動力總成設計與能量管理的新型同軸電纜串并聯(lián)插電式畢業(yè)課程設計外文文獻翻譯、中英文翻譯、外文翻譯

1、<p>　　Powertrain design and energy management of a novel coaxialseries-parallel plug-in hybrid electric vehicle </p><p>　　Abstract：For a series plug-in hybrid electric vehicle, higher working efficienc

2、y can be achieved by the drive system with two small motors in parallel than that with one big motor alone. However, the overly complex structure will inevitably lead to a substantial increase in the development cost. To

3、 improve the system price-performance ratio, a new kind of series-parallel hybrid system evolved from the series plug-in hybrid system is designed. According to the technical parameters of the selected</p><p&g

4、t;　　Keywords：plug-in hybrid electric vehicle；series-parallel hybrid system；multi-power coupling；dynamic programming；energy management</p><p>　　1 Introduction Electric vehicle (EV) holds significant potenti

5、al for not only transforming how the world moves, but also for increasing energy security and reducing carbon emissions and other pollutants [1]. Pure electric vehicle (PEV) driven by one or more electric motors is undou

6、btedly the ultimate goal of the EV’s development. Today’s PEVs are commonly powered by rechargeable lithium-ion batteries, which are also being used to store renewable energy. Nevertheless, because the store energy o<

7、/p><p>　　As the transition models from HEVs to PEVs, plug-in HEV (PHEV) has gradually become the preferred solution of EV at the present stage. The battery of PHEV can becharged by an on-board power supply to

8、ensure a certain continued mileage with pure motor driving [5,6]. Due to that the running mainly depends on pure electric mode,PHEV plays a more important role in fuel saving, emission reduction and environmental protect

9、ion than other kinds of HEVs. Owing to the simple configuration and control str</p><p>　　The paper is arranged as follows. The second section introduces the configuration of the coaxial series-parallel plug-

10、in hybrid system and the multiple driving modes. The third section describes the vehicle system models according to the selected components. The fourth section describes the vehicle system parameters and pure electric dr

11、iving effect. The fifth section shows the special control strategy and the control effect of the energy optimization management, which includes the frame structur</p><p>　　2 Powertrain design </p><

12、;p>　　The designed coaxial series-parallel hybrid system is evolved from a series plug-in hybrid system. Figure 1 describes the configuration evolution process, where the conversion paths of electricity energy are draw

13、n. </p><p>　　Figure 1(a) is the basic configuration of the series plug-in hybrid system. In the system, the range extender consists of a small displacement engine and a small power generator, and a big power

14、 motor is used to drive the vehicle through a fixed ratio reducer. Because of the high electric current during vehicle starting, accelerating or braking, the battery mileage of the vehicle can be significantly increased.

15、 The corresponding configuration of the hybrid system after optimized is shown in Figu</p><p>　　To improve the system price-performance ratio, a novel coaxial series-parallel hybrid system evolved from the o

16、ptimized series plug-in hybrid system is designed as shown in Figure 1(c). In the system, the generator is canceled, and two sets of disk motors are taken as the main and the auxiliary drive motor. The drive motors and t

17、he engine are connected in parallel to the input shaft of the transmission. The engine and the auxiliary motor or the auxiliary motor and the transmission are respective</p><p>　　Figure 2 is the controller a

18、rchitecture of the hybrid system, where the operation status signals of the various components are collected by the controller and the controlcommand is transmitted to the power unit after calculation. Further, the opti

19、mal control is achieved based on the vehicle operating conditions. According to the vehicle running conditions and the battery state of charge, fifteen kinds of the driving modes can be chosen by the designed hybrid syst

20、em as shown in Table 1, where Tr</p><p>　　It is very important to enhance the motor efficiency to increase the driving range of the series PHEV. Because the area of high efficiency range can be greatly expan

21、ded, the driven by two small power motors in parallel can achieve higher efficiency than driven by a big motor with the same total power alone [17]. Therefore, if the big drivemotor of the series PHEV is replaced by two

22、 small motors with the same total power, the driving efficiency and the motor, respectively. The above variables ar</p><p>　　3 Energy optimization management3.1 Multi-power coupling strategy The logical s

23、tructure of the multi-power coupling strategy might be descripted as shown in Figure 11, which is divided into five modules. The parameter input module is the control signal input port, which reflects the true state of e

24、ach subsystem and thedrving intent of the driver. The parameters identification module is adopted to calculate the torque requirment, estimate the subsystems efficiency, and monitor the battery SOC</p><p>　

25、　3.2 Driving mode selection and coordinationThe specific driving modes are adopted following the dynamic changes of the driving condition as shown in Figure 12. According to the vehicle current speed, the battery SOC an

26、d the torque requirement in the real driving condition, any kind of the driving modes could be adopted to achieve the possible lowest energy consumption. Because the battery capacity is limited by the vehicle development

27、 costs and layout, as long as the engine is able to work in t</p><p>　　4 Conclusions</p><p>　　A new kind of series-parallel hybrid system for PHEV evolved from the existing series plug-in hybrid

28、 system is designed in this paper to improve the drive system price-performance ratio. The controller architecture and the fifteen kinds of the driving modes that can be chosen by the designed hybrid system are analyzed.

