毕业设计（论文）文献综述-中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计.doc

毕业设计（论文）文献综述毕业设计（论文）文献综述题 目 中度混合动力电动汽 车动力传动系统匹配设计学 院 车辆工程（汽车工程）专 业 车辆工程（汽车工程）学 生 学 号 指导教师 前 言作者毕业设计题目为中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计，1886年，世界上第一辆汽车诞生在德国，一百多年来，汽车己极大地改变了人们的活，成为非常重要的代步和运输工具。目前，汽车工业是许多国家的支柱产业，也是当今世界最大、最重要的工业部门之一。汽车缩短了人们之间的距离，改变了人们的生活方式，提高了生活质量。今后50年，世界人口将由60亿增加到100亿，汽车数量将由7千万增加到2亿5千万。但我们在享受汽车文明的同时，也必须面对汽车带来的负面影响:环境污染和过度能源消耗。2000年我国进口石油7000万吨，预计2005年后将超过1亿吨，相当于科威特一年的总产量。目前世界上空气污染最严重的10个城市中7个在中国，国家环保中心预测，2010年汽车尾气排放将占空气污染源的64%。上个世纪末人们关注的是汽车节能、排放和安全技术，而本世纪初，人们己经更多的将目光转向汽车新能源和环保技术。如果仍然采用传统的内燃机技术发展汽车工业，将会给燃油的需求和环境保护造成巨大压力。研制开发更节能、更环保、使用替代能源的新型汽车，成为各大汽车公司的当务之急。本文作者通过查阅近些年来有关中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计的期刊、书籍、学位论文等文献资料，了解掌握了关于中度混合动力电动汽车动力传动系统匹配设计中的动力传动系统功能总成、传动系统总布置设计方案、主要技术参数以及内燃机、电机、电池及传动系主要性能参数进行匹配设计的分析研究方法，这些文献给了作者很大的参考价值。1.研究课题的意义、背景电动汽车己有三种驱动类型:以高效能蓄电池驱动的电动汽车(EV)、以燃料电池为动力源电动汽车(FEV)和以燃油发动机与电动机混合驱动的混合动力电动汽车(HEV )。电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或零排放新燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程较短。由于高效能蓄电池、燃料电池及其系统的发展相对滞后，混合动力汽车正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有内燃机与一定容量的储能器件(主要是高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，这其中以丰田的Prius和本田的Insight为代表。电力辅助型混合动力汽车采用并联式结构，电池组容量相对较小(2-6kW/h)，由发动机提供匀速行驶时的平均功率需求，当加速或爬坡需要较大功率时，由电池和电动机组成的电力辅助部分补充输出驱动功率.混合动力汽车动力性能、燃料经济性以及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用情况多数是偏离其最佳工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配。因此，通过合理匹配混合动力汽车的驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制策略，对于提高汽车行驶效率，降低燃油消耗和尾气排放具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之后给予最后评价。这样做不但周期长，成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性，可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设计参数和驱动系统控制策略，利用计算机仿真模拟对汽车动力性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳定工况，能全面地预测汽车齐多种工况下的动力性能和燃油经济性。2.