功率分流混合电动车辆模型的演算和实验论证

Fazal U. Syed Ming L. Kuang John Czubay HAO Ying
[1]Department of Electrical and Computer Engineering, Wayne State University, Detroit, MI 48202 USA [2]the Hybrid Vehicle Program, Sustainable Mobility Technologies Laboratory Ⅱ, Ford Motor Compa ny, Dearborn, M1 48120 USA.

文章摘要:由于环保和效率等原因混合电动车辆（HEVS）已经具有很大的吸引力。一个典型的HEV由两个动力系统：一个是普通的动力源如一台汽油机、一台柴油机或一组燃料电池和一个电动系统（包含一台电动机和一台发电机）组成,它可能产生比普通车辆高的燃油经济性。而且,这样的车辆不需要外部充电,而在其内部存在燃料基本设施。HEV的功率分流动力系统构造的独特的HEV动力系统结构串联和并联型式的优点。但是操纵功率分流HEV动力系统要求一个完善的控制系统。设计这样的控制系统要有适当精确的HEV装置的平面模型。对于串联和并联型式的大量研究已经开发了许多动力平面模型。但一个完整的和有效的功率分流HEV动力系统的动力模型尚处于初期阶段。本文提出了在不同传动条件下可实际地和重复所有静态和瞬态现象的功率分流动力系统HEV的动力模型。首次表明了数学推导和这种平面模型和构件的表达,其次是通过计算机仿真分析、验证及性能鉴定和试验车辆在Ford公司性能道路试验实测进行比较。该模拟和实验结果的极好的吻合证实所引导的平面模型的精确性和正确性。因为该平面模型是综合用型谱方法论的系统定向子系统建立的,它很容易改变子系统的功率。开发该平面模型是用来分析和了解动力系的控制动力学,子系统和构件间的干扰以及由于工况和波动的影响的变化的系统瞬变。该平面模型也可用于车辆系统控制器的开发,能量管理战略的估价,结果的解析,编码算法的证明,及其中其他许多目的。
文章主题:电动无级变速器（e-CVT） 推导 混合电动车辆（ HEV） 模型 功率分流 仿真 论证

