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重型工程运输电动车控制系统的研究

作　者: 梁斌
导　师: 崔淑梅
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电动车重型工程运输电传动系统复合能源控制策略
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

重型工程运输车一直以来都在矿山运输领域扮演着重要角色，电传动系统的发展也给重型工程运输车在载重量和运输效率上都带来很大的提高。然而，传统的重型工程运输车的电传动系统均存在着燃油经济性低、能量利用率不高的问题，尤其是将电制动的能量白白消耗到了能耗电阻上；而且在采取轮式驱动技术后，重型工程运输车苛刻的稳定性需求对驱动轮的控制方法提出了更高的要求；这些问题都制约了重型工程运输车的发展。本论文主要就重型工程运输车的电传动系统设计与参数匹配、整车稳定性控制策略以及其复合能源系统最优匹配策略展开研究。通过对重型工程运输车的电传动系统需求进行分析和研究，比较了串联、并联和混联电传动系统对于重型工程车的优缺点，基于此提出了一种基于复合能源系统的串联式交流电传动系统结构。通过分析实际工况需求和相关行业标准中关于峰值功率、连续功率以及能量的要求，提出了对该种电传动系统中动力总成的参数匹配方法，并在CRUISE软件中对实际样车进行了匹配和仿真验证。同时基于动力性能和安全性能考虑，对其设计了牵引和电气制动模式以及稳定性控制、RSC和“跛行”的功能模式。为了研究重型工程运输车复合能源系统的参数匹配问题，本文首先通过引入能量利用率和功率利用率，研究了复合能源自重消耗能量和功率与自身参数的关系，得到了复合能源内部配比比例的最优方案；同时基于吸收功率和能量等级、输出功率和能量等级的综合考量，以最小总质量和最大节能率为目标，得到了复合能源系统中超级电容和蓄电池的总体匹配参数。为确定复合能源系统的合理而有效的管理策略，本文对提出的重型工程运输车电传动系统进行了模式分解，制定了基于规则的复合能源系统的控制策略。这种控制策略在保证重型工程车动力性能的同时，充分利用了各储能源在比功率和比能量方面的优势，得到了最佳的节能效率。本文通过建立复合能源的等效电路模型，进而在CRUISE软件中对控制策略进行实际样车节能效率仿真，进一步验证了该控制策略的可行性和有效性。为了研究重型工程运输车的稳定性控制策略，本文分别研究了轮胎滑移率与整车纵向运动、横向运动和横摆运动的关系，得到了基于滑移率闭环的整车稳定性控制策略。并通过分析滑移率与驱动电机扭矩的传递函数，给出了具体的稳定性控制算法的解析表达。通过在MATLAB/Simulink环境中建立的MF轮胎力学模型和七自由度整车动力学仿真平台，分别仿真对比研究了直行工况和转弯工况下该控制策略的实施效果。最后，基于MC9S12XS128芯片设计了重型工程运输车稳定性控制系统软硬件平台，并在实际轮式驱动微型样车平台上对稳定性控制算法进行了相关的直行和转弯工况实验研究，验证了仿真的正确性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 重型工程运输车研究现状  10-13
    1.2.2 轮式驱动电子差速系统研究现状  13-15
  1.3 本课题主要研究内容  15-16
第2章重型工程运输电动车电传动系统设计与分析  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 重型工程运输电动车电传动系统结构设计  16-18
  2.3 重型工程运输电动车电传动系统参数匹配研究  18-25
    2.3.1 驱动电机参数匹配研究  18-22
    2.3.2 发动机-发电机参数匹配研究  22-23
    2.3.3 电传动系统参数匹配实例及仿真  23-25
  2.4 重型工程运输电动车电传动系统功能设计  25-28
    2.4.1 模式设计  25-28
    2.4.2 防打滑、侧滑功能  28
    2.4.3 RSC 功能  28
    2.4.4 “跛行”功能  28
  2.5 小结  28-30
第3章重型工程运输电动车稳定性控制策略的研究  30-53
  3.1 引言  30
  3.2 重型工程运输电动车稳定性控制策略研究  30-35
    3.2.1 滑移率定义及特性分析  30-32
    3.2.2 稳定性控制策略研究  32-35
  3.3 重型工程运输电动车稳定性控制策略建模及仿真  35-45
    3.3.1 车轮动力学模型的建立及仿真  35-37
    3.3.2 整车稳定性控制系统建模及仿真  37-45
  3.4 重型工程运输电动车稳定性控制策略实验  45-52
    3.4.1 重型工程运输电动车小型实验平台设计  45-47
    3.4.2 整车控制单元软硬件设计  47-49
    3.4.3 稳定性控制算法实验研究  49-52
  3.5 小结  52-53
第4章重型工程运输电动车复合能源系统的研究  53-69
  4.1 引言  53
  4.2 复合能源系统参数匹配研究  53-58
    4.2.1 功率利用率与能量利用率  53-56
    4.2.2 复合能源的复合比例最优研究  56-57
    4.2.3 复合能源匹配实例  57-58
  4.3 重型工程运输电动车复合能源管理策略  58-63
    4.3.1 复合能源的工作模式  58-59
    4.3.2 复合能源模式切换规则  59-60
    4.3.3 复合能源系统安全管理策略  60-63
  4.4 复合式能源模型的建立及仿真  63-68
    4.4.1 电池模型  63-64
    4.4.2 超级电容模型  64-65
    4.4.3 复合能源分配策略建模与仿真  65-68
  4.5 小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74-75
致谢  75

重型工程运输电动车控制系统的研究

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