純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)能量回收控制策略研究.pdf

1、純電動(dòng)汽車具有高效、低噪聲、零排放等顯著優(yōu)點(diǎn),在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì),其應(yīng)用和普及已成為汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。迄今為止,續(xù)駛里程不足仍然是制約純電動(dòng)汽車商業(yè)化的瓶頸。為實(shí)現(xiàn)有限能量源的充分利用,提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率及再生制動(dòng)能量回收是目前亟待解決的問(wèn)題。在此背景下,本文以陜西省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目為依托,在高效電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、再生制動(dòng)能量回收、雙能量源存儲(chǔ)系統(tǒng)和優(yōu)化控制策略等方面,通過(guò)理論推導(dǎo)、仿真與實(shí)驗(yàn)獲得純電動(dòng)汽車的研制

2、依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為高性能純電動(dòng)汽車的研究與開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗(yàn)。論文的研究工作及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:
　　 1.在分析電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)和電機(jī)模型的基礎(chǔ)上,建立了永磁直流電機(jī)拖動(dòng)汽車的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,該模型更好地反映了電動(dòng)汽車運(yùn)動(dòng)受風(fēng)阻影響這一特殊性?？紤]到電機(jī)通用數(shù)學(xué)模型的普適性,決定采用其主要參數(shù)和環(huán)節(jié),并輔之相應(yīng)的非線性環(huán)節(jié)構(gòu)建電機(jī)拖動(dòng)汽車的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。同時(shí),推導(dǎo)出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)電時(shí)間常數(shù)的計(jì)算公式,使各參數(shù)的物理意義更加明確

3、,實(shí)現(xiàn)了機(jī)(汽車)電(電機(jī))系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合。
　　 2.系統(tǒng)分析了純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)與再生制動(dòng)能量回收的控制策略,針對(duì)蓄電池單能量源純電動(dòng)汽車,以車速為控制目標(biāo),研究了電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的各種控制方案,詳細(xì)分析了系統(tǒng)的構(gòu)成、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)響應(yīng),比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。為了充分利用再生制動(dòng)的功能,分析了純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)的工作原理,研究了能量回收的控制策略,利用Matlab仿真驗(yàn)證了理論研究的正確性。
　　 3.以城市公交中巴

4、客車作為純電動(dòng)汽車的改裝對(duì)象,簡(jiǎn)要介紹了純電動(dòng)試驗(yàn)樣車的基本結(jié)構(gòu)、完成了控制系統(tǒng)配套所需電氣控制線路的設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上,提出了控制器系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案,完成了器件選型、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)等工作,同時(shí)制作了控制器電路板、觸發(fā)保護(hù)線路和二象限PWM功率變換裝置。為了便于調(diào)試和重要參數(shù)顯示,完成了智能儀表盤的軟硬件設(shè)計(jì)。在實(shí)驗(yàn)室完成了系統(tǒng)功能測(cè)試。
　　 4.根據(jù)超級(jí)電容加雙向DC／DC變換器與蓄電池并聯(lián)的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了雙能量源

5、系統(tǒng)的主回路電路結(jié)構(gòu),并對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)分析,以滿足純電動(dòng)汽車對(duì)比能量和比功率的雙重要求。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)整車的性能要求和配置情況,分別從能量和功率角度對(duì)雙能量源系統(tǒng)的蓄電池、超級(jí)電容單體串聯(lián)數(shù)目及各節(jié)容量進(jìn)行了理論計(jì)算和匹配設(shè)計(jì)。利用擴(kuò)展的ADVISOR仿真軟件對(duì)雙能量源的匹配參數(shù)進(jìn)行了仿真優(yōu)化及結(jié)果校驗(yàn),可以滿足純電動(dòng)汽車對(duì)雙能量源系統(tǒng)的要求。
　　 5.根據(jù)純電動(dòng)汽車的不同工作狀態(tài),設(shè)計(jì)了雙向DC／DC變換器的模糊自

6、調(diào)整控制策略。在電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下以“穩(wěn)壓”為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容和蓄電池的輸出電壓相匹配；在制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下以“穩(wěn)流”為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)對(duì)超級(jí)電容和蓄電池的恒流充電。建立了電動(dòng)狀態(tài)電壓控制和制動(dòng)狀態(tài)電流控制的Matlab仿真模型,驗(yàn)證了模糊自調(diào)整控制策略的正確性和有效性。
　　 6.針對(duì)雙能量源純電動(dòng)汽車的制動(dòng)力分配和能量管理控制問(wèn)題,提出了雙能量源制動(dòng)力分配和能量管理的模糊控制策略,并從整車經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、能量源效率和制動(dòng)能量回收四個(gè)角度

7、對(duì)所制定的雙能量源模糊控制效果進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,模糊控制策略可以合理分配蓄電池和超級(jí)電容的輸出功率,綜合發(fā)揮雙能量源特長(zhǎng),提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。
　　 7.對(duì)ADVISOR2002仿真軟件進(jìn)行了二次開發(fā),獲得了界面友好且適合雙能量源純電動(dòng)汽車仿真的專用平臺(tái),克服了用ADVISOR軟件不能對(duì)雙能量源純電動(dòng)汽車進(jìn)行性能仿真的缺點(diǎn)。結(jié)合典型循環(huán)工況,對(duì)雙能量源純電動(dòng)汽車及其控制策略進(jìn)行了性能仿真,仿真結(jié)果表明雙能量源純