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CVT混合动力再生制动控制策略与仿真研究（本科毕业论文设计）

摘    要

混合动力汽车（HEV）是一种既具有传统内燃机汽车优良的动力性又有纯电动汽车低排放、高效率的新型汽车，是当前最具有可行性的低排放、低油耗特点的新一代清洁汽车。
再生制动（能量回馈制动）对混合动力汽车的燃油经济性、排放性和行驶安全性都有直接影响，是混合动力汽车的重要工作模式，它能在车辆减速或制动过程中，在保证车辆制动性能的条件下，将车辆动能或位能通过带动电机发电，转化为电能储存在电池中，实现能量回收，同时产生车辆所需全部或部分制动力。既实现了车辆的减速和制动，又有效地降低了整车的燃油消耗和污染物排放。
无级自动变速器（CVT）是具有自动连续改变速比的特性的新型变速器，当车辆处于驱动工况时，调节速比使发动机按最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线工作，可以显著提高汽车的燃油经济性，改善汽车的动力性和乘坐舒适性，降低发动机的排放污染；当车辆处于制动工况时，可利用CVT 速比的连续变化特性，使混合动力汽车上发电机的转速独立于车速的变化，通过调节CVT速比调节发电机转速，使电机工作在高效区域，最大程度地回收能量。
本文以CVT 混合动力轿车为研究对象，对混合动力汽车再生制动系统进行了理论分析与功能仿真，取得了如下成果：
1.通过对混合动力汽车的制动过程进行动力学分析，参照传统汽车的制动力分配方法，并接合CVT 无级变速的特点，提出了基于整车安全制动和高效能量回收的混合动力汽车制动力分配策略和控制方法。
2.根据本文研究的混合动力汽车，通过Matlab/Advisor软件相关数据建立混合动力汽车再生制动系统的数学模型。
3.根据混合动力汽车再生制动系统的工作特点，提出了专门用于评价混合动力汽车能量回收效果的性能指标－有效能量回收率。并选择了典型城市驱动工况作为仿真工况。
4.通过对典型城市驱动循环工况的仿真和汽车制动能量回收率的分析，表明采用本文所提出的制动力分配控制策略在保证整车制动安全性的基础上能高效回收整车的制动能量，有效能量回收率达到了24%。

关键词：混合动力汽车，再生制动，控制策略，建模与仿真
 

ABSTRACT

Hybrid Electric Vehicle (HEV) is a new style vehicle, which combines the excellent performance of conventional vehicle with low emission and high efficiency of Electric Vehicle. HEV is the most feasible clean vehicle in the near future.
Regenerative braking (energy recovery braking) is one of key techniques for HEV,which has a direct impact on fuel economy, emission and vehicle security. During deceleration and braking, regenerative braking system will reverses its electric motor turning it into an electric generator for generating electricity from vehicle kinetic energy and potential energy, and supplying the whole braking forces or partial braking forces at the same time. Finally, electric energy is saved into the battery. Regenerative braking not only realizes the braking and deceleration, but also reduces fuel used and emission.
Continuously Variable Transmission (CVT) can automatically change the speed ratio continuously, which can make engine work on the optimal fuel economy operation line or the optimal driving performance line so it can rise the fuel economy and improve driving performance and comfort, reduce the emission of engine when the vehicle is in driving situation, or disconnect the rotate speed of engine and the velocity of vehicle when the vehicle is in braking situation which can make the motor work on the most efficient region by adjusting the ratio of CVT to adapt to the rotate speed of motor, thereby reclaims energy mostly.
Focus on CVT Hybrid Electric Vehicle.The deeply theoretical researching and system simulation are completed in this paper. The main results include:
1. Based on the dynamics analysis of the vehicle and braking force distribution of conventional vehicle and combined with the characteristic of CVT, a strategy for the braking force distribution and control of HEV which aim at assuring the vehicle security and high efficient energy recovery is proposed.
2. Through the Matlab/Advisor database, a regenerative braking system model is built.
3. A performance index is proposed for the energy recovery results based on the working feature of regenerative braking system on HEV. System simulations is completed in typical city drive cycles.
4. The simulation results in drive cycles show that regenerative braking force distribution control strategy can assure the braking security and high efficient energy recovery. The coefficient of recovery reach 24％.

     
Key words：Hybrid Electric Vehicle (HEV), Regenerative braking, Control strategy, Modeling and Simulatio
 

目   录

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
  1.1 混合动力汽车概述 1
    1.1.1混合动力汽车的研究背景及意义 1
    1.1.2混合动力国内外发展现状 1
  1.2 混合动力汽车再生制动研究背景及现状 3
    1.2.1 再生制动的研究背景 3
1.2.2 国内外研究现状 4
  1.3 本课题研究目的和主要内容 5
    1.3.1 本课题的来源和研究目的 5
    1.3.2 本课题研究的主要内容 5
 2 小型混合动力汽车再生制动控制策略研究 7
   2.1 汽车制动过程的动力学分析 7
     2.1.1 汽车行驶的动力学基础 7
     2.1.2 汽车制动过程的动力学分析 9
 2.1.3 传统汽车制动过程的制动力分配 10
 2.2 混合动力汽车再生制动控制策略 13
 2.2.1 混合动力汽车制动过程的制动力分配 13
 2.2.2 定比例制动力分配的能量回收控制策略 14
 2.2.3 基于电机高效发电的CVT速比控制策略 16
 2.2.4 混合动力汽车再生制动控制策略 18
 2.3 本章小结 19
 3 CVT混合动力汽车再生制动系统的理论建模 20
 3.1 混合动力汽车再生制动系统的建模基础 20
 3.2 CVT混合动力汽车整车参数计算模块的建模 20
 3.3 本章小结 23
 4 CVT混合动力汽车再生制动系统对能量回收的仿真与分析 24
 4.1 CVT混合动力汽车再生制动仿真工况选择 24
 4.1.1 典型城市驱动工况的选择 24
 4.1.2 CVT混合动力汽车再生制动系统仿真的评价指标 25
 4.2 CVT混合动力汽车再生制动系统在典型城市工况下的仿真分析及参数优化 25
 4.3 本章小结 29
5 结论 30
致谢 31
参考文献 32