動(dòng)力總成設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)外文文獻(xiàn)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(dòng)力總成設(shè)計(jì)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(dòng)力汽車</b></p><p>　　摘要：對(duì)于串聯(lián)插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，通過(guò)與兩臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高的工作效率。然而，過(guò)度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)將不可避免地導(dǎo)致開(kāi)發(fā)成本大幅增加。為提高系統(tǒng)性價(jià)比，設(shè)計(jì)了從串聯(lián)插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)演變而來(lái)的新型串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)。根據(jù)所選部件的技術(shù)參數(shù)，建立系統(tǒng)模型，評(píng)估車輛動(dòng)力特

31、性和純電動(dòng)經(jīng)濟(jì)性?；趧?dòng)態(tài)規(guī)劃，開(kāi)發(fā)了城市駕駛循環(huán)下驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能源管理策略，完成了系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)驗(yàn)證。對(duì)于由設(shè)計(jì)的串聯(lián)并聯(lián)插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的研究車輛，與所述系列插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的車輛相比，由于多功率聯(lián)軸器和燃油消耗，動(dòng)力特性明顯改善減少了11.4％，有10個(gè)城市駕駛循環(huán)?？傊?，通過(guò)設(shè)計(jì)混合動(dòng)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(guān)鍵詞：插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車;

32、串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng);多功率耦合;動(dòng)態(tài)規(guī)劃;能源管理</p><p><b>　　1介紹</b></p><p>　　電動(dòng)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(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車無(wú)疑是電動(dòng)汽車發(fā)展的終極目標(biāo)。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(chǔ)可再生能源。然

33、而，由于鋰離子電池的儲(chǔ)能受其化學(xué)性質(zhì)的限制，電池的能量密度較低。因?yàn)殡姵亟M裝不合適，PEV的駕駛范圍相對(duì)較短，導(dǎo)致全球使用率下降[2]。為了解決PEV的缺陷，開(kāi)發(fā)了混合動(dòng)力汽車（HEV），將傳統(tǒng)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與電力推進(jìn)的一些形式相結(jié)合。由于存在可逆儲(chǔ)能裝置和一臺(tái)或多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)產(chǎn)生或駕駛模式的存在，車輛可以滿足長(zhǎng)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(zhuǎn)化，燃料經(jīng)濟(jì)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(zhuǎn)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(guò)車載電源充電，以確保與純電機(jī)驅(qū)動(dòng)一定的持續(xù)里程[5,6]。由于運(yùn)行主要取決于純電動(dòng)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(jiǎn)單的配置和控制策略，已經(jīng)成功制造了稱為擴(kuò)展EV系列的PHE

35、V系列。由于安裝了量程擴(kuò)展器，因此可以在車輛運(yùn)行期間對(duì)電池進(jìn)行充電，可能會(huì)減輕PEV面臨的較短驅(qū)動(dòng)范圍的問(wèn)題[7]。但范圍擴(kuò)展器并不耦合到車輪上，而是不直接為車輛供電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池必須設(shè)計(jì)得足夠大，以滿足車輛的電力需求，從而導(dǎo)致成本高但性能低下的產(chǎn)品。并聯(lián)PHEV是另一種PHEV，其中驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)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(yù)測(cè)，PHEV的性能可以顯著提高[8]。并聯(lián)混合動(dòng)力的組合使得它們對(duì)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?yàn)樗麄兊膭?dòng)力傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)增加了在停車駕駛情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)變。為了利用串聯(lián)和并聯(lián)PHEV的優(yōu)點(diǎn)，避免了它們的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了串并聯(lián)PHEV。由于串聯(lián)和并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)模式可以自由</p><p>　　由于現(xiàn)有電動(dòng)汽車存在一些結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，難以得到廣泛的應(yīng)用，一個(gè)主要問(wèn)題是車輛的機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)控制。如果可以根據(jù)PHEV系列的基本配置設(shè)計(jì)新的PHEV，并且可以實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)P

