中度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)【3張CAD圖紙和說明書所見所得】【QX系列】

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言作者畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為中度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，1886年，世界上第一輛汽車誕生在德國(guó)，一百多年來，汽車己極大地改變了人們的活，成為非常重要的代步和運(yùn)輸工具。目前，汽車工業(yè)是許多國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，也是當(dāng)今世界最大、最重要的工業(yè)部門之一。汽車縮短了人們之間的距離，改變了人們的生活方式，提高了生活質(zhì)量。今后50年，世界人口將由60億增加到100億，汽車數(shù)量將由7千萬增加到2億5千萬。但我們?cè)谙硎芷囄拿鞯耐瑫r(shí)，也必須面對(duì)汽車帶來的負(fù)面影響:環(huán)境污染和過度能源消耗。2000年我國(guó)進(jìn)口石油7000萬噸，預(yù)計(jì)2005年后將超過1億噸，相當(dāng)于科威特一年的總產(chǎn)量。目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的10個(gè)城市中7個(gè)在中國(guó)，國(guó)家環(huán)保中心預(yù)測(cè)，2010年汽車尾氣排放將占空氣污染源的64%。上個(gè)世紀(jì)末人們關(guān)注的是汽車節(jié)能、排放和安全技術(shù)，而本世紀(jì)初，人們己經(jīng)更多的將目光轉(zhuǎn)向汽車新能源和環(huán)保技術(shù)。如果仍然采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會(huì)給燃油的需求和環(huán)境保護(hù)造成巨大壓力。研制開發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保、使用替代能源的新型汽車，成為各大汽車公司的當(dāng)務(wù)之急。本文作者通過查閱近些年來有關(guān)中度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的期刊、書籍、學(xué)位論文等文獻(xiàn)資料，了解掌握了關(guān)于中度混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)中的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)功能總成、傳動(dòng)系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)方案、主要技術(shù)參數(shù)以及內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、電池及傳動(dòng)系主要性能參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)的分析研究方法，這些文獻(xiàn)給了作者很大的參考價(jià)值。1.研究課題的意義、背景電動(dòng)汽車己有三種驅(qū)動(dòng)類型:以高效能蓄電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(EV)、以燃料電池為動(dòng)力源電動(dòng)汽車(FEV)和以燃油發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV )。電動(dòng)汽車的研究是從單獨(dú)依靠蓄電池供電的純電動(dòng)汽車開始的，純電動(dòng)汽車或零排放新燃料汽車無疑是我們的最終目標(biāo)，但目前純電動(dòng)汽車初始成本高，行駛里程較短。由于高效能蓄電池、燃料電池及其系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)滯后，混合動(dòng)力汽車正是在純電動(dòng)汽車開發(fā)過程中為有利于市場(chǎng)化而產(chǎn)生的一種新的車型。它將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與一定容量的儲(chǔ)能器件(主要是高性能電池或超級(jí)電容器)通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗，減少污染物排放。國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能目標(biāo)、市場(chǎng)接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關(guān)注，得到商業(yè)市場(chǎng)的響應(yīng)并迅速發(fā)展，這其中以豐田的Prius和本田的Insight為代表。電力輔助型混合動(dòng)力汽車采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，電池組容量相對(duì)較小(2-6kW/h)，由發(fā)動(dòng)機(jī)提供勻速行駛時(shí)的平均功率需求，當(dāng)加速或爬坡需要較大功率時(shí)，由電池和電動(dòng)機(jī)組成的電力輔助部分補(bǔ)充輸出驅(qū)動(dòng)功率.混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性能、燃料經(jīng)濟(jì)性以及廢氣排放效果的好壞，在很大程度上取決于車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的合理匹配以及車輛行駛過程中對(duì)各部件的協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)使用情況多數(shù)是偏離其最佳工作區(qū)域，未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的最佳匹配。