混合动力汽车整车控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)

混合动力汽车整车控制系统毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

姆勒一克莱斯勒公司合作，计划于 2020 年研发出双模式完全混合动力技术系统。 福特汽车公司1998 年开发出了福特 P2020 型 5 座并联式混合动力汽车。 2020 年，福特汽车公司又推出了名为“ freestly”的混合动力汽车。 在欧洲，各大汽车厂商争先恐后的推出了本公司研制的混合动力汽车。 其HEV的突出代表是法国的 Berlinge，在性价比上能与燃油汽车相抗衡，代表了国际实用先进水平。 德国西门子和博世 (Bosch)等著名零部件公司积极与大汽车公 5 司联手开发混合动力汽车。 法国雷诺公司研制的 VERT 和 HYMME 两款混合动力汽车己进行了 10000 公罩的运行试验。 瑞典沃尔沃公司也开发出基于沃尔沃FL6 卡车改装的混合动力汽车。 1995 年 8 月，沃尔沃客车公司提出了世界欢迎的“环保概念客车 ” (EnvironmentalConcept Bus， ECB)。 1999 年，该车在瑞典歌德斯堡进行路试检测。 我国目前也非常重视混合动力汽车的研究与开发，一些单位的起步研究工作正在展开。 “电动汽车技术研究”是国家科委“八五”科技相关项目。 1996 年“八五”重点科技攻关项目“电动汽车关键技术研究”在清华大学通过了国家计委、教委、和机 械部的验收：“九五”期问，东风汽车公司承担并完成了国家重大科技攻关项目“电动轿车概念车设计”的整车研制工作。 在电动汽车关键技术尤其是混合动力汽车方面，很多科研单位也进行了诸如混合方式和控制策混合动力汽下传动系统模掣化及优化控制略研究、参数匹配和性能预测研究等前期工作。 “九五”末期我国在电动汽车的三大关键技术领域 (电池、电机、电控系统 )取得突破。 国家科技部已将电动汽车产业化作为“十五一 863 重大专项的内容。 我国有关电动汽车的研制开始于 20世纪 90年代。 采取产学研相结合的方式，投资 亿元用于支持电动汽车的 研究、开发和产业化。 在混合动力汽车方面，目前已经通过了两轮研发，进入了整车试验阶段。 在国家的支持以及混合动力良好的市场前景推动下，全国很多汽车生产企业和高校联合开展了混合动力汽车的研究和开发工作，在电机驱动、整车仿真、试验、电池技术等方面都取得了很大的进步。 也积累了许多宝贵的经验。 从 1996 年开始，广东省科委统一协调组织研制电动汽车，并取得了可喜的进展。 中国远望 （ 集团 ） 总公司与北京理工大学、国防科技大学和河北胜利客车厂等单位联合，于 1996 年 3 月研制成功了 5l 座YW6120 型电动大客车。 在此基础上，我国混合 动力汽车的研制也有了一定的进展。 1998 年，清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力客车；同年，江苏理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目 —— 混合动力公交轻型客车 ZJK6700 HEV串联式混合动力的研制，目前样车的研制工作已经结束。 第一汽车集团公司于 2020 年在第三届北京国际清洁车展上推出一款混合动力轿车 —— 红旗 CA7180AE，这是第一汽车集团公司技术中心、美国电动车 （亚 洲 ）公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作的成果。 这款串联式结构混合动力轿车的中高档车型，发动机为 13kw 汽油机，电 机为直流 15kw， 144V(105Ah)铅酸电池， 4 2 前驱动形式，最高车速可达 135km/h。 清华大学与沈阳金杯客车制造有限公司在 2020 年 3 月签订了“ SY6480 混动力电动客车的研制与开发”合作项目的合同。 华中科技大学也在国内率先研制出 HEV， 并参加深圳高交会。 深圳明华环保汽车有限公司于 2020 年 4 月推出了混合动力电动环保汽车 6 MH6720，引起社会各界关注；该车采用的是并联式混合动力系统，发动机为87KW；电机为 312V、充电次数大于 500 次；异步交流电机平均功率为 36Kw：满载最高车速为 90Km/h； 最大爬坡度为 33％；续驶行程可达 1080Km， 纯电机驱动时为 100Km；百公里等速油耗 ；乘客数为 22；其尾气排放达欧洲标准，噪声指标也大大低于国产普通中巴车。 