混合動力汽車用無刷電無級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)增長的汽車使用量在全球已經(jīng)引發(fā)了嚴重的環(huán)境和碳氫資源問題。為了緩解石油緊張帶來的問題和減少空氣污染物的排放量,新能源汽車已得到越來越多的關(guān)注。目前最有發(fā)展前途的技術(shù)是混合動力汽車和純電動汽車。純電動汽車完全依靠電能驅(qū)動,實現(xiàn)零排放和零油耗,但大規(guī)模儲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。而混合動力汽車則是純電動汽車到來前的過渡產(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、國各大汽車公司的發(fā)展熱點,并將在10年內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模應用。
　　本文的研究對象是混合動力汽車用動力系統(tǒng),總共分為兩個部分,前一部分是電無級變速器混合動力系統(tǒng),后一部分是無刷電無級變速器混合動力系統(tǒng)。前一部分為基礎(chǔ),后一部分為拓展和創(chuàng)新。分別對兩個系統(tǒng)進行了結(jié)構(gòu)及原理分析,數(shù)學建模,等效電路分析,能量流動情況分析,控制策略提出,控制器軟硬件設計和仿真實驗等工作。
　　首先從電無級變速器入手,分析了其工作原理和結(jié)構(gòu)特點。對電無級變

3、速器中的核心部件——雙機械端口電機進行了數(shù)學建模,模型采用雙同步速坐標系,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)學模型。提出了交流電機等效電路統(tǒng)一建立方法,采用該方法可以方便地建立各種復雜交流電機的等效電路,并且能夠?qū)ζ潆姸丝诤蜋C械端口進行清晰的定義,同時能夠分析和計算電機中的能量流動情況。按照該方法,建立了雙機械端口電機的等效電路,并分析了不同工況下的電機運行狀態(tài)和能量流動情況。
　　文中提出了雙機械端口電機的兩

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級變速器的總成控制策略,根據(jù)內(nèi)燃機開啟條件和最優(yōu)效率曲線,在不同工況下需要采用不同的雙機械端口電機控制策略。永磁同步電機的弱磁方法可以運用在雙機械端口電機上,但是弱磁范圍受到電機結(jié)構(gòu)的影響。設計了一臺雙機械端口電機樣機,并搭建了一個電無級變速器模擬實驗平臺,在該平臺上進行了一系列的實驗。
　　在前一部分的基礎(chǔ)上,提出了一種新型混合動力汽車用動力系統(tǒng)——無刷電無級

5、變速器系統(tǒng),其主要部件為無刷雙機械端口電機。提出了其幾種可能的結(jié)構(gòu),以一種結(jié)構(gòu)為研究對象,詳細分析了其工作原理,給出了需要特別注意的電機繞組的連接方式。說明了在不同工況下,無刷電無級變速器系統(tǒng)各部件中的能量流動情況。建立了無刷雙機械端口電機數(shù)學模型和等效電路。
　　文中提出了無刷雙機械端口電機的兩種控制策略: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)子位置和電機參數(shù)的

6、情況下對電機回饋直流母線的能量進行控制,該方法簡單易行,完全不受電機參數(shù)的影響?；谏鲜鰞煞N電機控制策略,提出了無刷電無級變速器總成控制策略,根據(jù)不同的工況采用不同的電機控制方法。提出了一種異步電機全轉(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,該策略也可以運用在無刷雙機械端口電機上。制作了一臺無刷雙機械端口電機樣機,搭建了無刷電無級變速器實驗平臺,在該平臺上進行了一系列的實驗,并且運