37、HEV的功能，由于配置簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，車輛的潛在市場(chǎng)將會(huì)非常大。為此，設(shè)計(jì)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(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，我們的研究重點(diǎn)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(jì)性。因此，顯而易見(jiàn)的是，這個(gè)問(wèn)題的本質(zhì)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(guān)鍵在于制動(dòng)穩(wěn)定性的約束是協(xié)調(diào)制動(dòng)壓力和制動(dòng)穩(wěn)定性之間的沖突[14,15]。由于本文提出的

38、新配置的動(dòng)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(shí)現(xiàn)最佳的燃油經(jīng)濟(jì)性。由于小城市物流車輛是汽車制造商在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的主要焦點(diǎn)之一，因此被選為利用上述愿景提高車輛性能的研究對(duì)象。根據(jù)所選部件的技術(shù)參數(shù)，建立系統(tǒng)模型，評(píng)估車輛動(dòng)力特性和純電動(dòng)經(jīng)濟(jì)性。由于多功率耦合驅(qū)動(dòng)的模式選擇和能量?jī)?yōu)化配置的控制策略是實(shí)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(dòng)力總成設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換路徑的配置演化過(guò)程。</p><p>　　圖1（a）是串聯(lián)插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。 在該系統(tǒng)中，擴(kuò)展器由小排量發(fā)動(dòng)機(jī)和小型發(fā)電機(jī)組成，大功率電動(dòng)機(jī)用于通過(guò)固定減速機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛。 由于車輛起動(dòng)，加速或制動(dòng)時(shí)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(yīng)配置如圖1（b）所示。 然而，過(guò)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)將不可避免地導(dǎo)致開(kāi)發(fā)成本大幅度增加，這限制了所提出的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。</p><p>　　為提高系統(tǒng)性價(jià)比，從優(yōu)化的串聯(lián)插電式混合動(dòng)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(jī)被取消，兩組磁盤(pán)電機(jī)作為主電機(jī)和輔助驅(qū)動(dòng)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)裝置的輸入軸并聯(lián)連接。發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助電動(dòng)機(jī)或輔助電動(dòng)機(jī)和變速器分別通過(guò)離合器連接

41、。主電機(jī)與輸入軸剛性連接。當(dāng)電池充電狀態(tài)低時(shí)，輔助電動(dòng)機(jī)可以作為由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。通過(guò)這種方式，發(fā)動(dòng)機(jī)和擴(kuò)展器的電動(dòng)機(jī)具有并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)了同軸串聯(lián)并聯(lián)插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)。三個(gè)動(dòng)力單元可以通過(guò)離合器耦合和去耦，以實(shí)現(xiàn)多功率耦合驅(qū)動(dòng)和發(fā)電功能，可以選擇多種工作模式來(lái)滿足驅(qū)動(dòng)圓的要求。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有的串并聯(lián)PHEV簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)效率高于系列PHEV?？偠灾?，該系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。</p><p

42、>　　圖2是混合系統(tǒng)的控制器結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)組件的操作狀態(tài)信號(hào)由控制器和控制器收集</p><p>　　命令在計(jì)算后發(fā)送到電源單元。此外，基于車輛操作條件實(shí)現(xiàn)最佳控制。根據(jù)車輛運(yùn)行狀況和電池狀態(tài)，設(shè)計(jì)的混合動(dòng)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(dòng)力矩要求Tq（t） ，Tm1（t）和Tm2（t）是從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩，主電機(jī)和輔助電機(jī)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?yàn)檐囕v的性能取決于完全驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)多次能量轉(zhuǎn)換降低驅(qū)動(dòng)效率，系列PHEV的動(dòng)態(tài)性能和經(jīng)濟(jì)性受到限制。總之，PHEV系列的性價(jià)比很低。</p><p>　　提高電機(jī)效率，提高系列PHEV的驅(qū)動(dòng)范圍非常重要。由于高效率范圍的區(qū)域可以大大擴(kuò)展，由兩臺(tái)并聯(lián)的小功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)比具有相同總功率的大電機(jī)驅(qū)動(dòng)的更高的效率[17]。因此，如果大驅(qū)動(dòng)PHEV系列電動(dòng)機(jī)分別由兩臺(tái)具有相同總功率，驅(qū)

