38100字硕士毕业论文基于AMESim和Simulink平台视觉的速度混合动力汽车配置及特性仿真研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：38100字
论点：混合动力,发动机,汽车
论文概述：
本课题所涉及的采用 ISG 速度多段耦合的混合动力系统的耦合方式及参数匹配的相关基础性研究对于国内 EVT 速度耦合混合动力系统的开发具有积极意义和广阔的应用前景。
论文正文：
单线理论
1.1导言
全球环境和能源问题日益突出。一些研究机构指出，如果人类想要避免灾难性的气候变化，到2050年，温室气体排放量将需要从目前水平减少60%。这一严格的减排要求与世界能源需求形成了严重矛盾。导致环境问题的化石燃料目前占人类主要能源的85%。[1]。减少排放和对化石燃料的依赖已经受到全世界的关注。[2]的一些文章指出，以2007年为例，交通运输产生的气体排放量占总排放量的39.2%，汽车作为最重要的交通工具，必须在减排方面得到显著改善。为此，世界各地的主要汽车制造商、大学和实验室已经开始开发新能源汽车，以减少汽车排放和对化石燃料的依赖。为了实现这一目标，各种新能源汽车应运而生。电动汽车作为新能源的重要组成部分，包括:混合动力电动汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车。由于电池技术和配套充电基础设施的限制，纯电动汽车很难在短时间内实现市场化。燃料电池汽车被认为是最有潜力的新能源汽车，但其推广应用受到系统成本高和加氢基础设施建设的限制。然而，混合动力汽车比传统汽车具有更好的油耗和排放性能，不需要建造充电站，系统的性价比已经达到市场上可接受的水平，因此成为目前电动汽车最可行的选择。
1.2国外混合动力汽车的当前发展
油电混合动力系统的发展已有100多年的历史[3]
2速度耦合混合动力汽车传动系统总体方案及运行模式分析。起初，混合动力系统主要由轻、中混合动力系统串联和并联组成。此后，研究趋势是二自由度以上的重型混合机构。行星齿轮组增加了两个以上自由度的结构，该机构可以利用行星齿轮组两个自由度的特点来实现变速功能。蔡
传动系统是混合动力电动汽车的核心，其方案决定了混合动力电动汽车的类型和可以实现的运行模式。本章首先总结了混合动力电动汽车的常见配置，然后介绍了混合动力电动系统的配置，最后利用图论知识分析了混合动力电动汽车配置可以实现的运行模式，为以后的参数匹配和建模仿真提供了依据。设计了一个混合动力系统，将行星齿轮组和单个电机结合在一起，可以通过多组离合器在多种模式之间切换。该系统可以在纯电动驱动模式、发动机驱动模式、发动机/充电模式、混合驱动模式、制动能量回收模式和无级变速器模式下运行。在无级变速器模式中，行星齿轮机构用于提供两个自由度，并且通过调节马达的转速来改变发动机。其他模式使用离合器和制动器操作，通过减少一个自由度将机构切换到并联模式。如果混合动力系统的动力部件的数量增加，例如，在采用两个马达之后，混合动力系统可以通过不同的配置产生更多的配置。目前，混合动力系统更常用的分类方法是根据功率分流装置的位置对系统进行分类，可以分为三类，即输入分流、输出分流和复合分流，其中输入分流和复合分流是目前最常见的。米勒介绍了属于这两类的几种混合动力系统配置:丰田普锐斯属于输入分配型，使用行星齿轮组；雷诺IVT是一种复合分配类型，使用两个行星齿轮组
2.1混合动力电动汽车的常见类型和特点
近年来，出现了大量的混合动力电动汽车。为了区分各种系统的特征和功能，已经开发了各种系统分类方法。最常见的方法之一是传统分类，这在许多文献中被用来对混合动力系统进行分类[1][2]。根据混合动力系统工作时的能量传递方式，该方法可分为串联型、并联型和串并联型。；此外，康伦等人
