汽车混合动力仿真模拟研究(附件)
摘 要摘 要 环境污染和资源短缺是目前汽车行业发展的两大瓶颈，然而解决这一问题的有效方法就是研发混合动力汽车。在整个混合动力系统中，系统各部件高效可靠的运行是由整车控制器负责协调的，这关系到整个车辆的操控和安全性，所以整个混合动力车的关键是对控制器的开发和测试。本文主要是基于LabVIEW来完成设计和测试的。利用LabVIEW控制与仿真建立电动机、发动机、电池、传动系、整车动力学的模型。对于发动机、电动机、采取理论建模方法，可以简化实验测试中步骤，并对结果不构成实际影响。根据单轴并联 HEV 驱动系统的结构，建立动力系统模型，并实现对驱动系统的仿真。并且，LabVIEW在人机交互界面的设计上具有优势，可以比较容易实现上位机与人机之间的通讯，串口信号传输和对下位机的控制。不但可以通过数字图标对仿真器中的各种数据进行实时显示，而且可以利用动画显示驱动系统能量的流向和速度，为开发和测试提供了捷径。关键词：混合动力，LabVIEW，模拟器。Key words: hybrid, LabVIEW, simulator. 目录
第一章 绪论 1
1.1混合动力汽车简介 1
1.1.1混合动力汽车 1
1.1.2混合动力汽车的优点和缺点 1
1.1.3 HEV 的发展现状 2
1.2 混合动力汽车控制系统介绍 3
1.3混合动力模拟器的提出 4
1.4 混合动力汽车模拟器的开发工具 5
1.4.1 LabCar 系统 5
1.4.2 LabVIEW RT 系统 5
第二章 混合动力汽车模拟器原理的设计 6
2.1混合动力汽车及节油原理 6
2.2混合动力汽车结构及其分类 7
2.2.1 SHEV（串联混合动力汽车） 7
2.2.2 PHEV (并联混合动力汽车) 8
2.2.3 PSHEV（混联混合动力汽车） 8
2.3 混合动力汽车的电动机驱动系统 9
2.3.1 以直流电动机为动力系统 9
2.3.2 以交流感应电动机作为动力系统 9
2.3.3 以
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
结构及其分类 7
2.2.1 SHEV（串联混合动力汽车） 7
2.2.2 PHEV (并联混合动力汽车) 8
2.2.3 PSHEV（混联混合动力汽车） 8
2.3 混合动力汽车的电动机驱动系统 9
2.3.1 以直流电动机为动力系统 9
2.3.2 以交流感应电动机作为动力系统 9
2.3.3 以开关磁阻电动机做为动力系统 10
2.3.4 以永磁无刷电动机作为动力体统 10
2.4 蓄电池 10
2.5 HEV仿真 11
2.5.1虚拟仪器 11
2.5.2 LabVIEW仿真软件 13
2.5.3.LabVIEW的主要特点 14
2.6 本章总结 15
第三章 混合动力汽车系统的参数设计 16
3.1 单轴串联式混合动力汽车 17
3.2 动力系统部件的选型 17
3.2.1 发动机的选型 17
3.2.2 ISG电机型号的选择 18
3.2.3 蓄电池型号的选择 19
3.3 离合器 19
3.4 本章总结 20
第四章 系统建模 21
4.1 整车的动力数学模型 23
4.2发动机工作模型 25
4.2.1 输入信号的转速分析 27
4.2.2 转矩与功率 27
4.2.3 发动机的工作状态 29
4.3 电动机工作模型 30
4.3.1 输入信号转速分析 31
4.3.2 转矩与功率 32
4.3.3 电动机工作状态 34
4.4 本章总结 36
第五章 全文总结与展望 37
5.1 全文总结 37
5.2 工作展望 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
自第二次工业革命卡尔本茨设计制造了第一辆内燃汽车至今，汽车工业随着世界经济的腾飞快步前进，数量呈几近指数式的增长，但与此同时其带来的一系列问题也开始显现，尤其是噪声，交通问题以及尾气对人们的日常生活带来了极大的困扰。比如，交通拥堵，车祸，资源的消耗，尾气所带来的环境问题。这些问题使人们烦恼不已。因此，现在汽车工业已经迈入了一个新的发展时期，这是一个效率与经济，节能与环保的时代，汽车业自然也不例外。由于混合动力汽车在这一方面有得天独厚的优势，各国都对这一领域进行深入的研究，且成果丰硕，为汽车工业的发展注入了新的活力。