因此，通過合理匹配混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，制定適合于車輛行駛工況的控制策略，對(duì)于提高汽車行駛效率，降低燃油消耗和尾氣排放具有較大的潛力，是一個(gè)值得研究的課題。對(duì)于汽車的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性水平，通常是在進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)之后給予最后評(píng)價(jià)。這樣做不但周期長(zhǎng)，成本高，而且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)整車及各總成方案的確定、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇、傳動(dòng)系參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配等具有一定的盲目性，可能遺漏較優(yōu)的方案，造成浪費(fèi)。如果在設(shè)計(jì)階段，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略，利用計(jì)算機(jī)仿真模擬對(duì)汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以考察驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)是如何影響汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，按預(yù)定的程序模擬各種行駛工況，包括瞬變的非穩(wěn)定工況，能全面地預(yù)測(cè)汽車齊多種工況下的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 在葉心8文獻(xiàn)中，以ISG型中度混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標(biāo)，通過建立不同驅(qū)動(dòng)模式下的系統(tǒng)效率計(jì)算模型，獲得了各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式的工作范圍和驅(qū)動(dòng)模式之間的切換規(guī)律；在此基礎(chǔ)上通過“三系數(shù)法”優(yōu)化了驅(qū)動(dòng)模式切換的邊界條件，避免了模式切換時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起停帶來的怠速油耗的增加；針對(duì)模式切換時(shí)或突然加速時(shí)油門突變引起的動(dòng)態(tài)油耗的增加，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度變化率的限制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制，減小了由于節(jié)氣門突變?cè)黾拥膭?dòng)態(tài)油耗；以ISG型中度混合動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)驅(qū)動(dòng)模式下的系統(tǒng)效率最優(yōu)為目標(biāo)，制定了不同驅(qū)動(dòng)模式下的經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，并通過不同驅(qū)動(dòng)模式下ISG電機(jī)對(duì)AMT換擋構(gòu)成的協(xié)調(diào)控制，改善了AMT的換擋品質(zhì)。在秦大同、葉心、胡明輝11文獻(xiàn)中，以ISG型中度混合動(dòng)力汽車的系統(tǒng)效率最優(yōu)點(diǎn)作為換擋點(diǎn)，建立在不同驅(qū)動(dòng)模式下的經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，在MATLAB/Smulink仿真平臺(tái)下，建立換擋模型，仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律得到的結(jié)果相比，新經(jīng)濟(jì)性換擋策略使得升檔過程油耗降低了0.52%，降檔過程油耗降低了0.49%。該文獻(xiàn)還文對(duì)ISG型中度混合動(dòng)力汽車在不同驅(qū)動(dòng)模式下的換擋過程進(jìn)行了分析， 在MATLAB/Smulink 仿真平臺(tái)下建立整車模型，對(duì)車載充電模式下的換擋過程進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明，采用了ISG 電機(jī)和電子節(jié)氣門對(duì)動(dòng)力源進(jìn)行控制，減小換擋前后離合器主、從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差，降低了換擋沖擊和換擋時(shí)間，改善了換擋品質(zhì)。在葉心、秦大同、胡明輝5文獻(xiàn)中，對(duì)基于ISG的中度混合動(dòng)力汽車在不同工作模式下的系統(tǒng)效率進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到了中度混合動(dòng)力汽車工作模式切換規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，以ECE_EUDC 為道路循環(huán)工況，對(duì)中度混合動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真研究。首先分別對(duì)ECE和EUDC循環(huán)單元進(jìn)行仿真分析，計(jì)算在不同工況下兩種道路循環(huán)單元的百公里油耗與SOC。然后在ECE_EUDC 整個(gè)循環(huán)工況上進(jìn)行全局優(yōu)化，對(duì)不同工況采用排列組合算法，得到了十種不同的能量管理策略。通過對(duì)仿真結(jié)果分析可知，根據(jù)不同的道路情況和駕駛意圖，實(shí)時(shí)選擇最優(yōu)控制策略。在秦大同、葉心、胡明輝1文獻(xiàn)中，首先對(duì)ISG 型中度混合動(dòng)力系統(tǒng)效率進(jìn)行瞬時(shí)優(yōu)化，得到ISG 型中度混合動(dòng)力汽車控制策略。