29、 With the coupling and decoupling of the driving torque of an engine and two motors in parallel, the possibility to improve the vehicle driving efficiency is provided. According to</p><p>　　動力總成設計與能量管理的新型同軸電

30、纜串并聯(lián)插電式</p><p><b>　　混合動力汽車</b></p><p>　　摘要：對于串聯(lián)插電式混合動力電動汽車，通過與兩臺小型電動機并聯(lián)的驅動系統(tǒng)可以實現(xiàn)更高的工作效率。然而，過度復雜的結構將不可避免地導致開發(fā)成本大幅增加。為提高系統(tǒng)性價比，設計了從串聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)演變而來的新型串并聯(lián)混合動力系統(tǒng)。根據(jù)所選部件的技術參數(shù)，建立系統(tǒng)模型，評估車輛動力特

31、性和純電動經(jīng)濟性。基于動態(tài)規(guī)劃，開發(fā)了城市駕駛循環(huán)下驅動系統(tǒng)的能源管理策略，完成了系統(tǒng)的優(yōu)勢驗證。對于由設計的串聯(lián)并聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)驅動的研究車輛，與所述系列插電式混合動力系統(tǒng)驅動的車輛相比，由于多功率聯(lián)軸器和燃油消耗，動力特性明顯改善減少了11.4％，有10個城市駕駛循環(huán)。總之，通過設計混合動力系統(tǒng)的靈活配置和優(yōu)化的能源管理控制策略，可以明顯提高車輛性能。</p><p>　　關鍵詞：插電式混合動力電動車;

32、串并聯(lián)混合動力系統(tǒng);多功率耦合;動態(tài)規(guī)劃;能源管理</p><p><b>　　1介紹</b></p><p>　　電動汽車（EV）具有巨大的潛力，不僅可以改變世界的發(fā)展方向，而且還要提高能源安全，減少碳排放和其他污染物[1]。由一臺或多臺電動機驅動的純電動汽車無疑是電動汽車發(fā)展的終極目標。今天的PEV通常由可充電鋰離子電池供電，這些鋰離子電池也用于存儲可再生能源。然

33、而，由于鋰離子電池的儲能受其化學性質的限制，電池的能量密度較低。因為電池組裝不合適，PEV的駕駛范圍相對較短，導致全球使用率下降[2]。為了解決PEV的缺陷，開發(fā)了混合動力汽車（HEV），將傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機與電力推進的一些形式相結合。由于存在可逆儲能裝置和一臺或多臺電動機，HEV有可能降低與傳統(tǒng)車輛相比的燃料消耗和排放。由于發(fā)動機產生或駕駛模式的存在，車輛可以滿足長途旅行的要求，而不使用大容量電池[3,4]。然而，由于車輛的電力完全從燃

34、料油轉化，燃料經(jīng)濟性的改善受到限制，環(huán)境影響仍然明顯。</p><p>　　作為從HEV到PEV的轉型模型，插電式HEV（PHEV）逐漸成為目前EV的首選解決方案。PHEV的電池可以通過車載電源充電，以確保與純電機驅動一定的持續(xù)里程[5,6]。由于運行主要取決于純電動模式，因此與其他類型的HEV相比，PHEV在節(jié)油，減排和環(huán)保方面起著比較重要的作用。由于簡單的配置和控制策略，已經(jīng)成功制造了稱為擴展EV系列的PHE

35、V系列。由于安裝了量程擴展器，因此可以在車輛運行期間對電池進行充電，可能會減輕PEV面臨的較短驅動范圍的問題[7]。但范圍擴展器并不耦合到車輪上，而是不直接為車輛供電，驅動電機和電池必須設計得足夠大，以滿足車輛的電力需求，從而導致成本高但性能低下的產品。并聯(lián)PHEV是另一種PHEV，其中驅動電動機和發(fā)動機都共同為車輛供電并且可再充電電池的成本是可接受的。隨著駕駛狀況的預測，PHEV的性能可以顯著提高[8]。并聯(lián)混合動力的組合使得它們對于

