论文题目：驱动电机实验台开发及能量管理系统研究
摘要：续航里程是目前新能源汽车发展遇到的瓶颈之一,驱动系统构型和能量管理策略是影响整车续航里程的关键因素,在动力电池能量密度未取得重大突破前,通过对电动汽车驱动系统和能量管理策略进行研究具有重要意义,驱动电机实验台是研究新能源汽车驱动系统和能量管理策略关键手段。本文选择某款微型单电机驱动系统的纯电动汽车作为研究对象,进行了驱动电机实验台开发,并对驱动电机能量管理策略进行研究。主要研究内容如下:（1）双电机驱动构型研究。首先通过对单电机驱动构型纯电动汽车电机效率Map进行分析,得出传统单电机构型车辆电机工作点大部分在低转速大扭矩或者高转速小扭矩区域,电机高效率区间工作面积较小。然后,提出了双电机驱动系统构型,能够实现主、辅助电机单独驱动和双电机共同驱动三类驱动模式,并从理论上对双电机驱动系统的节能机理进行分析。最后,以某款微型纯电动汽车作为研究对象,以其整车设计参数为约束条件,将原车型单电机驱动系统通过参数匹配方法设计为双电机驱动系统构型,得出主、辅助电机的选型参数,为下文驱动电机实验台开发中电机参数选择提供参考依据。（2）驱动电机实验台开发。首先,确定了驱动电机实验台的功能要求,并采用模块化设计思想对驱动电机实验台结构布置方案进行了设计,完成了主要硬件选型。整个电机实验台采用同轴布置,包括三个个驱动电机、一个大功率负载电机、电磁离合器、转速、转矩传感器、控制软件、电机控制系统、数据采集系统等。在软件控制界面能够实时调节驱动电机1和驱动电机2和驱动电机3的转速和转矩,电磁离合器能实现驱动电机1、驱动电机2和驱动电机3之间的快速切换,实现双电机系统转速和转矩进行调节控制。通过在软件中输入整车阻力曲线系数,负载电机能够对驱动电机施加负载实现整车行驶工况模拟测试。（3）能量管理策略研究。能量管理策略包括驱动模式识别策略以及双电机转矩耦合驱动转矩分配策略。首先,通过建立加速踏板开度与转矩负荷系数函数关系和以加速踏板开度及其变化率两个参数建立模糊控制模型,求出基准转矩与补偿转矩,采用基准转矩与补偿转矩组合算法计算出目标需求转矩。然后,以电机需求功率为原则,通过计算电机一驱动、电机二驱动及转矩耦合驱动三种驱动模式电机需求功率,并在此基础上利用逻辑门限能量管理策略制定了模式切换逻辑门限值,完成驱动模式识别及切换。最后,基于电机效率最优瞬时最优算法,通过转矩寻优算出电机需求最小功率,以电机最小功率工作点完成三类驱动模式识别及不同驱动模式下转矩分配,最终实现双驱动电机能量管理最优。（4）实验验证及仿真分析。为了验证本文搭建的驱动电机实验台功能和精度,在台架完成了该车型NEDC与CLTC标准工况测试,结果显示,在NEDC循环工况下,相较于单电机驱动构型,双电机驱动构型降低了7.7%的电能消耗;在CLTC循环工况下,双电机驱动构型降低了7.1%的电能消耗。同时利用AVL Cruise软件搭建双电机驱动模型进行了仿真分析,仿真结果表明:在经济性方面,NEDC工况下,单电机驱动构型每百公里电能消耗为9.77k Wh/100km,双电机驱动构型每百公里电能消耗为8.74k Wh/100km,节省电量约为10.54%;在CLTC工况下,单电机驱动构型电能消耗为8.68k Wh,双电机驱动构型电能消耗为7.94k Wh/100km,节省了8.52%的电能消耗。在动力性方面单电机驱动构型满载的最大爬坡度为28.51%,双电机驱动构型将最大爬坡度31.87%。结果表明台架实验验证结果与仿真实验验证结果趋于一致,证明本文所搭建的驱动电机功能性与精度较好,同时也表明了双电机驱动构型在经济性方面具有一定优势。本文利用搭建的驱动电机实验台,对纯电动汽车双电机驱动构型进行了研究,提升了纯电动汽车续航能力,对双电机驱动构型系统纯电动汽车的开发具有一定指导意义和应用价值。
关键词：电机实验台;双电机构型;能量管理策略
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 纯电动汽车驱动系统研究现状
1.2.1 单电机驱动系统构型
1.2.2 双电机驱动系统构型
1.3 电机实验台及能量管理系统研究现状
1.3.1 电机实验台国内外研究现状
1.3.2 双电机驱动系统能量管理研究现状
1.4 本文主要研究内容
第二章 双电机驱动系统构型研究
2.1 驱动电机特性分析
2.2 双电机驱动纯电动汽车的节能机理研究
2.2.1 单电机驱动系统的电机工作区域分析
2.2.2 双电机驱动系统电机工作区域分析
2.3 双电机驱动系统的参数匹配
2.3.1 目标车型整车参数
2.3.2 电机参数匹配
2.4 本章小结
第三章 双电机实验台设计与开发
3.1 实验台的总体设计
3.1.1 实验台的功能要求
3.1.2 电机实验台的布置方案
3.2 驱动电机实验台硬件设计
3.2.1 驱动电机实验台架结构设计
3.2.2 驱动电机选择
3.2.3 测功机选择
3.2.4 电磁离合器选择
3.2.5 数据采集系统选择
3.3 控制系统的总体方案设计
3.4 控制系统软件设计
3.4.1 软件功能制定
3.4.2 上位机软件结构与设计
3.4.3 下位机设计
3.5 实验台的搭建
3.6 本章小结
第四章 双电机驱动系统能量管理策略研究
4.1 双电机驱动系统架构设计
4.2 需求转矩计算
4.2.1 基准转矩计算
4.2.2 补偿转矩计算
4.2.3 转矩约束控制
4.3 双电机驱动系统能量管理策略制定
4.3.1 驱动模式识别策略
4.3.2 转矩耦合驱动模式下的转矩分配策略
4.4 本章小结
第五章 双电机驱动系统仿真分析及台架实验验证
5.1 实验工况选择
5.2 驱动电机台架实验结果与分析
5.2.1 行驶工况载荷加载分析
5.2.2 行驶工况加载流程设计
5.2.3 行驶工况台架试验与分析
5.3 整车仿真模型的搭建
5.3.1 单电机驱动系统整车模型的搭建
5.3.2 双电机驱动系统整车模型的搭建
5.4 仿真结果分析
5.4.1 动力性仿真
5.4.2 经济性仿真结果
5.4.3 仿真结果小结
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