①串联混合动力电动汽车
串联混合动力电动汽车的电机与主减速器之间的连接方式通常如下:直接连接、链条连接、变速器连接以及发动机与发电机的直接连接。典型串联混合动力汽车的布置和能量流如图2.1所示。在发动机和串联混合动力车辆的驱动轴之间没有机械连接，因此，发动机可以在其效率图上的任何工作点运行(如图2.2所示)，并且可以完全在其最大效率区域运行。通过优化设计和控制，发动机的燃油经济性和排放可以得到显著改善。由于电动传动系提供的机械解耦，可以应用简单的控制策略。这种混合动力车辆的缺点是发动机的能量在整个运行过程中被转换两次(在发电过程中，机械能被转换成电能；在电机驱动过程中，电能转化为机械能)。但是，由于在效率最好的区域工作的发动机的补偿，串联的整体燃料经济性仍然可以实现城市工作条件的显著改善和高速公路工作条件的一定改善。此外，整个系统除了电机外还有一台发电机，这增加了额外的重量和成本。还设计了一种具有三个行星齿轮组的复合分布结构。
除了上述三类配置之外，有些配置同时属于不同的类别。通过离合器的操作，可以根据车辆操作条件在各种模式之间切换配置。例如，配置
②并联混合动力汽车
并联混合动力汽车的发动机和电机通过某种变速器直接连接到车轮上。这种结构使得发动机的运行速度受到车速的影响，并且发动机的输出扭矩可以在马达的帮助下增加。并联发动机和车速之间的这种相关性使得它们在控制车辆排放方面不如串联发动机有效。但是另一方面，这种连接方法可以通过使用马达来平衡发动机的扭矩负载，使得发动机可以在更高效率的区域中工作。在正常情况下，发动机在高负载条件下具有更高的效率。当车辆所需的牵引力使发动机处于低负荷区域时，发动机可以单独由电动机关闭和驱动，或者发动机负荷可以通过电动机的发电模式增加，从而提高燃料经济性和排放。与使用相同规格动力部件的串联式混合动力车辆相比，并联式混合动力车辆具有更好的动力性能，因为发动机和马达可以同时驱动车辆。并联混合动力汽车有两种基本类型。一是发动机被用作主要动力源，电动机得到辅助。其能量流程图如图2.3所示。另一种是以电动机为主要动力源，辅助发动机，其能量流程如图2.4所示。还有一种配置，其中马达布置在变速器后面，这使得马达的输出不受变速器效率的影响。由于只有一台电动机，并联混合动力汽车的成本低于串联混合动力汽车。然而，由于发动机和电动机之间的物理连接，并联混合动力电动车辆的控制比串联混合动力电动车辆复杂得多。可以在输入分布类型和复合分布类型之间切换。该系统使用两组行星齿轮组、两个电机和两个离合器，并使用车辆上的电子控制系统来确定离合器动作的正时和何时切换配置。此外，美国铁姆肯公司的EVT系统
3速度耦合混合动力车辆传动系统部件的类型选择……33-45 [/BR/] 3.1速度耦合混合动力车辆传动系统的类型选择……33-36 [/BR/] 3.1.1发动机……33-34
3 . 1 . 2 ISG电机的选择……34-35 [/BR/] 3.1.3储能部件的选择……35-36
3.2原型车的基本参数……36 [/BR/] 3.3速度耦合混合动力电动汽车动力……36-37 [/BR/] 3.4传动系统主要部件的参数设计……37-42 [/BR/] 3.4.1发动机参数设计……37-38
3.4.2 ISG电机参数设计……38-39 [/BR/] 3.4.3电池参数设计……39-40 [/BR/] 3.4.4变速器参数设计……40-41
3.4.5行星齿轮机构的参数设计……41-42 [/BR/] 3.5本章概述……42-45
4速度耦合混合动力电动汽车系统建模……45-71 [/BR/] 4.1模拟软件简介……速度耦合混合系统的45-48[/溴/] 4.2 AMESim仿真模型……48-62