36、高速，更恒定速度的車輛公路行駛更有效，但不適用于城市，因為他們的動力傳動系結構增加了在停車駕駛情況下發(fā)動機的應變。為了利用串聯(lián)和并聯(lián)PHEV的優(yōu)點，避免了它們的缺點，開發(fā)了串并聯(lián)PHEV。由于串聯(lián)和并聯(lián)的驅動模式可以自由</p><p>　　由于現(xiàn)有電動汽車存在一些結構性問題，難以得到廣泛的應用，一個主要問題是車輛的機動性和經(jīng)濟性的協(xié)調控制。如果可以根據(jù)PHEV系列的基本配置設計新的PHEV，并且可以實現(xiàn)串并聯(lián)P

37、HEV的功能，由于配置簡單，功能強大，車輛的潛在市場將會非常大。為此，設計了一種用于PHEV的新型同軸串聯(lián)并聯(lián)混合系統(tǒng)，從系列插電式混合動力系統(tǒng)進行設計，我們的研究重點是在任何種類的駕駛條件下獲得該配置的最佳燃油經(jīng)濟性。因此，顯而易見的是，這個問題的本質是在不同的駕駛意圖和道路摩擦下合作控制駕駛穩(wěn)定性和系統(tǒng)的能源效率[12,13]，而且，能量回收的關鍵在于制動穩(wěn)定性的約束是協(xié)調制動壓力和制動穩(wěn)定性之間的沖突[14,15]。由于本文提出的

38、新配置的動態(tài)特性與傳統(tǒng)車輛類似，新配置可以在傳統(tǒng)車輛的穩(wěn)定性約束條件下實現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟性。由于小城市物流車輛是汽車制造商在電動汽車領域的主要焦點之一，因此被選為利用上述愿景提高車輛性能的研究對象。根據(jù)所選部件的技術參數(shù)，建立系統(tǒng)模型，評估車輛動力特性和純電動經(jīng)濟性。由于多功率耦合驅動的模式選擇和能量優(yōu)化配置的控制策略是實現(xiàn)滿足工作條件需求，節(jié)約能源和降低成本的目的的保證，是車輛的核</p><p><b&

39、gt;　　2 動力總成設計</b></p><p>　　設計的同軸串聯(lián)并聯(lián)混合系統(tǒng)是從串聯(lián)插電式混合系統(tǒng)演變而成。 圖1描述了繪制電能轉換路徑的配置演化過程。</p><p>　　圖1（a）是串聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)的基本結構。 在該系統(tǒng)中，擴展器由小排量發(fā)動機和小型發(fā)電機組成，大功率電動機用于通過固定減速機驅動車輛。 由于車輛起動，加速或制動時的高電流，車輛的電池里程可以顯著增

40、加。 優(yōu)化后混合系統(tǒng)的相應配置如圖1（b）所示。 然而，過于復雜的結構將不可避免地導致開發(fā)成本大幅度增加，這限制了所提出的驅動系統(tǒng)的應用。</p><p>　　為提高系統(tǒng)性價比，從優(yōu)化的串聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)發(fā)展出的新型同軸并聯(lián)混合系統(tǒng)如圖1（c）所示。在系統(tǒng)中，發(fā)電機被取消，兩組磁盤電機作為主電機和輔助驅動電機。驅動馬達和發(fā)動機與傳動裝置的輸入軸并聯(lián)連接。發(fā)動機和輔助電動機或輔助電動機和變速器分別通過離合器連接

41、。主電機與輸入軸剛性連接。當電池充電狀態(tài)低時，輔助電動機可以作為由發(fā)動機驅動的發(fā)電機。通過這種方式，發(fā)動機和擴展器的電動機具有并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的聯(lián)動驅動功能，實現(xiàn)了同軸串聯(lián)并聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)。三個動力單元可以通過離合器耦合和去耦，以實現(xiàn)多功率耦合驅動和發(fā)電功能，可以選擇多種工作模式來滿足驅動圓的要求。該系統(tǒng)的結構比現(xiàn)有的串并聯(lián)PHEV簡單，驅動效率高于系列PHEV。總而言之，該系統(tǒng)具有很高的性價比。</p><p

42、>　　圖2是混合系統(tǒng)的控制器結構，其中各個組件的操作狀態(tài)信號由控制器和控制器收集</p><p>　　命令在計算后發(fā)送到電源單元。此外，基于車輛操作條件實現(xiàn)最佳控制。根據(jù)車輛運行狀況和電池狀態(tài)，設計的混合動力系統(tǒng)可以選擇15種駕駛模式，如表1所示，其中Treq（t）是車輛總動力矩要求Tq（t） ，Tm1（t）和Tm2（t）是從發(fā)動機輸出的轉矩，主電機和輔助電機必須足夠大以承受充放電的沖擊[16]。所以PHE

