混合动力电动汽车研究方法的报告0.docVIP

现代研究混合动力电动汽车的方法混合动力电动汽车的分类混合动力电动汽车的分类方法有很多种，如按照试用用途分类（可分为：续驶里程延长型、双模式型、助力型）、按照电池的荷电状况的保持情况不同分类（可分为：荷电保持型、核电耗尽型）及按照混合比不同分类等多种分类方法。这里重点介绍按照结构形式不同，对混合动力电动车进行分类；1）串联型混合动力电动汽车串联型驱动混合动力电动汽车有发动机、发电机和电动机三大机构组成如图1。有发动机带动发电机发电，其电能通过控制器（功率转化器）直接输送给驱动机，有发电机产生电磁力矩驱动汽车。在发动机与后续驱动系统间没有直接的机械连接。电池通过控制器并联在发电机和发动机之间，其功率平衡作用，汽车低负荷时，大电机组除向驱动汽车的电机供电外，多余的点能存入蓄电池;汽车高负荷时，蓄电池也参与供能。换句话说，当发电机的发电功率大于驱动电机所需的功率时（如汽车减速滑行、低速行驶或短时停车的工况）。控制器控制发电机向电池充电;而当发电机发出的功率低于发电机所需的功率时（如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况），电池则向驱动电机提供额外的电能。发动机驱动桥发电机控制器驱动电机电池组 图1 串联式混合动力电动汽车系统示意图2）并联型混合动力电动汽车 并联型驱动系统中，发动机通过机械传动装置与驱动桥连接，电机通过复合装置也与驱动桥相连，汽车可有发动机和电机共同驱动或各自单独驱动其驱动图如2。并联式混合动力电动汽车的结构形式更像是附加了一个电机驱动系统的普通内燃机汽车。从概念上讲，它是电力辅助型的燃油车，目的是为了降低排放和燃油消耗。当汽车运行工况所需的功率超过了发动机的功率时，电机从电池取得电能产生磁力矩，并向驱动桥提供额外的驱动功率。由于发动机与驱动车轮之间直接相连，其发动机的运转就与通常汽车的发动机相似而受驱动工况影响。内燃机油箱蓄电池功率转换器电动机传动装置 2并联混合动力驱动系统3）混联型混合动力电动汽车混联型混合动力电动汽车在结构上综合了串联型和并联型的特点，与串联型相比，它增加了机械动力的传递路线；与并联型相比，它增加了电能的传输路线。但其结构复杂，成本高。混联型动力电动汽车主要由发动机、发电机和驱动电机三大动力总成组成，其驱动框图如所示。又可以分为发动机主动型和电力主动型。以发动机主动型混联混合动力电动汽车为例：车辆起动时，发动机关闭，蓄电池工作提供车辆行驶所需动力；节气门全开车辆加速行驶时，发动机和电机同时工作，共同分担车辆所需动力；车辆正常行驶时，电机关闭，发动机单独工作提供所需动力；车辆制动或减速行驶时，电机工作于发电机模式，给蓄电池充电。车辆行驶过程中，如需给电池充电。发动机一部分动力用于驱动车辆，另一部分动力由发电机经功率转换器给蓄电池充电；停车时，发动机也可以通过发电机给蓄电池充电。目前，尼桑混合动力电动汽车就采用了类似的功率流控制方法。内燃机油箱蓄电池功率转换器电动机传动装置发电机 3混联混合动力驱动系统）复合式混合电动汽车其结构和特点复合式混合动力电动汽车的结构更复杂。其结构与混联式混合动力电动汽车相似，二者主要区别在于复合式中与发动机连接的电机允许功率流双向流动，而混联式中与发动机连接的发电机只允许功率流单向流动。一般采取双轴驱动的形式，前轴采用发动机和电动机复合驱动，后轴采用电驱动。两个电机都即可以驱动汽车行驶，也可以在刹车时再生制动，向电池组充电。