【正文】 劇和地球環(huán)境的逐漸惡化，以內(nèi)燃機為動力的傳統(tǒng)汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展遇到了由資源和環(huán)境帶來的雙重挑戰(zhàn)。相比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車，此種動力耦合裝置的插電式混合動力汽車具有很好的節(jié)能效果，其動力性也能很好的滿足人們?nèi)粘Ｊ褂玫男枰?。為了驗證此種耦合裝置對提高整車動力性和經(jīng)濟性的效果，進(jìn)行了整車仿真分析。本文把動力耦合裝置簡化為一個三端口、兩自由度的控制模型，通過鎖止行星齒輪機構(gòu)的不同組件來實現(xiàn)發(fā)動機和動力電池之間的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率耦合。 學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）作者簽名： 年 月 日摘要 插電式混合動力汽車作為傳統(tǒng)混合動力汽車向純電動汽車轉(zhuǎn)型的中間產(chǎn)物，它憑借其良好的節(jié)能環(huán)保效果和優(yōu)越的續(xù)駛能力受到人們的青睞。對本人實驗或設(shè)計中做出重要貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中以明確的方式注明。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）中文題目 插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)耦合機理研究 英文題目 A research on the principle of dynamic coupling system in the plugin hybrid electric vehicles 1吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行實驗、設(shè)計、調(diào)研等工作基礎(chǔ)上取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的作品成果。本人完全意識到本承諾書的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。動力電池與發(fā)動機之間的耦合控制直接關(guān)系到整車性能的好壞。在此基礎(chǔ)上，提出了一種由行星齒輪組件和齒輪副組合而成的動力耦合裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同耦合方式間的自由切換。首先通過積分變化建立了動力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；然后在matlab/simulink中搭建了各個子模塊的控制模型，采用前向仿真的方式在CRUISE中搭建了整車仿真平臺，把控制模型和整車模塊進(jìn)行對接；最后對在NEDC和FTP75循環(huán)工況下得到了整車的動力性和燃料經(jīng)濟性仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：插電式；耦合；前向仿真；行星齒輪 ；simulink；CRUISE； Abstract More and more attention is drew to the Plugin hybrid electric vehicles in public because of its excellent performance in fueleconomic and environment protection , and long driving range .The vehicles act as intermediate products from conventional hybrid electric vehicles to pure electric vehicles. The control of the dynamical coupling between the engine and the battery makes a big difference to the performance of the vehicles. In this thesis, the coupling equipment is simplified as a threeport system with two freedom. A certain coupling relationship between the engine and motor by speed, torque and power is got by locking different pack of the planetary gear. A new coupling equipment bining a gear set and planetary gear set es up in this dissertation. It can shift freely among the different types of the coupling. It is essential to perform the simulation of the vehicle to verify the improvement