43、V系列的成本很高。另外，因為車輛的性能取決于完全驅動電機，通過多次能量轉換降低驅動效率，系列PHEV的動態(tài)性能和經(jīng)濟性受到限制?？傊?，PHEV系列的性價比很低。</p><p>　　提高電機效率，提高系列PHEV的驅動范圍非常重要。由于高效率范圍的區(qū)域可以大大擴展，由兩臺并聯(lián)的小功率電動機驅動，可以實現(xiàn)比具有相同總功率的大電機驅動的更高的效率[17]。因此，如果大驅動PHEV系列電動機分別由兩臺具有相同總功率，驅

44、動效率和電動機的小型電動機代替。上述變量是向量。詳細說明列出的工作模式的決定條件和忽略電機慣性阻力之間的扭矩關系，能量和轉矩傳遞路徑進一步由某些圖形表示，其中不起作用的部件被去除。由于存在多種工作模式，新型混合動力系統(tǒng)具有比初期混合動力系統(tǒng)更具彈性的特點。使用兩只電動離合器作為動力耦合器，新型混合動力系統(tǒng)的結構比其他串并聯(lián)混合動力系統(tǒng)簡單。由于不僅主電機和輔助電機而且發(fā)動機都直接連接起來為車輛供電，所以在任何復雜的工作條件下都很容易滿足

45、車輛的性能要求。由于駕駛模式是按照最優(yōu)經(jīng)濟原則推算出來的，所以車輛經(jīng)濟可能會大幅增加。</p><p><b>　　3 能源優(yōu)化管理</b></p><p>　　3.1多功率耦合策略</p><p>　　多功率耦合策略的邏輯結構分為五個模塊。參數(shù)輸入模塊是控制信號輸入端口，反映了每個子系統(tǒng)的真實狀態(tài)</p><p>　　

46、司機的意圖。采用參數(shù)識別模塊計算轉矩要求，估算子系統(tǒng)效率，監(jiān)測電池SOC。根據(jù)電力系統(tǒng)目前的工作狀態(tài)和駕駛員的操作要求，采用駕駛模式選擇和協(xié)調模塊完成駕駛模式最優(yōu)選擇和開關控制。扭矩分配模塊用于協(xié)調電力系統(tǒng)之間的轉矩分配，確保整個驅動系統(tǒng)的高效運行。參數(shù)輸出模塊是車輛控制參數(shù)的輸出端口，它直接向子系統(tǒng)控制器發(fā)送扭矩指令?？刂撇呗缘暮诵膯栴}是實現(xiàn)電源子系統(tǒng)之間的驅動模式最優(yōu)選擇和轉矩優(yōu)化分配，確保每個子系統(tǒng)在高效區(qū)域運行，根據(jù)當前駕駛自適

47、應進入或退出運行狀態(tài)電力需求。</p><p>　　3.2 駕駛模式選擇與配合</p><p>　　根據(jù)圖12所示的駕駛狀況的動態(tài)變化，采用具體的駕駛模式。根據(jù)車輛電流速度，電池SOC和實際行駛狀態(tài)下的轉矩要求可以采用任何種類的駕駛模式 實現(xiàn)可能的最低能耗。 由于電池容量受車輛開發(fā)成本和布局的限制，只要發(fā)動機能夠在有效區(qū)域工作，將用于驅動車輛，制動能量回收和電池主動充電的機會應為 充分利用

48、實現(xiàn)純電動驅動，降低燃油消耗。</p><p><b>　　4 結論</b></p><p>　　一種用于PHEV的新型串并聯(lián)混合系統(tǒng)從現(xiàn)有的串聯(lián)插電式混合動力系統(tǒng)演變而來</p><p>　　本文設計改進驅動系統(tǒng)性價比。控制器架構和可以選擇的駕駛模式分析設計的混合系統(tǒng)。與耦合和并聯(lián)發(fā)動機和兩個電動機的驅動轉矩的分離，提供了提高車輛駕駛效率的可

49、能性。根據(jù)所選技術參數(shù)組件，車輛系統(tǒng)模型建立，和評估車輛動態(tài)性能和純電動車經(jīng)濟性。由于多功率耦合，串并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的動態(tài)特性可以顯著改善。與a相比大功率電機單獨，車輛行駛里程兩臺小型電動機同時具有相同的總功率增長8.2％。用于驅動的多功率耦合控制策略開發(fā)了城市駕駛循環(huán)系統(tǒng)。因為整個駕駛循環(huán)的特點是已知的使用DP來找到最佳的控制動作分離發(fā)動機和驅動器之間的驅動扭矩電機。為了驗證設計的優(yōu)越性串并聯(lián)混合系統(tǒng)，優(yōu)化結果分析與比較完成。與駕駛相