复合式混合动力电动汽车虽然结构复杂、成本高，但驱动系统的质量轻，因此增加了车辆装配的灵活性，而且，同时回收四个车轮的制动动能可以大大提高车辆的燃油利用率和燃油经济性。5）混合动力电动汽车功率分配正确调整混合电动车辆传动系统的主要的目的为合理决策发动机（主动力源，简称）的工作特性以及它与能量存储器（功率源或辅助能量源，简称）间的能量流动。功率的合理分配主要取决与传动装置的结构和功率源的瞬态工作效率特性。混合动力汽车传动系结构混合驱动车辆传动系结构设计遇到的一个重要问题为对它们的能量效果出一个准确的评估。混合动力传动结构各种各样，比如电池类型、电机类型、总成结构等。单独测定部件的效率特性并不能对整个总成的效率做出总体评估，相应地，就难以对各方案做出对比和取舍，而这在设计阶段是相当重要的。混合动力汽车车辆工作过程中，经常发生两个或两个以上的能量叠加，然而混合合驱动也可以分解为单能量源工作工况，比如纯电动或纯内燃机工作工况。图给出了在不同的混合动力传动结构中所采用的功率叠加方式。现代研究混合动力电动汽车的方法电动车仿真发展背景及技术要求电动车仿真属于数学仿真范畴。通过仿真，设计者可以在原型实验之前对电动车设计方案进行全面评估，节省了时间和费用，这一优势直接推动了电动汽车仿真软件的发展。电动汽车包含涉及多门学科的子系统，如机械传动、电机驱动和电池管理等，这种系统复杂性也迫切要求功能强大的电动汽车仿真软件。计算机技术、软件技术、仿真理论以及汽车设计水平的提高也给电动车仿真软件提供了高发展起点，来自他们的许多思想、算法和仿真方法在电动汽车提出了“数字化车辆”的概念。在该概念中，电动汽车所有设计数据和部件模型通过数据总线高度集中，可被不同的应用领域和不同的设计层次的仿真软件所共享，可实现流畅的“协同仿真”。当前多数主流的电动车用仿真软件都不同程度的采纳了“协同仿真”的观点。可见电动汽车的发展为电动汽车用仿真软件创造了技术市场，与此同时，电动汽车、软件和仿真技术的进步又为电动汽车用仿真软件提供了技术基础，这两个条件成为电动汽车用仿真软件发展的动力。电动汽车必须处理相互的耦合、来自不同学科的子系统。并且必须处理当前汽车业界最先进的设计思想和方法为具体实现，这样就给电动汽车仿真软件提出了要求和挑战。1）仿真法计算机仿真作为一种有力的工具，现在广泛应用于各种研究领域。它的主要作用是在进行昂贵且费时的原型实验之前对物理系统的性能进行模拟分析，工程设计人员可以利用它全面地评估其设计，并通过它发现设计中的一些问题，而这些问题通过测量和实验是不易发现的。计算机仿真技术可以节省大量开发费用，这些费用可以用于纠正后续工程和制造过程中出现的问题。电动汽车技术的多科学性和快速发展的特点，要求电动汽车的设计过程灵活、快速且经济，计算机仿真不仅使这种设计过程成为可能，而且提高了电动汽车的系统优化水平。2）电动汽车系统水平上的仿真电动汽车的设计主要由个部分组成；整车及车身设计、能源系统设计、电力驱动系统设计和辅助系统设计。整车总体设计、车身设计主要是有关车身结构、车架、保险杠和悬架的设计；能源系统的设计包括蓄电池和充电器的设计；电力驱动系统设计主要包括电子控制器、功率转换器、电动机、传动装置和车轮等的设计；辅助系统设计主要有制动、转向、辅助动力供给、温度控制和能量管理系统的设计，这些系统之间相互作用且联系紧密。电动汽车的多学科交叉性使得电动汽车仿真成为一个技术混合的过程。