in fuel economic and dynamics of this device. First ,a series of mathematical models are established through integral transformation. Next ,the submodulars of the control system are set up in the matlab/simulink. At the same time a forwardsimulation vehicle model is founded in the software named CRUISE. Therefore it is time to make a connection between the two models above. Finally, the simulation is implemented during the NEDC and FTP75 driving cycle to get the result of the economic and dynamic. As the result ,the fueleconomic and power of the plugin electric vehicles mounted this coupling device can satisfy the needs of the public as expected.Keywords : Plugin, coupling, forwardsimulation, Planetary gear, simulink, CRUISE目錄第一章 緒論 1 1（PHEV）技術(shù)發(fā)展簡介 2 國內(nèi)PHEV技術(shù)發(fā)展概況 4第二章 混合動力汽車的分類和動力耦合原理 4 5 5 6 7 PHEV的動力耦合裝置 8 8 9 9本章小結(jié) 13第三章 PHEV的動力動力耦合系統(tǒng)分析與建模 15 插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 15 16 16 發(fā)動機模型 16 電機模型 17 電池模型 18 19第四章 插電式混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略研究 21 插電式混合動力車輛控制策略概述 21 22 22 22 24 PHEV 動力驅(qū)動控制策略 24第五章PHEV動力耦合系統(tǒng)仿真分析 26 仿真軟件CRUISE的介紹 26 整車模型的建立 26 動力耦合系統(tǒng)子模塊的建立 28 28 發(fā)動機起停控制模塊 29 電機控制模塊 30 動力耦合器模塊 31 再生制動模塊 32 整車性能仿真結(jié)果與分析 33 34 37 37 38本章小結(jié) 39結(jié)論 40致謝 41參考文獻(xiàn) 42 第一章 緒論 “能源、環(huán)境和安全成為二十一世紀(jì)汽車行業(yè)發(fā)展的三大主題”。在能源問題中最為突出的是車用能源供應(yīng)體系對石化燃料的高度依賴。國際能源機構(gòu)對能源消耗分布的的統(tǒng)計結(jié)果表明：全球的交通運輸領(lǐng)域在石油的消耗占所有行業(yè)石油消耗量的一半以上，并且呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，預(yù)計到2020年將占全球石油總消耗的以上。隨著全世界汽車保有量的持續(xù)高速增長，汽車上日益增多的能源消費與有限的石油資源供應(yīng)之間的矛盾日趨突出。2009 年我國石油對外依存程度已經(jīng)高達(dá)，超過百分之五十的，這意味著中國能源已經(jīng)從 向方向轉(zhuǎn)變，2011年甚至超過了美國，達(dá)到56.%。 環(huán)境污染方面最為突出的影響是由汽車尾氣排放而引起的大氣污染。隨著人民生活條件的改善，道路的服務(wù)水平不斷提高，隨之而來的是汽車總量的迅速增加，汽車尾氣排放量將會急劇增多。此外，能夠造成溫室效應(yīng)的二氧化碳?xì)怏w排放中，有百分之二十五是來自于汽車尾氣，我國的二氧化碳排放量已居全球第二位。發(fā)展和推廣使用新能源汽車也是實現(xiàn)我國能源戰(zhàn)略安全和保持汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。混合動力汽車則具有較好的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，還能有效的解決傳動內(nèi)燃機帶來的能耗和排放問題，因此得到各大汽車廠商的青睞，得到快速的推廣和應(yīng)用。 純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力汽車的特點 近年來插電式混合動力汽車（Plugin Hybrid Electric Vehicle: PHEV）是大家研究的一個新方向。插電式混合動力車輛可以僅在動力電池驅(qū)動時行駛較長的里程，在動力電池能量不足時，發(fā)動機開始啟動，切換到傳統(tǒng)的混合動力模式下工作，因此它可以在很大程度上實現(xiàn)零排放，而且還可以利用外部公用電網(wǎng)設(shè)施對車載動力電池組進(jìn)行充電，減少燃油的消耗，降低車輛使用成本[5]。因此國內(nèi)外各大汽車制造廠商都把插電式混合動力汽車列為自己重點研發(fā)的項目，認(rèn)為其具有很好的應(yīng)用前景。