然后在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)下，對(duì)控制策略中的三個(gè)關(guān)鍵系數(shù)XSOC、Xe_chg和Xe_off所確定動(dòng)力源的不同匹配方案進(jìn)行仿真分析，并將電池電量折算為等效油耗，以綜合油耗最低為優(yōu)化目標(biāo)，確定了ISG型中度混合動(dòng)力系統(tǒng)的最優(yōu)匹配控制參數(shù)。與傳統(tǒng)汽車相比，按照本文提出的優(yōu)化動(dòng)力源匹配方法得到中度混合動(dòng)力系統(tǒng)的百公里油耗降低了36.95%；與ADVISOR中的混合動(dòng)力汽車的基線控制策略得到的結(jié)果相比，百公里油耗降低了13.72%。同時(shí)，保證了ISG 型中度混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力性。在葉心、秦大同、胡明輝3文獻(xiàn)中，針對(duì)模式切換或者突然加速工況，為了避免動(dòng)態(tài)油耗的增加，對(duì)ISG型混合動(dòng)力汽車進(jìn)行油門動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制，限制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門變化率，將其盡可能的控制在15%/s 以內(nèi)，抑制汽油過度噴射，有利于降低混合動(dòng)力汽車油耗。在MATLAB/Simulink環(huán)境下，建立ISG型中度混合動(dòng)力整車模型，在給定道路循環(huán)工況1015下，分別對(duì)ISG型中度混合動(dòng)力汽車油門動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制前后的進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，通過對(duì)ISG型中度混合動(dòng)力汽車油門動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制，在滿足動(dòng)力性的情況下，燃油經(jīng)濟(jì)性得到了一定的改善，折算電池SOC后的整車綜合油耗降低了2%。在楊雪梅12文獻(xiàn)中，對(duì)JL474Q1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)，獲取了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和燃油消耗特性;利用樣條插值的方法構(gòu)造了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩模型和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗模型，并討論了非穩(wěn)態(tài)工況下發(fā)動(dòng)機(jī)性能的修正；討論了電子節(jié)氣門的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)了電子節(jié)氣門的控制器，開發(fā)了控制器硬件電路；對(duì)電子節(jié)氣門進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明電子控制單元能夠較好地實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門的控制。在申彩英13文獻(xiàn)中，以“十五”科技部重大項(xiàng)目“純電動(dòng)混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)研發(fā)”（項(xiàng)目編號(hào)：2006AA11A174）的子課題天津市形象工程600路混合動(dòng)力公交車為背景，對(duì)串聯(lián)混合動(dòng)力汽車控制策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法可以獲得給定工況下的全局最優(yōu)控制策略；同樣，采用的新智能算法猴群算法也可以獲得混合動(dòng)力汽車能量管理問題的全局最優(yōu)解，避免了遺傳算法、粒子群算法等智能算法不能解決大規(guī)模問題的缺點(diǎn)；提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)混合動(dòng)力汽車實(shí)時(shí)能量管理策略。在蒲斌，秦大同14文獻(xiàn)中，在對(duì)混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)型式和動(dòng)力元件進(jìn)行基礎(chǔ)性理論分析后，針對(duì)我國(guó)汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和混合動(dòng)力汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種基于金屬帶式無級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)CVT的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)方案。在于海芳15文獻(xiàn)中，建立了基于能量宏觀表達(dá)法的混合動(dòng)力整車模型和復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)模型，并基于反轉(zhuǎn)規(guī)則給出了系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)；模塊間根據(jù)能量的相互作用關(guān)系進(jìn)行組織和關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)的能量流動(dòng)清晰直觀。并總結(jié)出不同混合度 HEV 復(fù)合儲(chǔ)能源適宜的混合比?