纯电动大客车双电机行星耦合驱动系统综合控制与参数优化

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1、纯电动大客车双电机行星耦合驱动系统综合控制与参数优化韩光伟2015年6月中图分类号：U463.2UDC分类号：629纯电动大客车双电机行星耦合驱动系统综合控制与参数优化作者姓名韩光伟学院名称机械与车辆学院指导教师刘昭度教授答辩委员会主席高峰教授申请学位工学博士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月IntegratedControlandParametersOptimizationofDual-MotorPlanetaryCouplingDrivingSystemfor

2、ElectricBusesCandidateName：HANGuangweiSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.LIUZhaoduChair,ThesisCommittee：Prof.GAOFengDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefen

3、ce：June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要纯电动大客车双电机行星耦合驱动系统是一种新型驱动系统，两个电机分别连接行星齿轮机

4、构的太阳轮和齿圈，由行星架输出动力驱动车辆。车辆低速时，与太阳轮相连的电机（简称太阳轮电机）单独工作，电机输出转矩经过行星排大变比增扭后，可满足大客车爬坡和起动要求；车辆高速时，与齿圈相连的电机（简称齿圈电机）投入工作，两个电机经行星排转速耦合后共同驱动车辆。为了实现双电机耦合驱动系统平稳高效工作，本文对双电机耦合驱动协调控制、模式切换控制和参数优化进行了深入研究。双电机耦合驱动是多流传动系统，电机具有四象限工作特性，因此双电机耦合驱动在不同运行状态下功率流情况不同。在对不同运行状态的功率流进行

5、分析的基础上建立了双电机耦合驱动键合图模型，进而推导出了双电机耦合驱动动力学数学模型。根据动力学数学模型和电机工作特性，建立了输入为两电机控制指令，输出为两电机转速的双电机耦合驱动作为被控对象的控制模型。采用相对增益矩阵对被控对象两个输入、两个输出之间的耦合程度进行分析，得到了太阳轮电机转速大于额定转速时，输入和输出之间耦合程度弱，因此两个电机转速无需解耦就可以分别独立控制。由此制定了太阳轮电机转速比例调节闭环控制、齿圈电机转矩控制的双电机耦合驱动协调控制方法。太阳轮电机转速闭环控制回路中通过C

6、AN总线网络传递信息，因而时滞是该控制系统的主要问题。对网络控制系统进行了时滞分析，得出时滞近似为一个CAN总线数据发送周期。采用计算机仿真方法对该定常时滞非线性控制系统的稳定性进行分析，得到了比例系数和参考转速对控制系统稳定性的影响规律。为避免模式切换循环，设计了基于两个电机转速的模式切换规律。以此为基础，提出了包括太阳轮电机降功率运行、参考转速调节等方法的单电机-双电机模式切换过程控制方法，实现了单电机-双电机模式切换平顺且无动力中断；提出了包括太阳轮电机转矩控制、齿圈电机延迟停止工作等方法

7、的双电机-单电机模式切换过程控制方法，实现了双电机-单电机模式切换无动力中断，冲击度小。最后，建立了AMESim和Simulink联合仿真模型，对模式切换控制方法进行了验证。开发了基于CAN总线的车载测试系统，在试验样车上对综合控制方法（包括双电机耦合驱动协调控制方法和模式切换控制方法）进行了试验。试验表明：综合控制I北京理工大学博士学位论文方法使得双电机耦合驱动工作平稳，模式切换顺畅，且无模式切换循环现象；单电机-双电机模式切换平顺，无动力中断；双电机-单电机模式切换稍有冲击，但冲击度小于德国

8、标准限值。在试验台架上对双电机行星耦合驱动系统的能耗经济性进行了试验，试验表明：双电机行星耦合驱动系统效率大于80%工作区域面积占总工作区域面积的50%以上，但在模式切换转速附近、低转矩工作区域内驱动系统效率较低。应用Willans线性模型建立了无因次电机效率模型，在此基础上建立了随部件参数和控制参数变化可缩放的双电机行星耦合驱动系统动力学和效率综合模型。利用该模型，采用改进自适应遗传算法，以车辆动力性要求为约束，以车辆在中国典型城市公交循环工况下的能量消耗最小为目标，进行了部件参数和控制参数的