并聯(lián)混合動(dòng)力汽車用感應(yīng)電機(jī)的參數(shù)匹配與整車性能的研究
鄭維，崔淑梅
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院，哈爾濱150001）
摘要：基于并聯(lián)混合動(dòng)力汽車（phev），研究開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于城市工況條件下的感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)。結(jié)合整車的控制需求，詳細(xì)的分析說(shuō)明了感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)的性能特點(diǎn)及其功能，同時(shí)結(jié)合具體行駛工況，分析了不同參數(shù)匹配的感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)對(duì)phev整車性能的影響。利用matlab/simulink對(duì)phev系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，并進(jìn)行了樣車的道路試驗(yàn)研究，仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較好的性能，能夠滿足phev的整車控制要求。
關(guān)鍵詞：phev；感應(yīng)電機(jī)；燃油經(jīng)濟(jì)性；行駛工況；仿真；道路試驗(yàn)
中圖分類號(hào)：u469.72; tm343 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010)05-0001-05
o引 言
電機(jī)及其控制系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車( hev)中的主要組成部分。在現(xiàn)有的能源技術(shù)還不足以為電動(dòng)汽車提供足夠的行駛里程的情況下，高性能的電機(jī)系統(tǒng)是混合動(dòng)力汽車商品化的關(guān)鍵。因此，各汽車制造廠家及科研機(jī)構(gòu)在努力開(kāi)發(fā)高效蓄電池的同時(shí)，也在大力研究適應(yīng)各種不同類型電動(dòng)汽車的高性能的車用電機(jī)系統(tǒng)。感應(yīng)電機(jī)因其具有成本低、可靠性高、免維護(hù)及控制技術(shù)相對(duì)成熟等特性，成為電動(dòng)汽車領(lǐng)域里應(yīng)用廣泛的一種電機(jī)。
對(duì)于phev而言，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是其關(guān)鍵的動(dòng)力總成部分，根據(jù)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的分析，當(dāng)phev似純電動(dòng)、聯(lián)合驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并發(fā)電的工作模式運(yùn)行時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的高低將決定混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)能量的利用效率，進(jìn)而將影響整車的經(jīng)濟(jì)性能。因此，為了提高整車的經(jīng)濟(jì)性能，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作點(diǎn)也盡可能的在其高效區(qū)域內(nèi)[3-6]。兇此，電機(jī)系統(tǒng)的方案直接決定了phev的整車性能，為了更好的實(shí)現(xiàn)各種工作模式并提高整車的性能，不僅要求電機(jī)系統(tǒng)具有盡可能寬廣的高效率區(qū)，而要求系統(tǒng)具有調(diào)速范圍寬以及良好的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)特性。研究開(kāi)發(fā)高性能的phev用感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)一步提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性極為熏要，也是提高整車性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。
本文從提高phev整車性能出發(fā)，提出了phev對(duì)電機(jī)系統(tǒng)的性能要求。并結(jié)合具體行駛情況，分析了不同參數(shù)匹配的電機(jī)系統(tǒng)對(duì)整車性能的影響。最后對(duì)phev進(jìn)行了性能仿真與道路實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較好的性能。
1 phev用感應(yīng)電機(jī)系統(tǒng)概述
phev采用雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)型式，它的主要特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)（包括離合器）與電機(jī)通過(guò)動(dòng)力合成裝置連接在一起，驅(qū)動(dòng)力通過(guò)自動(dòng)變速箱、傳動(dòng)軸到后橋，最終驅(qū)動(dòng)車輛。本文研究的phev動(dòng)力總成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
電機(jī)系統(tǒng)在phev的各種運(yùn)行狀態(tài)下，有著不同的要求以實(shí)現(xiàn)整車的各種工作模式（電起機(jī)模式、電驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式、混合驅(qū)動(dòng)模式、再生制動(dòng)模式）。因此，phev對(duì)電機(jī)系統(tǒng)有著以下的要求：
①在低速（恒轉(zhuǎn)矩）運(yùn)行具有較大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)、爬坡等要求，在恒功率區(qū)，具有高的轉(zhuǎn)速以滿足汽車能夠高速行駛；
②寬調(diào)速范圍和寬轉(zhuǎn)矩變化范圍，有盡可能寬的高效率區(qū)域，以提高整車的能量利用率；
③能夠?qū)崿F(xiàn)能量再生回饋，瞬時(shí)功率大，有一定的過(guò)載能力，加速性能好；
④動(dòng)態(tài)品質(zhì)好、轉(zhuǎn)矩控制靈活容易且穩(wěn)定、響應(yīng)快，以適應(yīng)路面變化和頻繁剎車，可靠性高；
⑤由于雙軸并聯(lián)結(jié)構(gòu)增加了動(dòng)力合成裝置和電機(jī)總成，使變速箱輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加4倍，所需換檔力相應(yīng)增加。因此，電機(jī)系統(tǒng)還需配合整車完成主動(dòng)同步換檔。
phev用電機(jī)參數(shù)的確定，直接關(guān)系到整車性能，這也是研制設(shè)計(jì)phev的必要環(huán)節(jié)。確定電機(jī)參數(shù)的方法為：首先根據(jù)整車動(dòng)力性能指標(biāo)確定電機(jī)的性能要求，然后結(jié)合具體行駛工況來(lái)對(duì)其進(jìn)行修正。使得電機(jī)的實(shí)際工作點(diǎn)盡可能在高效區(qū)內(nèi)，以提高能量的利用效率。通常用于phev的電機(jī)外特性為：在額定轉(zhuǎn)速以下，以恒轉(zhuǎn)矩模式運(yùn)行，在額定轉(zhuǎn)速以上，以恒功率模式運(yùn)行。電機(jī)的額定與峰值參數(shù)包括電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率，它們與phev的 |
