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混合动力消防车的动力匹配与性能优化

作　者: 张闻
导　师: 张健；武陆明
学　校: 上海交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 混合动力动力匹配模拟仿真性能优化
分类号: U469.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会经济的发展,高速公路和铁路里程近年来迅速增长,其中要穿越许多隧道。对于长达数公里的隧道,消防安全问题正日益为世人所关注。长跨度隧道一旦发生火灾,扑救十分困难,烟雾和温度集聚难以散发,易造成严重损失。浓烟使空气中含氧量过低,以内燃机为动力的普通消防车将难以进入火灾现场。因此,需要一种电力驱动的车辆携带必要的消防人员和设备及时实施救援任务。除了隧道消防场合,这种消防车也可用于普通场合下的灭火救援,仍采用内燃机为主的动力系统。为适应不同场合下的消防需求,混合动力将会应用在有特殊要求的消防车上。本文所描述的混合动力消防车是将普通消防车上用的中型底盘的动力系统改装成混合动力系统,车上配有消防水泵,还可配置排烟机、照明设备、抢险救援工具等消防装备。设计的总体目标为:改装后的混合动力消防车的动力性与原底盘相当,同时还具有一定的纯电动行驶能力和消防功能。基于理论分析,以混合动力消防车各种工况下的动力性要求和消防作业的功率需求为设计依据,对传统消防车的动力传动系统进行了混合动力设计。在研究了其动力传动系的参数选择依据后提出了参数匹配的方案,确定了采用由技术成熟的柴油发动机、交流感应电机、镍氢电池等部件所组成的并联式混合动力驱动系统。此外,在消防车使用工况分析的基础上,提出了适用于混合动力消防车的模糊控制策略,并介绍了当前在电动汽车设计中广泛应用的仿真软件—ADVISOR的相关信息,运用仿真软件在ECE—EUDC—LOW工况下进行了性能评估,验证了初步设定的动力系统参数符合动力性能的设计要求。在分析了整车性能仿真结果后,把加速性能和爬坡性能作为约束条件,以最小化主要部件功率和整车质量为目标,使用仿真软件中的优化程序对所设计的动力系统进行了优化。通过对比优化前后整车性能的仿真结果,并给出动力相当的传统消防车的动力性能及消防性能作为参考数据,表明混合动力消防车优化后的动力性既满足了纯电动模式具有一定的行驶能力,又实现了一定的消防功能,达到了预期的设计目标。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-18
  1.1 开展混合动力消防车研究的目的及重要意义  11-12
    1.1.1 课题研究的目的  11
    1.1.2 课题研究的意义  11-12
  1.2 国内外研究动态  12-13
  1.3 混合动力的分类及关键技术  13-17
    1.3.1 混合动力的分类  13-15
    1.3.2 混合动力系统的关键技术  15-17
  1.4 本课题的研究内容  17-18
第二章消防车采用混合动力技术的研究  18-22
  2.1 传统消防车  18-20
    2.1.1 各种消防车的用途  18-20
    2.1.2 消防车消防系统的动力源  20
  2.2 混合动力系统在消防车上应用的可行性研究  20
    2.2.1 混合动力消防车的配置  20
    2.2.2 可行性研究  20
  2.3 适用于消防车的混合动力系统的选型分析  20-22
第三章混合动力消防车的动力系统设计  22-31
  3.1 混合动力消防车动力系统的选型结果  22
  3.2 并联式混合动力系统混合比的确定  22-23
  3.3 混合动力消防车动力系统的部件选型及参数匹配  23-31
    3.3.1 发动机选型和参数设计  24-25
    3.3.2 电动机选型和参数设计  25-28
    3.3.3 蓄电池选型和参数设计  28-30
    3.3.4 主减速器比i_0 的选择  30
    3.3.5 转矩合成器速比  30-31
第四章混合动力消防车控制策略的研究  31-41
  4.1 并联式混合动力消防车的工作模式分析  31
  4.2 并联式混合动力系统的控制策略  31-33
    4.2.1 基于规则的逻辑门限控制策略  32
    4.2.2 自适应式控制策略  32-33
    4.2.3 模糊逻辑控制策略  33
  4.3 模糊控制策略制定  33-39
    4.3.1 模糊控制策略的基本原理  34
    4.3.2 模糊控制策略在混合动力消防车上的实现  34-39
  4.4 整车控制的研究  39-41
第五章并联式混合动力消防车动力系的仿真模型设计  41-54
  5.1 动力系统主要部件的仿真模型  41-46
    5.1.1 发动机模型  41-42
    5.1.2 交流感应电机模型  42-44
    5.1.3 镍氢电池模型  44-45
    5.1.4 自动变速器模型  45-46
  5.2 整车模型及其它子系统  46-47
    5.2.1 整车模型  46-47
    5.2.2 离合器模块  47
    5.2.3 驱动模块  47
    5.2.4 轮轴模块  47
  5.3 仿真软件介绍  47-52
    5.3.1 应用ADVISOR 仿真的方法  48-49
    5.3.2 ADVISOR 的界面  49-52
    5.3.3 ADVISOR 的基本功能  52
  5.4 动力系统的仿真分析与结果  52-54
第六章混合动力消防车动力系统优化  54-62
  6.1 优化技术概述  54-55
    6.1.1 优化算法  54
    6.1.2 基于ADVISOR2002 的优化方法  54-55
  6.2 优化模型的建立  55-57
    6.2.1 目标函数  55
    6.2.2 优化变量  55
    6.2.3 约束条件  55-56
    6.2.4 优化模型  56-57
  6.3 优化结果分析  57-60
    6.3.1 动力系统优化结果及分析  57-58
    6.3.2 纯电动工况的仿真  58-60
  6.4 优化设计后消防设备的使用情况  60
    6.4.1 消防水泵各工况的性能  60
  6.5 与动力相当的传统消防车的性能比较  60-62
第七章全文总结与展望  62-63
  7.1 主要研究工作和创新点  62
  7.2 研究展望  62-63
参考文献  63-65
致谢  65-66
攻读硕士期间发表的学术论文  66

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