽车的驱动系统特点
• 2.2.2 并联式混合动力电动汽车的控制策略
• 2.3 混联式混合动力电动汽车（PSHEV）
• 2.3.1 混联式混合动力电动汽车驱动系统结构特点
• 2.3.2 混联式混合动力电动汽车的控制策略
• 2.4 三种混合动力驱动系统的性能特点及对比
• 2.4.1 SHEV的性能特点
• 2.4.2 PHEV的性能特点
• 2.4.3 PSHEV的性能特点
• 2.4.4 三种混合动力驱动结构对比
• 2.5 混合动力城市客车动力驱动系统确定
• 2.5.1 城市客车运行工况的特点
• 2.5.2 混合动力城市客车动力驱动系统确定
• 第3章 串联式混合动力大客车部件选型及动力参数选择
• 3.1 串联式混合动力大客车的整车参数和性能指标
• 3.2 发电机—发动机组选型及参数选择
• 3.2.1 发动机选型
• 3.2.2 发动机参数选择
• 3.2.3 发电机选型
• 3.2.4 发电机参数选择
• 3.3 电动机选型及参数选择
• 3.3.1 电动机选型
• 3.3.2 电动机参数选择
• 3.4 电池组选型及参数选择
• 3.4.1 电池组选型
• 3.4.2 电池组参数选择
• 3.5 变速器参数选择
• 3.5.1 最小传动比的选择
• 3.5.2 最大传动比的选择
• 3.6 本章小结
• 第4章 串联混合动力系统动态建模
• 4.1 引言
• 4.2 串联式混合动力大客车（SHEB）动力系统建模
• 4.2.1 发动机建模
• 4.2.2 混合动力能量存储系统建模
• 4.2.3 交流驱动电机建模
• 4.2.4 控制策略建模
• 4.2.5 车身模型及其它子系统建模
• 第5章 混合动力大客车驱动系统性能仿真及优化
• 5.1 混合动力大客车驱动系统性能仿真
• 5.1.1 ADVISOR仿真界面
• 5.1.2 子系统模型参数的输入
• 5.1.3 测试循环工况选择
• 5.1.4 设置性能测试选项
• 5.1.5 仿真运行结果
• 5.2 仿真结果分析及优化
• 5.2.1 仿真结果分析
• 5.2.2 控制策略优化及分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录