1、天津工程师范学院本科生毕业论文串联式混合动力码头车的结构形式及控制方案的选择Research on Structure and control policy of series hybrid terminal tractor vehicle毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河
2、学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 摘 要混合动力汽车近年来发展迅速，并已经实现了产业化。混合动力汽车将至少在 30 年内都是汽车工业最切实可行的解决能源和污染问题的途径。码头牵引车运行速度低，起停频繁，且长时间怠速，导致其燃油经济性差，排放高。研制成混合动力码头牵引车后，其节油减排效果较其它车辆更为明显。本文利用
3、汽车相关理论通过计算机分析仿真来确定混合动力码头牵引车的驱动电机的参数。分析与仿真的主要作用是在进行昂贵且费时的原型实验之前对物理系统的性能进行模拟分析，工程设计人员可以利用它全面地评估其设计，并通过它发现设计中的一些问题，而这些问题通过测量和实验是不易发现的。分析与仿真技术不仅可以节省大量开发费用，而且提高了复杂系统的系统级优化水平。对于混合动力研发，前期进行方案选择及参数匹配时，通过分析仿真能够较快地进行方案选择及参数匹配，从而确定最优方案和主要参数，并及早发现问题加以避免。若通过试制实物样机的方法来进行此步骤，则既费时又费力，代价昂贵，且效果还不好。在研发过程中分析仿真与试验同样重要，都
4、具有不可替代的作用，通过实物样机试验对分析仿真结果进行验证与修正，对系统反复优化，从而有力地推进研发进程。关键词：混合动力码头牵引车，驱动电机参数，车辆动力性分析ABSTRACTHybrid electric vehicle developed rapidly in recent years and has achieved industrialization. Hybrid Electric Vehicle will be at least 30 years in the automotive industry are the most practical solution to energ
5、y and pollution problems. Low-speed terminal tractor, since the frequent stops and idling time, resulting in poor fuel economy, emissions high. The development of hybrid terminal tractor, its fuel-efficient vehicle emission reduction effect is more obvious than the other. In this paper, the use of m
6、otor vehicle-related theory by computer simulation analysis to determine the hybrid electric terminal tractor driver parameters.The analysis and the simulation leading role is before carrying on expensive and the time-consuming prototype experiment to physical systems performance carries on the simu
7、lation analysis, the engineering design personnel may use it to appraise its design comprehensively, and discovers in the design through it some questions, but these questions through the survey and the experiment are which is not easy to discover. The analysis and the emulation technique not only m
8、ay save the massive development cost, moreover raised complicated systems system-level optimization level. Regarding the mix power research and development, when the earlier period carries on the plan choice and the parameter match, through the analysis simulation can quickly carry on the plan choic
9、e and the parameter match, thus determined that the synergy and the main parameter, and found early the problem avoids. If carries on this step through the trial manufacturing prototypes method in kind, then both time-consuming and takes the trouble, the price is expensive, and the effect is not goo
10、d. Analyzes the simulation and the experiment in the research and development process is similarly important, has the unreplaceable function, to analyzes the simulation result through the prototypical experiment in kind to carry on the confirmation and the revision, optimizes repeatedly to the syste
11、m, thus advances the research and development advancement powerfully.Key Words: Hybrid terminal tractor,Drive motor parameters,Vehicle dynamic analysisI目 录1 概述 .12 混合动力汽车的结构分析 .42.1 混合动力汽车的主要组成 .42.2 混合动力汽车的分类 .42.3 典型混合动力卡车结构 .52.3.1 Volvo 重型卡车 .62.3.2 三菱 Canter Eco 轻型卡车 .62.3.3 日产小型卡车 ATLAS20.73 串
12、联式混合动力码头车动力装置参数的选定 .93.1 初步确定驱动电机参数和车辆动力性分析 .93.1.1 整车参数 .93.1.2 轮胎参数 .93.1.3 变速比 .103.1.4 根据最高车速确定驱动电机额定功率 .103.1.5 初步确定驱动电机峰值功率及其它参数 .113.1.6 最大爬坡度计算 .163.1.7 驱动力 行驶阻力平衡图和功率平衡图 .173.2 电机扩大恒功率区系数 和过载系数 对加速时间的影响 .193.2.1 电机的扩大恒功率系数 对加速时间的影响 .193.2.2 电机过载系数 对整车加速时间的影响 .213.3 重新选定的驱动电机参数及车辆动力性分析 .223.