由于电动汽车子系统之间不同程度的相互作用，而且这些子系统通过技术混合和信号混合相互联结，使得不可能在解析的基础上设计和优化电动汽车，因此，技术混合、信号混合的整个仿真过程应在系统水平上进行，这样可在平衡各子系统标准的同时确定期望的电动汽车系统集成。3）电动汽车仿真软件上个世纪七十年代就有很多国家开始研制电动汽车仿真软件，现在的电动汽车仿真软件很多，总结起来他们有如下特点：仿真模型采用模块化的思想设计开放仿真模型和源代码与其它多种软件进行联合仿真通常电动汽车的仿真方法分为前向方法和后向方法电动汽车仿真软件的仿真模型采用动态模型、稳态模型、准稳态模型和实验数据；实验图表相结合的设计策略；化辅助设计功能；硬件在回路的实时仿真和快速原型功能：虚拟现实。选择indows环境的MATLAB软件作为仿真平台。采用标准的indows操作系统的GUI（图形用户界面）界面。目前国内较教常用的有三种，即：ADVISOR仿真软件、PAST仿真软件和vsim仿真软件。4）电动汽车仿真软件作为一种仿真分析工具，在国外己有许多应用ADVISOR的成功案例利用ADVISOR的仿真功能可进行以下几个方面的工作：）对还未制造的汽车预测其燃油经济性；）研究传统的内燃机汽车、混合动力汽车和纯电动汽车是怎样通过其动力驱动系统；）比较不同驾驶循环下的排放特性；）评价混合动力汽车的能量管理策略（整车控制策略）；）优化变速箱的传动比以得到最小的燃油消耗和最佳的性能。5）利用ADVISOR进行汽车仿真的一般步骤如下：）定义车辆的仿真参数（在这个阶段，要选择传动系统类型、设置部件的仿真参数、设计控制策略）；）运行仿真（在这个阶段，要选择仿真工况，系统提供了种国外标准的驾驶循环供用户选择）；）得出仿真结果（在这个阶段，可以得到仿真参数图，仿真报告、能源消耗图、比较仿真、等仿真结果）。PAST仿真软件拥有多种动力系统及车辆平台。其中整合了多种预先设置的结构模式可供选择，包括：传统燃油汽车，电动汽车。燃料电池汽车及多种混合动力汽车，还包含了轻型，中型和重型车辆的模拟平台；PAST拥有多重选择的部件模型数据库，基于所要研究目的，有不同的部件模型可供选择。用户还可以在中轻松的执行自己创建的部件模型，数据设置，控制策略及运行工况：另外，PAST还能测试和对仿真数据进行分析，测试和仿真数据在同一后期处理工具中进行计算，广泛使用的分析工具和显示图表使得对复杂的动力系统了解更加便利，另外，每一次测试或仿真过程都可以通过动画重放。6）PAST仿真软件还具有如下优点：）可写入MATLABSimulinktateflow，确保了模块化和灵活性；）在icrosoftNet ramework下具有友好的用户使用界面；）完善的Simulink模块和初始数据设置；）发动机、燃料电池、电池、电动机、传动系统等多种数据库；）与其他MATLAB程序实现无缝连接；）支持广泛使用的HTML和PDF文件。7）PAST仿真软件具有以下分析功能：）预测车辆的燃料消耗和动力性能；）部件评估（发动机，电池，电动机）；）设计和调试控制策略；）比较组件的性能（镍氢电池锂聚合物电池，柴油机汽油机）；）比较车辆的结构布局。EVISIM仿真软件是香港大学电动汽车国际研究中心的研究人员开发的一种电动汽车仿真软件，该软件可用于电动汽车系统水平上的设计、仿真和优化，它是基于MATLAB的Windows版本的一种数学工具，可用于求解一系列代表整车系统中各子系统之间相互作用的方程。为了便于用户输入数据和处理数据，该系统采用交互式的图形用户界面.EVISIM是用文件编写的模块化的程序结构，除了数据输入、