(完整版)插电式混合动力汽车动力耦合机理研究本科生毕业设计1.docx

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本科生毕业论文（设计）

中文题目插电式混合动力汽车动力系统耦合机理研究

英文题目Aresearchontheprincipleofdynamiccoupling

systemintheplug-inhybridelectricvehicles

吉林大学学士学位论文（设计）承诺书

本人郑重承诺：

所呈交的学士学位毕业论文（设计），是本人在指导教师的指导下，独立进行实验、设计、调研等工作基础上取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。

对本人实验或设计中做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确的方式注明。

本人完全意识到本承诺书的法律结果由本人承担。

学士学位论文（设计）作者签名：

年月日

摘要

插电式混合动力汽车作为传统混合动力汽车向纯电动汽车转型的中间产物，它凭借其良好的节能环保效果和优越的续驶能力受到人们的青睐。

动力电池与发动机之间的耦合控制直接关系到整车性能的好坏。

本文把动力耦合装置简化为一个三端口、两自由度的控制模型，通过锁止行星齿轮机构的不同组件来实现发动机和动力电池之间的转速、转矩和功率耦合。

在此基础上，提出了一种由行星齿轮组件和齿轮副组合而成的动力耦合装置，它能够实现不同耦合方式间的自由切换。

为了验证此种耦合装置对提高整车动力性和经济性的效果，进行了整车仿真分析。

首先通过积分变化建立了动力系统的数学模型；然后在matlab/simulink中搭建了各个子模块的控制模型，采用前向仿真的方式在CRUISE中搭建了整车仿真平台，把控制模型和整车模块进行对接；最后对在NEDC和FTP75循环工况下得到了整车的动力性和燃料经济性仿真结果。

相比传统的内燃机汽车，此种动力耦合装置的插电式混合动力汽车具有很好的节能效果，其动力性也能很好的满足人们日常使用的需要。

关键词：

插电式；耦合；前向仿真；行星齿轮；simulink；CRUISE；

Abstract

MoreandmoreattentionisdrewtothePlug-inhybridelectricvehiclesinpublicbecauseofitsexcellentperformanceinfuel-economicandenvironmentprotection,andlongdrivingrange.Thevehiclesactasintermediateproductsfromconventionalhybridelectricvehiclestopureelectricvehicles.Thecontrolofthedynamicalcouplingbetweentheengineandthebatterymakesabigdifferencetotheperformanceofthevehicles.Inthisthesis,thecouplingequipmentissimplifiedasathree-portsystemwithtwofreedom.Acertaincouplingrelationshipbetweentheengineandmotorbyspeed,torqueandpowerisgotbylockingdifferentpackoftheplanetarygear.Anewcouplingequipmentcombiningagearsetandplanetarygearsetcomesupinthisdissertation.Itcanshiftfreelyamongthedifferenttypesofthecoupling.Itisessentialtoperformthesimulationofthevehicletoverifytheimprovementinfuel-economicanddynamicsofthisdevice.First,aseriesofmathematicalmodelsareestablishedthroughintegraltransformation.Next,thesub-modularsofthecontrolsystemaresetupinthematlab/simulink.Atthesametimeaforward-simulationvehiclemodelisfoundedinthesoftwarenamedCRUISE.Thereforeitistimetomakeaconnectionbetweenthetwomodelsabove.Finally,thesimulationisimplementedduringtheNEDCandFTP75drivingcycletogettheresultoftheeconomicanddynamic.Astheresult,thefuel-economicandpoweroftheplug-inelectricvehiclesmountedthiscouplingdevicecansatisfytheneedsofthepublicasexpected.

Keywords:

Plug-in,coupling,forward-simulation,Planetarygear,simulink,CRUISE

目录

第一章绪论1

1.1插电式混合动力汽车的研究背景

1.2国外插电式混合动力汽车（PHEV）技术发展简介

1.3国内PHEV技术发展概况

第二章混合动力汽车的分类和动力耦合原理

2.1混合动力汽车的概念和动力总成

2.2串联结构的插电式混合动力汽车

2.3并联结构的插电式混合动力汽车

2.4混联结构的插电式混合动力汽车

2.5PHEV的动力耦合装置

2.5.1动力耦合系统的概念

2.5.2动力耦合系统的功能

2.5.3动力耦合系统的分类

本章小结

第三章PHEV的动力动力耦合系统分析与建模

3.1插电式混合动力汽车动力系统结构

3.2插电式混合动力车辆性能参数

3.3插电式混合动力汽车动力系统建模

3.3.1发动机模型

3.3.2电机模型

3.3.3电池模型

3.4汽车行驶动力学模型

第四章插电式混合动力汽车驱动系统控制策略研究

4.1插电式混合动力车辆控制策略概述

4.2基于AER的插电式混合动力汽车控制策略

4.3插电式混合动力汽车电池组工作模式分析

4.3.1电量消耗模式

4.3.2电量保持模式

4.4PHEV动力驱动控制策略

第五章PHEV动力耦合系统仿真分析

5.1仿真软件CRUISE的介绍

5.2整车模型的建立

5.3动力耦合系统子模块的建立

5.3.1发动机和电机功率分配模块

5.3.2发动机起停控制模块

5.3.3电机控制模块

5.3.4动力耦合器模块

5.3.5再生制动模块

5.4整车性能仿真结果与分析

5.4.1动力性仿真结果

5.4.2经济性仿真结果

5.4.3电机的工作情况

5.4.4动力电池的情况

本章小结

结论

致谢

参考文献

第一章绪论

1.1插电式混合动力汽车的研究背景

“能源、环境和安全成为二十一世纪汽车行业发展的三大主题”。

在世界范围内，随着能源危机的日益加剧和地球环境的逐渐恶化，以内燃机为动力的传统汽车工业的可持续发展遇到了由资源和环境带来的双重挑战。

在能源问题中最为突出的是车用能源供应体系对石化燃料的高度依赖。

目前，石油成为全世界依赖度最深的能源，而汽车运行材料几乎全部依赖于石油的炼制品。

国际能源机构对能源消耗分布的的统计结果表明：

全球的交通运输领域在石油的消耗占所有行业石油消耗量的一半以上，并且呈现明显的增加趋势，预计到2020年将占全球石油总消耗的以上。

全球机动车的保有量也在逐年增加，在2012年的销售统计中，已经超过了十亿辆，每年都在以三千万辆的速度增长，预计到本世纪中叶将达到三十五亿辆。

随着全世界汽车保有量的持续高速增长，汽车上日益增多的能源消费与有限的石油资源供应之间的矛盾日趋突出。

中国的石油资源相对比较贫乏，从1993年起中国的石油已经不能满足本国的消费需求，首度成为石油净进口国，此后石油的对外依存度以很快的速度逐年增加。

2009年我国石油对外依存程度已经高达，超过百分之五十的，这意味着中国能源已经从向方向转变，2011年甚至超过了美国，达到56.%。

随着能源消费的持续快速增长，我国石油的对外依赖度仍将不断扩大，预计到2015年将达到百分之六十，2020年达到百分之六十五，对汽车行业而言，到2020年我国汽车用油缺口预计将达到数亿吨[1]。

环境污染方面最为突出的影响是由汽车尾气排放而引起的大气污染。

据国家环境部门统计，2010年，我国机动车排放污染物总量高达5.2亿吨，在这当中，汽车排放的污染物总量最多。

随着人民生活条件的改善，道路的服务水平不断提高，随之而来的是汽车总量的迅速增加，汽车尾气排放量将会急剧增多。

目前，汽车尾气排放已成为影响各城市大气污染程度的关键因素之一。

此外，能够造成温室效应的二氧化碳气体排放中，有百分之二十五是来自于汽车尾气，我国的二氧化碳排放量已居全球第二位。

汽车尾气对大气环境造成的污染日益严重，成为大气环境污染中最为棘手和亟待解决的问题之一[2]。

发展和推广使用新能源汽车也是实现我国能源战略安全和保持汽车工业可持续发展的必然趋势。

就目前的技术条件和制造水平而言，纯电动汽车和燃料电池汽车存在一些关键技术上的难题而没有得到推广。

混合动力汽车则具有较好的产业化基础，还能有效的解决传动内燃机带来的能耗和排放问题，因此得到各大汽车厂商的青睐，得到快速的推广和应用。

表1.1详细比较了混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车发展中的优势与不足[4]。

表1.1纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力汽车的特点

近年来插电式混合动力汽车（Plug-inHybridElectricVehicle:

PHEV）是大家研究的一个新方向。

插电式混合动力汽车（PHEV）是指具有大容量动力电池并且可以利用外界电网对动力电池进行补充充电的混合动力汽车。

插电式混合动力车辆可以仅在动力电池驱动时行驶较长的里程，在动力电池能量不足时，发动机开始启动，切换到传统的混合动力模式下工作，因此它可以在很大程度上实现零排放，而且还可以利用外部公用电网设施对车载动力电池组进行充电，减少燃油的消耗，降低车辆使用成本[5]。

PHEV能够很好发挥传统内燃机汽车续驶里程远和电动汽车零排放的优点，集节能环保于一身。

因此国内外各大汽车制造厂商都把插电式混合动力汽车列为自己重点研发的项目，认为其具有很好的应用前景。

1.2国外插电式混合动力