這項計劃大約為期三年（2008~2010年），先后投入了3000萬美元用以PHEV的研發(fā)，而且在不同地區(qū)進(jìn)行了實車道路運行試驗，不斷提高改進(jìn)電池性能，已經(jīng)實現(xiàn)了在純電動模式下行駛40mile的目標(biāo)。通用汽車公司在2008年9月發(fā)布了的雪佛蘭4座插電式混合動力汽車Volt的量產(chǎn)車型，在2010年下半年該系列車型在美國底特律的整車工廠生產(chǎn)發(fā)售[6]。純電動行駛里程約為64km。除Volt 以外，美國開發(fā)的插電式混合動力汽車代表車型如下[7]：① 通用汽車公司的Green Line整車使用鋰離子電池作為電池組，其在純電動狀態(tài)下續(xù)駛里程大約15 mile（約24 km）；② 通用汽車公司的 Saturn Concept，在電動汽車平臺開發(fā)，采用“EFlex”串聯(lián)方式，純電動續(xù)駛里程達(dá)34 mile（約54km）；③ 福特汽車公司的Escape混合動力SUV，采用功率為10kw的鋰電池組，純電動續(xù)駛里程達(dá)30 mile（約48 km）。豐田公司的Prius是全球銷量最高的混合動力汽車，該公司在Prius車型的基礎(chǔ)上，開發(fā)了插電式混合動力汽車。第三代Prius插電式混合動力，整車搭載了高性能的鋰離子動力電池，額定電壓為345V，電池容量達(dá)到，可以通過普通的居民用電為其進(jìn)行補充充電。本田公司也是日本研發(fā)量產(chǎn)銷售混合動力汽車最早的汽車制造商之一。接著本田公司在2002年推出了思域混合動力車 Civic Hybrid，該車型具有很好的動力性和燃料經(jīng)濟性。歐洲各大汽車公司也十分重視插電式混合動力汽車的研發(fā)。瑞典的沃爾沃汽車公司開發(fā)了一款插電式混合動力卡車，該車型是基于沃爾沃改裝而成的，最高車速達(dá)。奔馳汽車公司在2009年法蘭克福車展上推出了插電式混合動力，該車純電動行駛里程可達(dá)。 國內(nèi)PHEV技術(shù)發(fā)展概況 中國政府很早就認(rèn)識到新能源汽車對國民經(jīng)濟和節(jié)能環(huán)保的巨大促進(jìn)作用，1992年，國家科工委第一次把電動汽車列入國家重大攻關(guān)項目，1996年把電動汽車列入國家“九五”重大產(chǎn)業(yè)研發(fā)項目。作為純電動汽車的前期產(chǎn)品，插電式混合動力汽車在中國的研發(fā)處于剛剛起步階段，各大整車廠家都在積極進(jìn)行技術(shù)探索和產(chǎn)品引進(jìn)。在開始階段，比亞迪在2008年推出了一款TX2雙模電動車，這款汽車具有純電動和混合動力兩種模式，可以通過家庭電網(wǎng)進(jìn)行補充充電來在純電動模式下運行，也可以通過在加油站補充加油提高它的續(xù)航能力。此外，比亞迪還推出了雙模電動車，該車使用比亞迪自主研發(fā)的鐵電池，這種電池的原材料廣泛、無污染、可回收，其耐熱性、抗壓性都已達(dá)到國家要求的使用標(biāo)準(zhǔn)，而且電池循環(huán)充電能力非常好，在2000次充放電之后電池容量還能保持以上，在實際使用過程中可達(dá)到4000次左右。在純電動模式下，秦能夠達(dá)到將近50公里的行駛里程，能夠滿足人們在市內(nèi)日常出行的需要。第二章 混合動力汽車的分類和動力耦合原理國際電氣工程協(xié)會對的定義為：以兩種或兩種以上儲能機構(gòu)或者能量轉(zhuǎn)換裝置作為動力源，至少有一種動力源通過電能進(jìn)行驅(qū)動行駛的車輛[13]。本文采用已被廣泛接受的傳統(tǒng)HEV概念：是指以混合作為能源組合方式，整車采用發(fā)動機和電機進(jìn)行驅(qū)動的汽車。（1） 車載能源一般是指汽車上用于存儲其他形式的能量或把其他形式的能量進(jìn)行初始轉(zhuǎn)化進(jìn)而向動力裝置提供最初機械能的部件或者總成。（2） 動力裝置是用于把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為車輛行駛所需機械能的裝置，并直接作為傳動系的輸入，如傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機，電動汽車的電機。傳動系與動力裝置配合工作，保證汽車能夠行駛在不同的工況條件下，同時能夠滿足車輛動力性的要求，得到盡可能低的燃料經(jīng)濟性。插電式混合動力汽車本身就是一種混合動力汽車，主要區(qū)別在于它的車載動力電池組能夠利用電網(wǎng)進(jìn)行補充充電，純電動續(xù)駛里程比較長，在動力電池電量不足時，仍可以工作在混合動力模式。一般情況下，在動力電池組經(jīng)過電網(wǎng)完成充電后，汽車在行駛時首先在純電動模式下工作，直至動力電池組電量達(dá)到所規(guī)定的極限時，發(fā)動機開始運行，整車自動切換到傳統(tǒng)的混合動力驅(qū)動模式，而此時動力電池組保持在一個較低電量的狀態(tài)，直至經(jīng)過下一次電網(wǎng)充電。串聯(lián)插電式混合動力汽車的動力總成由發(fā)動機、電動機、發(fā)電機、蓄電池、逆變器組成，如圖 。 串聯(lián)式PHEV的結(jié)構(gòu)簡圖由此可以看出發(fā)動機不直接驅(qū)動車輪，而是用來帶動發(fā)電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，和蓄電池一起來帶動電動機運轉(zhuǎn)或?qū)π铍姵剡M(jìn)行補充充電，車輛