混合动力汽车既保持有化石燃料汽车的强筋动力和成熟的制造生产工艺，又能兼顾纯电动汽车的优点，还能弥补纯电动汽车过短的行驶时间，成本的高居不下的缺点，所以在可预见的未来必然是其发挥的舞台，是我们目前所面对的环境问题的有效选择之一。
1.1混合动力汽车简介
1.1.1混合动力汽车
混合动力汽车（简称 HEV),是新能源汽车的一种[9]。而至于对其准确的诠释为:两种及以上能量转化装置来为汽车提供驱动力的汽车。目前 HEV 主要由化石燃料和电能两种提供驱动能量。一般情况下,发动机和电机的能量是由整车的控制器来分配完成的,使动力系统自始至终都处于在最优,并且配置动能回收系统，这样一来就不会造成能量的流失和浪费。从而提高汽车的动力性能和燃油效率,减少温室气体排放。
1.1.2混合动力汽车的优点和缺点
混合动力汽车是一个新兴的车型它跟以前的汽车来讲[1],HEV突破了传统汽车的限制对能源的要求减低,缓解了对化石燃料的严重依赖,又能保证汽车在性能和成本上的独到优势。相比纯电动汽车,HEV 解决了纯电动汽车的续航时间过短充电时间长，而且过于频繁的瓶颈,减少了受电池技术的制约,与此同时更加经济环保,而性能并没有折扣。
要使HEV 更好地发挥自身优势，就需要更具效率的指挥中心,整车控制器正是由于这个大脑般的智慧中心来控制驱动系统各主要部件之间的能量的流向和流量大小,从而动力系统以最高效率工作,并使车辆的电能的储存保持相对恒定,延长电池的使用寿命。另外,还可以配置动能回收系统,实现能量再生利用。在低速等纯电动工况下,混可以实现零排放。由于它比传统汽车存在电力动力系统,其结构布局紧凑,而且要对整车进行完美操控就需要先进的技术来支撑,这也带来了一个问题就是成本上涨。由于在不同的环境中行驶时动力组成有所差异,这样会造成一些切换冲击,对整个车辆的操控性与驾驶乐趣造成不利影响,而且动力系统的起起停停,车辆的机械结构磨损加剧，车辆的使用年限减少。
尽管在目前 HEV 存在着一些技术上的限制和不足,也没有彻底根治汽车队化石燃料的依赖问题,但是其在一等的层面上缓解了这些矛盾的尖锐性。同时在对 HEV 进行科研攻关中各种电力技术和新能源技术的开发和成熟都为以后对纯电动汽车的开发和普及利用打下了良好的基础。
1.1.3 HEV 的发展现状
第一章 绪论 1
1.1混合动力汽车简介 1
1.1.1混合动力汽车 1
1.1.2混合动力汽车的优点和缺点 1
1.1.3 HEV 的发展现状 2
1.2 混合动力汽车控制系统介绍 3
1.3混合动力模拟器的提出 4
1.4 混合动力汽车模拟器的开发工具 5
1.4.1 LabCar 系统 5
1.4.2 LabVIEW RT 系统 5
第二章 混合动力汽车模拟器原理的设计 6
2.1混合动力汽车及节油原理 6
2.2混合动力汽车结构及其分类 7
2.2.1 SHEV（串联混合动力汽车） 7
2.2.2 PHEV (并联混合动力汽车) 8
2.2.3 PSHEV（混联混合动力汽车） 8
2.3 混合动力汽车的电动机驱动系统 9
2.3.1 以直流电动机为动力系统 9
2.3.2 以交流感应电动机作为动力系统 9
2.3.3 以
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
结构及其分类 7
2.2.1 SHEV（串联混合动力汽车） 7
2.2.2 PHEV (并联混合动力汽车) 8
2.2.3 PSHEV（混联混合动力汽车） 8
2.3 混合动力汽车的电动机驱动系统 9
2.3.1 以直流电动机为动力系统 9
2.3.2 以交流感应电动机作为动力系统 9
2.3.3 以开关磁阻电动机做为动力系统 10
2.3.4 以永磁无刷电动机作为动力体统 10
2.4 蓄电池 10
2.5 HEV仿真 11
2.5.1虚拟仪器 11