国内外研究现状及分析 在叶心8文献中，以ISG型中度混合动力汽车的系统效率最优为目标，通过建立不同驱动模式下的系统效率计算模型，获得了各个驱动模式的工作范围和驱动模式之间的切换规律；在此基础上通过“三系数法”优化了驱动模式切换的边界条件，避免了模式切换时发动机频繁起停带来的怠速油耗的增加；针对模式切换时或突然加速时油门突变引起的动态油耗的增加，通过对发动机节气门开度变化率的限制和驱动电机对发动机转矩的动态补偿控制，减小了由于节气门突变增加的动态油耗；以ISG型中度混合动力系统各个驱动模式下的系统效率最优为目标，制定了不同驱动模式下的经济性换挡规律，并通过不同驱动模式下ISG电机对AMT换挡构成的协调控制，改善了AMT的换挡品质。在秦大同、叶心、胡明辉11文献中，以ISG型中度混合动力汽车的系统效率最优点作为换挡点，建立在不同驱动模式下的经济性换挡规律，在MATLAB/Smulink仿真平台下，建立换挡模型，仿真结果表明，与传统经济性换挡规律得到的结果相比，新经济性换挡策略使得升档过程油耗降低了0.52%，降档过程油耗降低了0.49%。该文献还文对ISG型中度混合动力汽车在不同驱动模式下的换挡过程进行了分析， 在MATLAB/Smulink 仿真平台下建立整车模型，对车载充电模式下的换挡过程进行仿真研究。结果表明，采用了ISG 电机和电子节气门对动力源进行控制，减小换挡前后离合器主、从动盘转速差，降低了换挡冲击和换挡时间，改善了换挡品质。在叶心、秦大同、胡明辉5文献中，对基于ISG的中度混合动力汽车在不同工作模式下的系统效率进行优化计算，得到了中度混合动力汽车工作模式切换规律。在此基础上，以ECE_EUDC 为道路循环工况，对中度混合动力汽车燃油经济性进行仿真研究。首先分别对ECE和EUDC循环单元进行仿真分析，计算在不同工况下两种道路循环单元的百公里油耗与SOC。然后在ECE_EUDC 整个循环工况上进行全局优化，对不同工况采用排列组合算法，得到了十种不同的能量管理策略。通过对仿真结果分析可知，根据不同的道路情况和驾驶意图，实时选择最优控制策略。在秦大同、叶心、胡明辉1文献中，首先对ISG 型中度混合动力系统效率进行瞬时优化，得到ISG 型中度混合动力汽车控制策略。然后在Matlab/Simulink仿真平台下，对控制策略中的三个关键系数XSOC、Xe_chg和Xe_off所确定动力源的不同匹配方案进行仿真分析，并将电池电量折算为等效油耗，以综合油耗最低为优化目标，确定了ISG型中度混合动力系统的最优匹配控制参数。与传统汽车相比，按照本文提出的优化动力源匹配方法得到中度混合动力系统的百公里油耗降低了36.95%；与ADVISOR中的混合动力汽车的基线控制策略得到的结果相比，百公里油耗降低了13.72%。同时，保证了ISG 型中度混合动力系统的动力性。在叶心、秦大同、胡明辉3文献中，针对模式切换或者突然加速工况，为了避免动态油耗的增加，对ISG型混合动力汽车进行油门动态协调控制，限制发动机节气门变化率，将其尽可能的控制在15%/s 以内，抑制汽油过度喷射，有利于降低混合动力汽车油耗。在MATLAB/Simulink环境下，建立ISG型中度混合动力整车模型，在给定道路循环工况1015下，分别对ISG型中度混合动力汽车油门动态协调控制前后的进行仿真分析。结果表明，通过对ISG型中度混合动力汽车油门动态协调控制，在满足动力性的情况下，燃油经济性得到了一定的改善，折算电池SOC后的整车综合油耗降低了2%。在杨雪梅12文献中，对JL474Q1发动机进行了性能试验，获取了发动机的转矩特性和燃油消耗特性;利用样条插值的方法构造了发动机转矩模型和发动机燃油消耗模型，并讨论了非稳态工况下发动机性能的修正；讨论了电子节气门的结构形式，设计了电子节气门的控制器，开发了控制器硬件电路；对电子节气门进行了试验，结果表明电子控制单元能够较好地实现节气门的控制。在申彩英13文献中，以“十五”科技部重大项目“纯电动混合动力汽车系统研发”（项目编号：2006AA11A174）的子课题天津市形象工程600路混合动力公交车为背景，对串联混合动力汽车控制策略进行优化和改进。动态规划算法可以获得给定工况下的全局最优控制策略；同样，采用的新智能算法猴群算法也可以获得混合动力汽车能量管理问题的全局最优解，避免了遗传算法、粒子群算法等智能算法不能解决大规模问题的缺点；提出了基于BP神经网络的串联混合动力汽车实时能量管理策略。