上汽集团奇瑞汽车有限公司专门成立了清洁汽车项目组，投入了大量的资金和人力进行混合动力汽车的研究和开发工作，目前也已有样车通过了科技部专家组的验收。 奇瑞公司还制定了混合动力汽车产业化的初步计划，预计在 2020 年实现混合动力轿车的小批量生产 【 10】。 东风汽车公司承接“ 863”混合动力研制项目现已完成，并已于最近推出混合动力电动客车样车，整 车性能良好。 我国通过国家“八五”、“九五”甚至“十五”电动汽车的科技攻关，在 HEV方面已经积累了一定的技术基础和经验。 国内的混合动力轿车与国外水平仍有较大差距。 上海华普推出了搭载自主混合动力发动机的海尚 305，优点是结构紧凑、可靠性高、成本低，可节省燃料 20％左右，号称是国内第一款自主混合动力技术的轿车，但距离 Prius 重混合度技术仍有很大差距，进入市场之前还有很长的路要走。 在能源和环保的压力下，世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域，但是由于技术和经济上存在的各种困难，电动汽车还有相当长的路要走才有可能实 现商品化，而混合动力汽车技术相对更为成熟，由于采用了精湛的机电耦合技术和智能化的整车控制策略，从而实现整车的高性能，低能耗和低排放。 因此混合动力汽车有着广阔的市场空间，特别是开发用于城市交通 （ 如出租车 ） 和城市之间的混合动力汽车在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景 【 11】。 混合动力汽车的分类 目前，混合动力汽车主要分为三类： 串联式混合动力汽车：单独通过电动机来驱动机车。 而电能可以由电池提供，也可以由发动机驱动发电机来提供。 并联式混合动力汽车：两个牵引机同时与驱动轴相连，它们既可各自单独向驱动系统提供动力，又可共同协调一致的提供动力。 混联式混合动力汽车：这种结构既包括并联式混合结构中的连杆机构，又包括串联式混合结构中的电气联动机构。 另外，还出现了某些新型的混合结构，这些结构并不属于上述三类，通常我们称之为“复杂”混合。 1)串联式混合动力汽车 (SHEV) SHEV的动力系统结构是 HEV中最简单的一种，发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能，该电能可通过功率转换器为电池充电，或经由电动机和 7 传动装置驱动汽车。 SHEV 以电动机作为主驱动装置，发动机作为辅助动力装置，以提高行驶里程。 基本的串 联式混合结构如图 所示。 典型的 SHEV 有丰田公司的 Coaster 等。 它的优点有： ①利用发电机，使发动机的输出转化为电能既可以给电动机供电，又可为电池充电。 ②可以利用电动机作为发电机，将电能储存在电池罩，达到在刹车制动时回收能量的目的。 ③我们不需要按照汽车对功率的要求来操作发动机，也就是说发动机的操作取决于能源利用的最优效率以及污染排放情况。 ④变速时不需要离合器。 同时，它的缺点有： ①串联式混合结构需要发动机，发电机以及发动机，并且，电动机的功率至少要满足机车所需要的最大功率，这就限制了电机小 型化的可能性。 ② SHEV的能量转换、传输的环节多，造成整体能量转换效率比较低；并且，为满足爬坡等需要大功率的路况，发动机、发电机和电动机的额定功率都要求比较大。 图 串联式混合结构 8 2)并联式混合动力汽车 (PHEV) 串联式混合机车可以看作是在纯电力机车的基础上加上发动机能量传输途径，而并联式混合机车可以看作是在发动机机车上附加电能传输途径。 PHEV 采用发动机和电动机两套驱动系统。 可采用发动机单独驱动、电动机单独驱动或发动机和电动机联合驱动三种工作模式。 并联式混合结构如图 所示。 在并联混合动 力汽车里，发动机和电动机既可分别提供牵引功率，又可共同提供。 这就使得在提供功率时会有一个自由度，使两个并行路径的功率分配最优化。 两种电机均可在满足最大功率的前提下缩小体型，并且在发动机和电动机的额定功率选较小值时，就可达到动力性要求。 并且，与串联 HEV相比，它的优点是并联 HEV仅用到电动机和发动机，并且发动机和电动机的最大功率较小，而缺点是由于发动机与推进系统是共轴连接的，这使并联 HEV需要离合器，这使得并联 HEV结构复杂，控制难度大。 典型 PHEV 有：只野公司的 HIMR 型大客车、本田公司的 Insight 轿车 等。 图 并联式混合结构 3)混联式混合动力汽车 混联 HEV在结构上综合了 SHEV和 PHEV的特点。 它主要偏向于并联结构，但又包含一些串联结构的特点。 与 SHEV相比，它增加了机械动力传输路线；与 PHEV相比，它增加了电能的传输路线。 实际上，机械联动和电能联动路线采用两个截然不同的电机。 