2.5.2 LabVIEW仿真软件 13
2.5.3.LabVIEW的主要特点 14
2.6 本章总结 15
第三章 混合动力汽车系统的参数设计 16
3.1 单轴串联式混合动力汽车 17
3.2 动力系统部件的选型 17
3.2.1 发动机的选型 17
3.2.2 ISG电机型号的选择 18
3.2.3 蓄电池型号的选择 19
3.3 离合器 19
3.4 本章总结 20
第四章 系统建模 21
4.1 整车的动力数学模型 23
4.2发动机工作模型 25
4.2.1 输入信号的转速分析 27
4.2.2 转矩与功率 27
4.2.3 发动机的工作状态 29
4.3 电动机工作模型 30
4.3.1 输入信号转速分析 31
4.3.2 转矩与功率 32
4.3.3 电动机工作状态 34
4.4 本章总结 36
第五章 全文总结与展望 37
5.1 全文总结 37
5.2 工作展望 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
自第二次工业革命卡尔本茨设计制造了第一辆内燃汽车至今，汽车工业随着世界经济的腾飞快步前进，数量呈几近指数式的增长，但与此同时其带来的一系列问题也开始显现，尤其是噪声，交通问题以及尾气对人们的日常生活带来了极大的困扰。比如，交通拥堵，车祸，资源的消耗，尾气所带来的环境问题。这些问题使人们烦恼不已。因此，现在汽车工业已经迈入了一个新的发展时期，这是一个效率与经济，节能与环保的时代，汽车业自然也不例外。由于混合动力汽车在这一方面有得天独厚的优势，各国都对这一领域进行深入的研究，且成果丰硕，为汽车工业的发展注入了新的活力。
混合动力汽车既保持有化石燃料汽车的强筋动力和成熟的制造生产工艺，又能兼顾纯电动汽车的优点，还能弥补纯电动汽车过短的行驶时间，成本的高居不下的缺点，所以在可预见的未来必然是其发挥的舞台，是我们目前所面对的环境问题的有效选择之一。
1.1混合动力汽车简介
1.1.1混合动力汽车
混合动力汽车（简称 HEV),是新能源汽车的一种[9]。而至于对其准确的诠释为:两种及以上能量转化装置来为汽车提供驱动力的汽车。目前 HEV 主要由化石燃料和电能两种提供驱动能量。一般情况下,发动机和电机的能量是由整车的控制器来分配完成的,使动力系统自始至终都处于在最优,并且配置动能回收系统，这样一来就不会造成能量的流失和浪费。从而提高汽车的动力性能和燃油效率,减少温室气体排放。
1.1.2混合动力汽车的优点和缺点
混合动力汽车是一个新兴的车型它跟以前的汽车来讲[1],HEV突破了传统汽车的限制对能源的要求减低,缓解了对化石燃料的严重依赖,又能保证汽车在性能和成本上的独到优势。相比纯电动汽车,HEV 解决了纯电动汽车的续航时间过短充电时间长，而且过于频繁的瓶颈,减少了受电池技术的制约,与此同时更加经济环保,而性能并没有折扣。
要使HEV 更好地发挥自身优势，就需要更具效率的指挥中心,整车控制器正是由于这个大脑般的智慧中心来控制驱动系统各主要部件之间的能量的流向和流量大小,从而动力系统以最高效率工作,并使车辆的电能的储存保持相对恒定,延长电池的使用寿命。另外,还可以配置动能回收系统,实现能量再生利用。在低速等纯电动工况下,混可以实现零排放。由于它比传统汽车存在电力动力系统,其结构布局紧凑,而且要对整车进行完美操控就需要先进的技术来支撑,这也带来了一个问题就是成本上涨。由于在不同的环境中行驶时动力组成有所差异,这样会造成一些切换冲击,对整个车辆的操控性与驾驶乐趣造成不利影响,而且动力系统的起起停停,车辆的机械结构磨损加剧，车辆的使用年限减少。
尽管在目前 HEV 存在着一些技术上的限制和不足,也没有彻底根治汽车队化石燃料的依赖问题,但是其在一等的层面上缓解了这些矛盾的尖锐性。同时在对 HEV 进行科研攻关中各种电力技术和新能源技术的开发和成熟都为以后对纯电动汽车的开发和普及利用打下了良好的基础。
1.1.3 HEV 的发展现状
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