混合動(dòng)力汽車用無(wú)刷電無(wú)級(jí)變速器及其控制系統(tǒng)研究.pdf

1、現(xiàn)如今,高度發(fā)展的汽車工業(yè)和持續(xù)增長(zhǎng)的汽車使用量在全球已經(jīng)引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境和碳?xì)滟Y源問(wèn)題。為了緩解石油緊張帶來(lái)的問(wèn)題和減少空氣污染物的排放量,新能源汽車已得到越來(lái)越多的關(guān)注。目前最有發(fā)展前途的技術(shù)是混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車。純電動(dòng)汽車完全依靠電能驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)零排放和零油耗,但大規(guī)模儲(chǔ)能的蓄電池成為目前的瓶頸,限制了其大規(guī)模商業(yè)化的發(fā)展。而混合動(dòng)力汽車則是純電動(dòng)汽車到來(lái)前的過(guò)渡產(chǎn)品,可以有效的降低油耗和減少尾氣的排放。這兩種汽車目前已成為各

2、國(guó)各大汽車公司的發(fā)展熱點(diǎn),并將在10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。
　　本文的研究對(duì)象是混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力系統(tǒng),總共分為兩個(gè)部分,前一部分是電無(wú)級(jí)變速器混合動(dòng)力系統(tǒng),后一部分是無(wú)刷電無(wú)級(jí)變速器混合動(dòng)力系統(tǒng)。前一部分為基礎(chǔ),后一部分為拓展和創(chuàng)新。分別對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及原理分析,數(shù)學(xué)建模,等效電路分析,能量流動(dòng)情況分析,控制策略提出,控制器軟硬件設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)等工作。
　　首先從電無(wú)級(jí)變速器入手,分析了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。對(duì)電無(wú)級(jí)變

3、速器中的核心部件——雙機(jī)械端口電機(jī)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,模型采用雙同步速坐標(biāo)系,分別給出了考慮和忽略定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組之間耦合情況下的數(shù)學(xué)模型。提出了交流電機(jī)等效電路統(tǒng)一建立方法,采用該方法可以方便地建立各種復(fù)雜交流電機(jī)的等效電路,并且能夠?qū)ζ潆姸丝诤蜋C(jī)械端口進(jìn)行清晰的定義,同時(shí)能夠分析和計(jì)算電機(jī)中的能量流動(dòng)情況。按照該方法,建立了雙機(jī)械端口電機(jī)的等效電路,并分析了不同工況下的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和能量流動(dòng)情況。
　　文中提出了雙機(jī)械端口電機(jī)的兩

4、種控制方式:轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速控制?；趦煞N控制方式提出了電無(wú)級(jí)變速器的總成控制策略,根據(jù)內(nèi)燃機(jī)開(kāi)啟條件和最優(yōu)效率曲線,在不同工況下需要采用不同的雙機(jī)械端口電機(jī)控制策略。永磁同步電機(jī)的弱磁方法可以運(yùn)用在雙機(jī)械端口電機(jī)上,但是弱磁范圍受到電機(jī)結(jié)構(gòu)的影響。設(shè)計(jì)了一臺(tái)雙機(jī)械端口電機(jī)樣機(jī),并搭建了一個(gè)電無(wú)級(jí)變速器模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在該平臺(tái)上進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。
　　在前一部分的基礎(chǔ)上,提出了一種新型混合動(dòng)力汽車用動(dòng)力系統(tǒng)——無(wú)刷電無(wú)級(jí)

5、變速器系統(tǒng),其主要部件為無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)。提出了其幾種可能的結(jié)構(gòu),以一種結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,詳細(xì)分析了其工作原理,給出了需要特別注意的電機(jī)繞組的連接方式。說(shuō)明了在不同工況下,無(wú)刷電無(wú)級(jí)變速器系統(tǒng)各部件中的能量流動(dòng)情況。建立了無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)數(shù)學(xué)模型和等效電路。
　　文中提出了無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)的兩種控制策略:功率-轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)速控制。其中,功率-轉(zhuǎn)速控制采用一種新型的三相橋控制方式,能夠在不需要知道內(nèi)、外轉(zhuǎn)子位置和電機(jī)參數(shù)的

6、情況下對(duì)電機(jī)回饋直流母線的能量進(jìn)行控制,該方法簡(jiǎn)單易行,完全不受電機(jī)參數(shù)的影響?；谏鲜鰞煞N電機(jī)控制策略,提出了無(wú)刷電無(wú)級(jí)變速器總成控制策略,根據(jù)不同的工況采用不同的電機(jī)控制方法。提出了一種異步電機(jī)全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最大轉(zhuǎn)矩輸出控制策略,該策略能夠最大限度地使用電機(jī)和控制器的電壓電流極限,提高輸出轉(zhuǎn)矩,該策略也可以運(yùn)用在無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)上。制作了一臺(tái)無(wú)刷雙機(jī)械端口電機(jī)樣機(jī),搭建了無(wú)刷電無(wú)級(jí)變速器實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在該平臺(tái)上進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn),并且運(yùn)