純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究.pdf

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1、摘要純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究能源危機(jī)、環(huán)境污染以及溫室效應(yīng)等問題的日益嚴(yán)重，對汽車行業(yè)提出了更高的節(jié)能減排要求，除了進(jìn)一步對傳統(tǒng)汽車進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新提高節(jié)能減排效果外，發(fā)展新能源汽車已成汽車行業(yè)變革的必然趨勢。純電動(dòng)汽車由于具有較大的節(jié)能環(huán)保潛力并且更易于產(chǎn)業(yè)化，因而受到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。各國政府及汽車企業(yè)均已將純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化作為其近期的發(fā)展目標(biāo)，這同時(shí)也對純電動(dòng)汽車技術(shù)水平以及整車性能的提高提出了更為急切的實(shí)際需求。純電動(dòng)汽車整車技術(shù)及性能水平的提高需要整車廠及零部件供應(yīng)企業(yè)的共同協(xié)作，發(fā)揮各自的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。動(dòng)力系統(tǒng)零部件供應(yīng)企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提升動(dòng)力系統(tǒng)部件的技術(shù)研發(fā)

2、和制造工藝水平；整車企業(yè)則需依托現(xiàn)有的產(chǎn)品及技術(shù)平臺(tái)，建立純電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)體系，完成整車及動(dòng)力總成部件的系統(tǒng)集成，開發(fā)并完善整車控制技術(shù)，最大限度發(fā)揮純電動(dòng)汽車的性能潛力，包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及成本特性，擴(kuò)大市場及用戶接受度，提高純電動(dòng)汽車產(chǎn)品的市場競爭力，推動(dòng)純電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化。本文依托國家863計(jì)劃項(xiàng)目《一汽全新結(jié)構(gòu)小型純電動(dòng)轎車設(shè)計(jì)與技術(shù)開發(fā)》（No.2011AA11A219）、國際科技合作項(xiàng)目《全新結(jié)構(gòu)小型純電動(dòng)轎車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)的合作研究》（No.2012DFA61010）以及吉林省科技廳項(xiàng)目《全新結(jié)構(gòu)小型純電動(dòng)轎車整車控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》(No.20116002)，與一汽

3、技術(shù)中心緊密合作，開展純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)、動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及優(yōu)化以及一汽下一代純電動(dòng)汽車整車控制技術(shù)的研究，主要研究內(nèi)容入下：1、以整車運(yùn)動(dòng)力學(xué)特性分析為基礎(chǔ)，對純電動(dòng)汽車的整車性能需求及其主要影響因素進(jìn)行了研究。（1）從動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及成本特性三方面分析了純電動(dòng)汽車的性能需求以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。著重提出將成本作為整車性能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)之一，并提出將動(dòng)力電池全生命周期續(xù)駛里程作為純電動(dòng)整車維護(hù)和使用成本的一項(xiàng)重要表征因素。（2）通過能耗敏感度的分析，明確了整車降重對提高整車經(jīng)濟(jì)性水平的重要性；并根據(jù)不同行駛工況的特征差異，提出以多工況加權(quán)平均作為整車經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)；分析了兩檔變速器

4、型式應(yīng)用于純電動(dòng)汽車的優(yōu)勢，確定將兩檔作為變速器匹配的基本I原則。通過對整車性能需求及影響因素的分析，為純電動(dòng)汽車性能優(yōu)化提出了可行的方向和優(yōu)化目標(biāo)。2、通過機(jī)理分析和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式系統(tǒng)性地研究了純電動(dòng)汽車兩大動(dòng)力總成—電機(jī)和電池的部件特性及規(guī)律。（1）從車用永磁同步電機(jī)工作原理出發(fā)，研究了電機(jī)系統(tǒng)特征參數(shù)與系統(tǒng)特性以及整車性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，包括動(dòng)力電池電壓對電機(jī)輸出功率的影響，基速點(diǎn)變化對加速功率需求的影響，峰值轉(zhuǎn)矩對電機(jī)系統(tǒng)質(zhì)量的影響以及通過關(guān)鍵特征參數(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)效率及分布區(qū)間的等效估算等。（2）通過對目標(biāo)動(dòng)力電池樣品的試驗(yàn)研究，確定了與整車性能密切相關(guān)的車載動(dòng)力電池特性的主要影響因

5、素，分別研究了動(dòng)力電池的開路電壓、容量特性、倍率放電特性、內(nèi)阻特性、能量效率特性以及循環(huán)壽命特性等的特性規(guī)律。通過對動(dòng)力系統(tǒng)部件特性的研究，建立起純電動(dòng)整車與動(dòng)力系統(tǒng)部件之間的橋梁紐帶，有利于從整車角度對動(dòng)力系統(tǒng)部件提出更為切實(shí)可行的技術(shù)需求，并為整車動(dòng)力系統(tǒng)建模及性能優(yōu)化提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)基礎(chǔ)。3、針對純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配技術(shù)進(jìn)行了研究，以提升整車性能潛力為目標(biāo)，完成對目標(biāo)純電動(dòng)車型動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并進(jìn)行了對比仿真分析。（1）將整備質(zhì)量作為整車經(jīng)濟(jì)性和成本特性的關(guān)鍵表征因素，提出“整備質(zhì)量最小”手動(dòng)參數(shù)整定優(yōu)化方案，以動(dòng)力性指標(biāo)為切入點(diǎn)，著重考慮單次續(xù)駛里程和全生

6、命周期續(xù)駛里程的約束調(diào)節(jié)作用，通過手動(dòng)參數(shù)循環(huán)整定的方式實(shí)現(xiàn)整車降重的匹配目標(biāo)，該方案無需建立復(fù)雜的系統(tǒng)模型，通過較少的工作量即可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)電池系統(tǒng)關(guān)鍵特征參數(shù)的匹配，基本滿足整車經(jīng)濟(jì)性和成本特性的要求。（2）手動(dòng)參數(shù)循環(huán)整定方案并未充分考慮實(shí)際行駛工況下的動(dòng)力系統(tǒng)綜合效率對整車性能的影響，針對這一問題，提出動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)“全局優(yōu)化法”，以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和整備質(zhì)量作為綜合優(yōu)化目標(biāo)，以動(dòng)力性為約束條件，建立優(yōu)化軟件和純電動(dòng)整車性能仿真軟件相聯(lián)合的參數(shù)優(yōu)化機(jī)制，對動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)進(jìn)行綜合尋優(yōu)操作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的全局優(yōu)化，盡可能發(fā)揮動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配對整車性能提升的潛力。（3）在整車性能仿真軟件平臺(tái)上進(jìn)

7、行了優(yōu)化前后車型參數(shù)的仿真對比，仿真結(jié)果表明，整備質(zhì)量最小手動(dòng)參數(shù)整定優(yōu)化方案能夠有效實(shí)現(xiàn)整車降重的基本要求，而全局優(yōu)化方法則能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低整車能耗水平，提升經(jīng)濟(jì)性潛力。針對目標(biāo)車型動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化滿足了在保證動(dòng)力性的前提下實(shí)現(xiàn)整車降重及II經(jīng)濟(jì)性水平提高的整車設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。4、針對純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及整車控制系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)目標(biāo)，建立了包括動(dòng)力模式、經(jīng)濟(jì)模式以及跛行模式的控制軟件