在蒲斌，秦大同14文献中，在对混合动力汽车的结构型式和动力元件进行基础性理论分析后，针对我国汽车技术发展现状和混合动力汽车技术的发展趋势，设计了一种基于金属带式无级自动变速传动CVT的并联式混合动力汽车动力传动方案。在于海芳15文献中，建立了基于能量宏观表达法的混合动力整车模型和复合储能系统模型，并基于反转规则给出了系统的控制结构；模块间根据能量的相互作用关系进行组织和关联，系统的能量流动清晰直观。并总结出不同混合度 HEV 复合储能源适宜的混合比。混合度高于40%的重度HEV，复合储能源混合比宜选取 0.21；混合度高于 20%的中度HEV，复合储能源混合比宜选取0.28；混合度低于20%的轻度HEV，复合储能源混合比宜选取0.35以上。在姚明亮，秦大同16文献中，分析了汽车排放污染物（HC、CO、NOx）的生成机理及其影响因素，总结了汽车排放控制的基本方法以及汽车排放控制技术的发展历程。以本田Insight为例，分析了混合动力汽车为降低油耗和排放所采取的措施。以上分析为混合动力汽车的排放控制提供了理论依据。并对ADVISOR仿真软件、混合动力汽车在ADVISOR中的建模实现过程进行了详细地分析。结合本文研究的长安混合动力汽车，对ADVISOR进行了二次开发，给出了ADVISOR二次开发的具体步骤，为拓展ADVISOR的应用提供了参考。在高银平17文献中，借助GPS/GIS所提供的道路交通信息建立汽车未来运行状态模型，利用动态规划法来实现混合动力汽车的预测控制是降低汽车油耗，有效并充分地回收制动能量，延长电池使用寿命的有效途径。本文在这方面做了基础性的研究工作，以中度混合动力汽车为研究对象，以汽车行驶循环工况燃油消耗量最低作为优化控制目标，利用动态规划逆序算法以获得最优控制策略，并进行了汽车燃油经济性优化控制仿真。在潘文军18文献中，对混合动力汽车匀速下坡和平路减速再生制动过程进行了动力学分析，建立了中度混合动力汽车再生制动数学模型，并根据ECE制动法规对前后轴制动力进行合理分配。并在基于动态规划的中度混合动力汽车再生制动全局优化控制策略的基础上，应用模型预测控制理论，建立了中度混合动力汽车再生制动模型预测控制策略数学模型，实现了预测视距内的滚动优化控制。结 论前普遍使用的燃油发动机汽车存在种种弊病，除了能耗较高，更为严重的是污染环境。而混合动力汽车则针对不同的道路环境实施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。例如在城市运行时，当交通堵塞或遇到红灯时发动机会关闭，当车队移动时或信号灯 转为绿灯时驾驶者只要轻踩加速踏板，电动机就能驱动汽车前进。在市区内当汽车发动机无效率空转或车辆移动缓慢时，使用电动机作动力源不但对环境有利，而且还减少了噪音。因此，越是在交通日益拥挤的大城市使用混合动力汽车，就越能够显示出它的节能、环保、适应能力广的优越性。从目前的发展来看，计算机技术和自动控制技术，以及各种智能控制系统在混合动力汽车上的逐渐应用，将进一步促进混合动力汽车的发展。与传统型汽车相比，混合动力汽车充分吸取了电力及热力系统中最大的优势，在节能和排放上胜出一筹；与纯电动汽车相比，混合动力汽车的电压和功率等级与电动车类似，但蓄电池容量大大减小，因而其造价成本低于电动汽车。当前混合动力车辆所面临的技术问题还很多，比如汽车电池较易老化且可靠性与预期有差距，再加上生产成本高于燃油动力车辆，市场占有率较小，尽管从汽车制造技术的长远发展来看，混合动力车辆只是由燃油动力车辆到纯电动车的过渡类型，但其在近几十年内会很有发展前景，这一点是毫无疑问的。参考文献1 秦大同, 叶心, 胡明辉. ISG型中度混合动力汽车驱动工况控制策略优化J. 机械工程学报, 2010, 12: 90-96.2 Yutaka Takada, Shigeru Ueki, Akira Saito. Study on Fuel Economy and NOx Emissions of Medium Duty Hybrid Truck in Real Traffic Conditions C. SAE Paper, 2004-01-1086.3 叶心, 秦大同, 胡明辉. ISG型中度混合动力汽车油门动态协调控制策略J. 重庆大学学报, 2010, 33(11): 1-8.4 秦大同, 叶心, 胡明辉. ISG型中度混合动力汽车驱动工况控制策略优化J. 机械工程学报, 2010, 46(12): 86-92.5 叶心, 秦大同, 胡明辉. ISG型中度混合动力汽车能量管理策略研究J. 系统仿真学报, 2011, 23(4): 8