混合動力汽車用無刷電無級變速器及其控制系統(tǒng)研究

1、混合動力汽車用無刷電無級變速器及其控制系統(tǒng)研究現(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(yīng)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,

2、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(xué)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(shè)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。對電無級變速器中的核心部件雙機械端口電機進行了數(shù)學(xué)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(xué)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(fù)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

3、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種控制方式：轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)速控制和轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速控制。基于兩種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(shè)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

4、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(xué)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。基于上述兩種電機控制策略,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