13、3.1 重新选定的驱动电机 B 的参数及其特性曲线 .223.3.2 选用驱动电机 B 的车辆动力性分析 .233.4 初步选择发动机功率 .264 串联式混合动力码头车总成控制策略 .274.1 控制系统的功能 .274.2 控制系统的组成 .274.3SHEV 能量流动模式 .294.4 串联式混合动力码头车控制策略模型 .30II4.4.1 恒温器的控制策略模型 .304.4.2 功率跟随控制策略模型 .304.5 串联式混合动力码头车发动机的控制策略 .315 结论及展望 .335.1 结论 .335.2 展望 .33参考文献： .34致 谢 .36英文资料与翻译 .37译文 .52天
14、津工程师范学院 2009 届本科毕业生论文11 概述随着世界范围内能源危机和环境污染问题的出现，节能和环保成为汽车工业所面临的最大挑战。汽车工业作为我国的支柱产业，每年仍保持 12%-14%的年均增长率，预计到 2020 年底我国汽车保有量将达到 1 亿 3 千万辆，如果采用传统的内燃机技术，按最保守的估计，2020 年仅各类汽车每年消耗石油将达 2 亿 5,000 万吨，这将使我国石油总需求超过 4 亿吨，因此，开发新型能源、节能、环保的车辆已关系到国家的经济安全和可持续发展。人们越来越关注其它燃料的汽车和电动汽车得开发，电动汽车成为最主要得选择之一。电动汽车（Electric Vehicl
15、e, EV）包括纯电动汽车（EV） 、混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV 或 HV）和燃料电池汽车三种形式。受现在科技条件所限制，纯电动汽车和燃料汽车很难实现产业化，而融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力汽车，在世界范围内成为新型汽车开发得热点。可以相信，在电动汽车得储能部件电池没有根本性突破之前，使用混合动力汽车是解决排污和能源问题最具现实意义得途径之一。所谓混合动力汽车（HEV 或 HV）是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统(Traction Motor)和辅助动力单元（Auxiliary Power Unit ,APU）,其中 APU 是燃烧某种燃料的
16、原动机或由原动机驱动的发电机组，目前 HEV 所采用的原动机一般为柴油机、汽油机和燃汽轮机。混合动力汽车将内燃机、电动机与蓄电池通过控制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速所需的转矩，又可以吸收并存储内燃机富余的功率和车辆制动能量，从而可大幅度降低油耗，减少污染物排放。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其动力性、经济性和排放等综合指标均能满足当前各国苛刻的法规要求，可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。混合动力汽车近年来发展迅速，并已经实现了产业化。混合动力汽车将至少在 30 年内都是汽车工业最切实可行的解决能源和污染问题的途径 1。混合动力汽车基本上不改变现有的汽车常见结构，不改变
17、现有能源（石油燃料）的体系，不改变用户对汽车的使用习惯，这也是他能够迅速实现产业化的重要因素。专家预测，在未来十年内将可能有 40%的燃油汽车实现混合动力驱动。从上我们可以看出，混合动力汽车的研究和发展,对于解决环境污染和能源危机这两个人类目前面临的两大难题能起到相当大的作用。集装箱运输以其方便、安全、快捷的特点已成为货物运输的发展重点。随着世界经济发展，自 2003 年以来，集装箱运输每年都以超过 10%的幅度增长，截止 2006年 1 月 31 日，全球集装箱船队总运力已增长到 913 万标准箱。我国 90%以上的外贸天津工程师范学院 2009 届本科毕业生论文2货运要依靠港口实现，而主要
18、的运输方式就是集装箱，2006 年上半年，我国主要港口完成集装箱吞吐量 4212.11 万 TEU，同比增长 22.4%，并依然保持着较高增长态势。图 11 为我国集装箱的增长情况统计。010203040506070801998年 1999年 2000年 2001年 2002年 2003年 2004年 2005年单 位 ： 百 万 TEU0.0%2.0%4.0%6.0%8.0%10.0%12.0%14.0%16.0%18.0%20.0%中 国 集 装 箱 吞 吐 量 占 世 界 集 装 箱 吞 吐 量 比图 11 1998-2005 年我国港口集装箱吞吐量及占世界比随着集装箱吞吐量的增长，码头