44、動(dòng)效率和電動(dòng)機(jī)的小型電動(dòng)機(jī)代替。上述變量是向量。詳細(xì)說(shuō)明列出的工作模式的決定條件和忽略電機(jī)慣性阻力之間的扭矩關(guān)系，能量和轉(zhuǎn)矩傳遞路徑進(jìn)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(dòng)力系統(tǒng)具有比初期混合動(dòng)力系統(tǒng)更具彈性的特點(diǎn)。使用兩只電動(dòng)離合器作為動(dòng)力耦合器，新型混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比其他串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)單。由于不僅主電機(jī)和輔助電機(jī)而且發(fā)動(dòng)機(jī)都直接連接起來(lái)為車輛供電，所以在任何復(fù)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(jì)原則推算出來(lái)的，所以車輛經(jīng)濟(jì)可能會(huì)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(jié)構(gòu)分為五個(gè)模塊。參數(shù)輸入模塊是控制信號(hào)輸入端口，反映了每個(gè)子系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)</p><p>　　

46、司機(jī)的意圖。采用參數(shù)識(shí)別模塊計(jì)算轉(zhuǎn)矩要求，估算子系統(tǒng)效率，監(jiān)測(cè)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(diào)模塊完成駕駛模式最優(yōu)選擇和開(kāi)關(guān)控制。扭矩分配模塊用于協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)矩分配，確保整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效運(yùn)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?wèn)題是實(shí)現(xiàn)電源子系統(tǒng)之間的驅(qū)動(dòng)模式最優(yōu)選擇和轉(zhuǎn)矩優(yōu)化分配，確保每個(gè)子系統(tǒng)在高效區(qū)域運(yùn)行，根據(jù)當(dāng)前駕駛自適

47、應(yīng)進(jìn)入或退出運(yùn)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(dòng)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(shí)際行駛狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩要求可以采用任何種類的駕駛模式 實(shí)現(xiàn)可能的最低能耗。 由于電池容量受車輛開(kāi)發(fā)成本和布局的限制，只要發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在有效區(qū)域工作，將用于驅(qū)動(dòng)車輛，制動(dòng)能量回收和電池主動(dòng)充電的機(jī)會(huì)應(yīng)為 充分利用

48、實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，降低燃油消耗。</p><p><b>　　4 結(jié)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(dòng)力系統(tǒng)演變而來(lái)</p><p>　　本文設(shè)計(jì)改進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性價(jià)比?？刂破骷軜?gòu)和可以選擇的駕駛模式分析設(shè)計(jì)的混合系統(tǒng)。與耦合和并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)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(shù)參數(shù)組件，車輛系統(tǒng)模型建立，和評(píng)估車輛動(dòng)態(tài)性能和純電動(dòng)車經(jīng)濟(jì)性。由于多功率耦合，串并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性可以顯著改善。與a相比大功率電機(jī)單獨(dú)，車輛行駛里程兩臺(tái)小型電動(dòng)機(jī)同時(shí)具有相同的總功率增長(zhǎng)8.2％。用于驅(qū)動(dòng)的多功率耦合控制策略開(kāi)發(fā)了城市駕駛循環(huán)系統(tǒng)。因?yàn)檎麄€(gè)駕駛循環(huán)的特點(diǎn)是已知的使用DP來(lái)找到最佳的控制動(dòng)作分離發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的驅(qū)動(dòng)扭矩電機(jī)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的優(yōu)越性串并聯(lián)混合系統(tǒng)，優(yōu)化結(jié)果分析與比較完成。與駕駛相