；旌隙雀哂?0%的重度HEV，復(fù)合儲(chǔ)能源混合比宜選取 0.21；混合度高于 20%的中度HEV，復(fù)合儲(chǔ)能源混合比宜選取0.28；混合度低于20%的輕度HEV，復(fù)合儲(chǔ)能源混合比宜選取0.35以上。在姚明亮，秦大同16文獻(xiàn)中，分析了汽車排放污染物（HC、CO、NOx）的生成機(jī)理及其影響因素，總結(jié)了汽車排放控制的基本方法以及汽車排放控制技術(shù)的發(fā)展歷程。以本田Insight為例，分析了混合動(dòng)力汽車為降低油耗和排放所采取的措施。以上分析為混合動(dòng)力汽車的排放控制提供了理論依據(jù)。并對(duì)ADVISOR仿真軟件、混合動(dòng)力汽車在ADVISOR中的建模實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)地分析。結(jié)合本文研究的長(zhǎng)安混合動(dòng)力汽車，對(duì)ADVISOR進(jìn)行了二次開發(fā)，給出了ADVISOR二次開發(fā)的具體步驟，為拓展ADVISOR的應(yīng)用提供了參考。在高銀平17文獻(xiàn)中，借助GPS/GIS所提供的道路交通信息建立汽車未來運(yùn)行狀態(tài)模型，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法來實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車的預(yù)測(cè)控制是降低汽車油耗，有效并充分地回收制動(dòng)能量，延長(zhǎng)電池使用壽命的有效途徑。本文在這方面做了基礎(chǔ)性的研究工作，以中度混合動(dòng)力汽車為研究對(duì)象，以汽車行駛循環(huán)工況燃油消耗量最低作為優(yōu)化控制目標(biāo)，利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃逆序算法以獲得最優(yōu)控制策略，并進(jìn)行了汽車燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化控制仿真。在潘文軍18文獻(xiàn)中，對(duì)混合動(dòng)力汽車勻速下坡和平路減速再生制動(dòng)過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，建立了中度混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)ECE制動(dòng)法規(guī)對(duì)前后軸制動(dòng)力進(jìn)行合理分配。并在基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的中度混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)全局優(yōu)化控制策略的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模型預(yù)測(cè)控制理論，建立了中度混合動(dòng)力汽車再生制動(dòng)模型預(yù)測(cè)控制策略數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)視距內(nèi)的滾動(dòng)優(yōu)化控制。結(jié) 論前普遍使用的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車存在種種弊病，除了能耗較高，更為嚴(yán)重的是污染環(huán)境。而混合動(dòng)力汽車則針對(duì)不同的道路環(huán)境實(shí)施不同的供能方案，能大大降低排放污染程度。例如在城市運(yùn)行時(shí)，當(dāng)交通堵塞或遇到紅燈時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)關(guān)閉，當(dāng)車隊(duì)移動(dòng)時(shí)或信號(hào)燈 轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)駕駛者只要輕踩加速踏板，電動(dòng)機(jī)就能驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。在市區(qū)內(nèi)當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無效率空轉(zhuǎn)或車輛移動(dòng)緩慢時(shí)，使用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力源不但對(duì)環(huán)境有利，而且還減少了噪音。因此，越是在交通日益擁擠的大城市使用混合動(dòng)力汽車，就越能夠顯示出它的節(jié)能、環(huán)保、適應(yīng)能力廣的優(yōu)越性。從目前的發(fā)展來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，以及各種智能控制系統(tǒng)在混合動(dòng)力汽車上的逐漸應(yīng)用，將進(jìn)一步促進(jìn)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。與傳統(tǒng)型汽車相比，混合動(dòng)力汽車充分吸取了電力及熱力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢(shì)，在節(jié)能和排放上勝出一籌；與純電動(dòng)汽車相比，混合動(dòng)力汽車的電壓和功率等級(jí)與電動(dòng)車類似，但蓄電池容量大大減小，因而其造價(jià)成本低于電動(dòng)汽車。當(dāng)前混合動(dòng)力車輛所面臨的技術(shù)問題還很多，比如汽車電池較易老化且可靠性與預(yù)期有差距，再加上生產(chǎn)成本高于燃油動(dòng)力車輛，市場(chǎng)占有率較小，盡管從汽車制造技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，混合動(dòng)力車輛只是由燃油動(dòng)力車輛到純電動(dòng)車的過渡類型，但其在近幾十年內(nèi)會(huì)很有發(fā)展前景，這一點(diǎn)是毫無疑問的。參考文獻(xiàn)1 秦大同, 葉心, 胡明輝. 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