文章内容：第21卷第3期2007年9月传动技术21.32007文章编号:1006—8244(2007)03—30—05功率分流混合电动车辆模型的演算和实验论证-..[摘要]由于环保和效率等原因混合电动车辆()已经具有很大的吸引力.一个典型的由两个动力系统:一个是普通的动力源如一台汽油机,一台柴油机或一组燃料电池和一个电动系统(包含一台电动机和一台发电机)组成,它可能产生比普通车辆高的燃油经济性.而且,这样的车辆不需要外部充电,而在其内部存在燃料基本设施.的功率分流动力系统构造的独特的动力系统结构串联和并联型式的优点.但是操纵功率分流动力系统要求一个完善的控制系统.设计这样的控制系统要有适当精确的装置的平面模型.对于串联和并联型式的大量研究已经开发了许多动力平面模型.但一个完整的和有效的功率分流动力系统的动力模型尚处于初期阶段.本文提出了在不同传动条件下可实际地和重复所有静态和瞬态现象的功率分流动力系统的动力模型.首次表明了数学推导和这种平面模型和构件的表达,其次是通过计算机仿真分析,验证及性能鉴定和试验车辆在公司性能道路试验实测进行比较.该模拟和实验结果的极好的吻合证实所引导的平面模型的精确性和正确性.因为该平面模型是综合用型谱方法论的系统定向子系统建立的,它很容易改变子系统的功率.开发该平面模型是用来分析和了解动力系的控制动力学,子系统和构件间的干扰以及由于工况和波动的影响的变化的系统瞬变.该平面模型也可用于车辆系统控制器的开发,能量管理战略的估价,结果的解析,编码算法的证明,及其中其他许多目的.[]()—.,,—,,,(—).—,—.—.,,—,1.,—.——..,,,'.—作者简介:..,,,48202,,,,,48120..1..,,,,148120..,,48202.一30.等:功率分流混合电动车辆模型的演算和实验论证1.—,.——,,—.,,,,.关键词:电动无级变速器(—)推导混合电动车辆()模型功率分流仿真论证:—(—)-()-中图分类号:463.212文献标识码:1前口汽车工业已经集中于把换挡趋向于改进清洁环境,高频率和安全运行口].大多数汽车公司把环保和效率作其产品实现它们最重要的两个方面.他们实际开发不同的新技术如电动车辆(),混合驱动电动车辆()和燃料电池混合驱动车辆().由于基本设施的不完备和技术相对不够成熟,故近5年至10年内不会投入大批量生产.同样地,由于其性能方面的缺陷,驱动里程相对较短,充电时间长和电池充电基本设施的缺乏,故不能适用使用需要.驱动桥—在最近几年已经吸引了人们很大的注意力,因为它不需要电池外部充电或新的基本设施.还提供了很好的燃油经济性和低的排放而不影响车辆的性能.一般有两种即1,串联混合动力系统_3"和2,并联混合动力系统3].最近型式复杂的_5是功率分流混合动力系统5],并联和串联两混合动力系统组合的好处是不必牺牲该混合动力系统的经济效益.该系统的两种动力源组成为:一台汽油机,一台电机,一台发电机和一组高压电池.该系统也具有极好用电功率驱动车辆的能力(一台完整)-83.图1表示了功率分流框图和其控制系单向离合器..—电池组控制模型-电池组控制模型—图1功率分流型的框图.1-—.等:功率分流混合电动车辆模型的演算和实验论证统,该系统由四个子系统/部件组成:即1,发动机子系统,2,与变速器装成一体的驱动桥子系统,3,制动子系统,4,电池组子系统.它们通过用行星齿轮传动彼此联接发动机和发电机子系统和电子驱动系统(电机,发电机和电池子系统)的组合与传动轴系相连构成两个动力源推动车辆.各子系统要求带自己的控制器.着名的驱动桥子系统控制器模式()是用该驱动桥子系统集成,两电力机械,即电机和发电机,安装以提供电力功能并用于与传动条件有关的不同目的.它还可注意制动子系统是一个电一液制动系统,它提供了把摩擦制动和能量回收制动功能的密切集合.为了确保所有这些控制器工作与驾驶员要求一致并可提供所需能量和功能,这些是一部车辆系统控制器()必不可少的.该对于某一设定的驾驶员要求和车辆工作条件,用操纵车辆不同部件功率间和发动机,发电机,电动机和电池组工作状况座标保持车辆在其最有效工作点.此外,确保要求的车辆性能和操纵性能.很明显,一个十分复杂的和完善的_7...是要求达到最佳的燃油经济性,排放和不损害车辆性能的管理.动力系的平面模型对的十分苛刻和关键性的有效设计_1,已经努力对于串联或并联的混合动力系统开发了平面模型的实验论证方法ⅲ....此外,有各种0基本2筋正确的车辆模型主要采用反向面方法.反向面方法的缺点是迫使一个特别的速度循环,强迫的速度循环在反向面方法内造成一力作用于车轮上,而后作用传动系反向仿真直至初始能源.因此,在反向面方法内,驾驶员的动作不受影响,因循环精确接纳,从而不能用于详尽控制系统开发.结果,该方法不适合于控制系统开发,它要求传动系性能精确工况的可控性和研究的合理性.此外,因该方法按照强制速度循环采用稳态试验数据,不可能研究其动态影响,少数结果_2删存在于一有关功率分流变速箱(传动轴)的数学动态平面模型的文献中,它可用于研究和仿真该分支系统的有关速度,转矩和动力特性的动力学.本研究的目的是开发一个功率分流的完整的平面模型,同时相对于实验结果它是正确的,实际上在本文最后的阐述中,该目的通过理论分析和实验车辆都证实是达到的.该结果清晰表明所开发的功率分流平面模型可以进行传动系/车轮转矩,车辆速度,发动机转矩,发动机速度,发32～电机转矩,发电机速度,电机转矩,电机速度和高压电池功率有关的稳态和瞬态现象的动力学分析.该论证工作是在所述动力系(图1)完成的,并详细推导了子系统数学表达式和模型构成的关键问题.最后,平面模型的特性与不同传动状况的实验条件(包括瞬态)一致,并与车辆实验数据相比较.2功率分流动力学模型功率分流动力学模型可以分为动力平面动力学模型,制动系动力学模型,传动系动力学模型和车辆动力学模型.为了进一步进行动力学平面模型的开发,首先对功率分流动力系工作特性作简要介绍