4.3 Simulink……62-69
4.4本章概述……69-71
5速度耦合混合动力电动汽车联合仿真实施……71-79[/比尔/] 5.1联合模拟……71-72 [/BR/] 5.2车辆动力学仿真分析……72[/比尔/] 5.3多循环工况模拟分析……72-77
5.4本章概述……77-79
结论也可以在输入分配类型和复合分配类型之间切换。霍姆斯·
在国家自然科学基金项目“ISG速度多级耦合混合动力传动系统物理仿真及综合换挡控制策略研究”(项目编号:51075411)的支持下，对系统的工作模式进行了分析，并围绕行星排ISG混合动力传动系统进行了动力部件匹配。建立了基于AMESim和MATLAB/Simulink的联合仿真平台，并对系统进行了仿真。主要研究内容和结论如下:
①综述了混合动力电动汽车的常见类型和特点。在此基础上，介绍了速度耦合混合动力汽车的传动系统方案。描述了速度耦合混合动力汽车的八种工作模式，包括纯电动模式、单发动机起动模式和组合驱动模式。以图论为分析工具，采用基本回路分析法，分析了速度耦合混合动力汽车各工作模式下行星齿轮的转速和扭矩。[/BR/] ②在详细分析可用于混合动力电动汽车的发动机、电机和电池类型优缺点的基础上，根据汽车的基本参数和性能指标进行动力部件选择和参数匹配计算。匹配结果如下:排量为1.6升、最大功率为70千瓦、最大扭矩为137纳米的发动机；额定功率20kW，最大功率30kW，额定电压288伏，额定转速2500转/分，最大转速6000转/分的ISG电机；镍氢电池，总能量2.3千瓦时，电压288伏，额定容量8Ah主减速比为3.94，1档至5档传动比分别为3.65、2.04、1.30、0.95和0.77，AMT变速器和齿圈与太阳轮齿数比为2的行星排。
③以AMESim软件为工具，根据速度耦合混合动力汽车传动系统的结构和参数匹配的结果，建立整车物理模型，包括循环模式模型、驾驶员模型、发动机模型、ISG电机模型、行星排模型、离合器模型和传动模型。[/BR/] ③以MATLAB/Simulink软件为工具，建立了一个完整的基于功率需求的车辆控制模型，包括驱动功率需求计算模块、车辆运行状态判断模块、停车控制模块、驱动控制模块和制动控制模块，用于控制AMESim中的物理模型。设计了可以在输入分配类型和输出分配类型之间切换的结构。配置[12-15]在可切换模式系统的基础上增加了2至6种固定传动比模式。当系统处于这些固定的传动比时，发动机产生的能量不被转换成驱动马达的电能，而是直接用于驱动车辆，从而减少能量转换过程中的损失并提高系统的效率。
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参考
[1]全球变暖101:成本，威廉·http://sblunwen.com/qczzlw/·耶特曼，2009。
[2]霍尔姆斯，艾伦·格，两档电动变速传动装置，2005，美国专利第6945894号。
[3]韦克菲尔德，英，电动汽车-混合动力电动汽车的历史，[·杰，萨国际，1998。
[4]威斯特布鲁克，麻省理工学院，电动和混合动力电动汽车[。汽车工程师学会国际，2001年。
[5]蔡立文和舒尔茨，电机集成并联混合动力变速器，[，机械设计杂志，第126卷，第5期，2004年，第889-894页。
[6]米勒，J.M .，电动无级变速器混合动力电动汽车推进系统结构[J]。《电力电子电气工程师协会交易》，第21卷，第3期，2006年5月，第756-767页。
[7]康伦，英国医学博士，单模，具有双机械路径和固定传动比的复合分流变速器[]。SAEpaper no.2004-01-0354