19、牵引车的需求也同步增长，与其他汽车相比，码头牵引车的运行工况有如下特点：1) 速度低 码头内的速度30km/h, 在码头之间运行40km/h； 2) 不需要爬坡 码头内部及码头之间几乎没有坡度；3）怠速时间长 多辆拖车排队等候装货和卸货期间怠速运行（基本不停车） ，怠速时间超过 50%。由于行驶路况的特殊性，现有码头牵引车在工作过程中存在如下问题：1) 运行速度低 导致汽车发动机低效区，燃油经济性差，排放高；2) 频繁起/停 增加了牵引车的排放；3) 长时间怠速 燃油利用率低。因此，针对现有的码头牵引车进行混合动力设计，减少排放并提高燃油利用率，对于建设节约型港口，乃至建立节约型社会都具有重要
20、意义 2。我国的传统汽车产业一直陷于“引进、落后、再引进、再落后”的怪圈之中。在开发混合动力电动汽车的问题上，我们不能重蹈覆辙，应多开发具有自主知识产权的部件和产品，尤其是关键部件方面。混合动力汽车技术关键在于动力总成技术、能量分配和管理以及整车控制。本课题通过与中国集装箱集团、安乃达电机有限公司合作，结合码头牵引车辆的实际行驶特点，对码头牵引混合动力系统进行研究，重点研究动力系统总成及仿真技术平台；整车能源管理与协调控制系统、储能元件的能量管理系统、牵引电机控制系天津工程师范学院 2009 届本科毕业生论文3统；并最终实现整车混合动力系统的工程化和产业化。实现上述研究目的，将大幅度提高我国混
21、合动力卡车集成研究水平，从根本上提高我国混合动力整车及关键部件的制造能力，这不仅需要控制算法和关键技术的重要突破，而且也应在算法的综合运用与部件集成优化等方面有更多的创新。本课题的研究成果和所取得的经验，对于建设高水平、高质量、具有自主知识产权的混合动力卡车系统具有重要的实际应用价值，也是我国实现从“中国制造”走向“中国创造”的唯一途径。天津工程师范学院 2009 届本科毕业生论文42 混合动力汽车的结构分析2.1 混合动力汽车的主要组成1发动机混合动力汽车可以广泛地采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机） 、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机） 、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。一般转子发
22、动机和燃气轮机的燃烧效率比较高，排放也比较洁净，采用不同的发动机就可以组成不同的混合动力汽车。2.电动机混合动力汽车可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等。随着混合动力汽车的发展，直流电动机已经很少采用，多数采用感应电动机和永磁电动机，开关磁阻电动机应用也得到重视，还可以采用特种电动机为混合动力汽车的驱动电机，采用不同的电动机还可以组成不同的混合动力汽车。3电池混合动力汽车还可以采用不同的蓄电池、燃料电池、储能电池和超级电容器等作为“电池” ，一般电池作为混合动力汽车的辅助能源，只有在混合动力汽车用电动机启动发动机或电动机辅助驱动时才使用。2.2 混合动力汽车的分类目
23、前世界各国研究开发的混合动力汽车有不同的结构形式，根据其动力传动系统的配置和组合方式不同，分为串联式、并联式和混联式 3 种组合方式，各自的结构形式和特点如下 3。1串联式混合动力驱动系统串联式混合动力驱动系统的辅助单元(APU)由原动机和发电机组组成，通常将两个部件集成为一体。原动机带动发电机发电，其电能通过控制器直接输送到电动机，由电动机产生驱动力矩驱动汽车。电池实际上起平衡原动机输出功率和电动机输出功率的作用：当发电机的发电功率大于电动机所需的功率时（如汽车减速滑行、低速行驶和短时停车等工况） ，控制器控制发电机向电池充电；当发电机发出的功率低于电动机所需的功率时（如汽车起步、加速、高速行驶、爬坡等工况） ，电池则向电动机提供额外的电能。串联式结构可使发动机不受汽车行驶工况的影响，始终在其最佳的工作区稳定运行，因此，可使汽车的油耗和排污降低。串联式混合动力汽车特别适合于在市内低速运行的工况。在繁华的市区，汽车起步和低速时还可以关闭原动机，只利用电池进行功率输出，使汽车达到零排放的要求。串联结构的不足是：发动机的输出需