一个电机相当于并联式混合结构中的电动机，用来驱动汽车和刹车制动时进行能量回收，而另一个电机的作用相当于串联式混合系统中的发电机，用于给电池的充电。 另外。 发动机和电动机可选择较小的功率，控制策略灵活，发动机可以比较容易地工 作在高效率区域。 但混联式混合动力汽车结构复杂，成本高。 近年来，出现了两种不同的混联式混合型结构，一种结构包含了一组行星齿轮组 (PGS)，其结构如图 所示，这种类型的有丰用公司的Prius。 另一种结构不包含行星齿轮组，它结合了链传动式发电机和曲轴悬挂式电机的特点，与并联式混合结构一样直接进行耦合，其结构如图 所示。 9 图 带有行星齿轮组混联式混合型结构 图 不带有行星齿轮组混联式混合刑结构 混合动力汽车的特点及比较 串联式混合动力汽车的特点 1)串联式混合动力汽车 (SHEV)的优点： ① SHEV可以类电动状态行驶，结构简单，易于控制。 ②发动机工作状态不受汽车行驶工况的影响，能够保持在稳定、高效、低污染的状态下运转，将有害排放气体控制在最低范围所以发动机具有良好的经济性和低的排放指标。 ③三大动力总成之间没有机械联系，有较大的自由度，可以独立地布置。 2)串联式混合动力汽车 (SHEV)的缺点： ①驱动电动机的功率必须是能够克服 S 脏 V在行驶过程中的最大阻力，驱动电动机的功率要求较大，外形尺寸也较大，质量较重。 ②在发动机一发电机一驱动电动机系统中的热能一电能一机械能的能量转换过程中，能量损失较大，在动力电池组的充、放电过程中也存在能量损耗，能量转换总的综合效率要比内燃机汽车低。 ③发动机一发电机组与动力电池组之间的匹配要求较严格，要根据动力电池组 SOC 的变化，自动起动或关闭发动机一发电机组，以避免动力电池组过放电，这就需要更大的电池容量。 10 并联式混合动力汽车的特点 1)并联式混合动力汽车 (PHEV)的优点： ① PHEV只有发动机和起动 /发电机 （ 或驱动电动机 ） 两个动力总成， PHEV的两个动力总成 （ 发动机和起动 /发电机或发动机和驱动电动机 ） 本身的功率等于 50％～ 100％ 的车辆驱动功率，比 SHEV 的三个动力总成的功率、质量和体积要小很多。 ②除摩擦损耗外，没有机械能一电能一机械能的转换过程，能量转换总的综合效率要比 SHEV高。 ③起动 /发电机是 PHEV的辅助动力，可以选择得较小。 与它们配套的动力电池组的容量也较小，使整车的整备质量大大地降低。 ④发动机基本稳定在高效率、低污染的状态下运转。 2)并联式混合动力汽车 (PHEV)的缺点： ①需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车。 发动机的工况会受到 PHEV行驶工况的影响，发动机 的有害气体的排放高于 SHEV。 ②发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动装置，另外还有起动 /发电机 （ 驱动电动机 ） 、动力电池组，以及动力组合器等装置，因此 PHEV的多能源动力系统结构复杂，布置和控制也更加困难。 混联式混合动力汽车的特点 1)混联式混合动力汽车 (PSHEV)的优点： ① PSHEV是由三个动力总成组成，三个动力总成的 （ 本身 ） 功率可以等于50％～ 100％的车辆驱动功率，比 SHEV的三个动力总成的功率、质量和体积要小很多。 ② PSHEV可以有多种多样的驱动模式和混合驱动 模式供选择，可以使PSHEV的节能最佳，有害气体的排放达到“超低污染”。 ③驱动电动机可以给发动机提供额外的辅助动力，因此 PSHEV的发动机功率可以选择得较小，燃料经济性比 SHEV要高。 2)混联式混合动力汽车 (PSHEV)的缺点： ①发动机的工况会受到 SHEV行驶工况的影响，发动机的有害气体的排放高于 SHEV。 ②在 PSHEV上需要配备两套驱动系统，发动机传动系统需要装备离合器、变速器、传动轴和驱动桥等传动总成。 另外还有起动 /发电机、驱动电动机、减速器、动力电池组、以及为多能源动力组合或协调发动机与驱动电 动机的专用装 11 置。 因此 PSHEV的多能源动力系统结构复杂，总布置也更加困难。 ③多能源动力的匹配和组合有不同的组合形式，需装配一个复杂的多能源动力总成控制系统，才能达到高的经济性和“超低污染 的控制目标。 论文的研究内容 整车控制策略是混合动力汽车技术上最为关键的部分，直接影响整车的动力性和节能性的好坏。 在混合动力汽车运行过程中， 本项目采用 ISG 轻混方案，相对传统内燃机汽车， ISG 轻混方案 取消了发动机怠速；提高了发动机平均负荷率；实现了制动能量回收。 优化了车辆的经济。