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氢动力捷运系统车辆动力传动系统方案设计及匹配分析
| 论文题名： | 氢动力捷运系统车辆动力传动系统方案设计及匹配分析 |
| 关键词： | 氢动力捷运系统车辆;动力传动系统;拓扑结构;控制策略;性能指标 |
| 摘要： | 随着社会经济水平的提升以及城市体量的不断扩大,碳排放量和碳达峰已经成为城市发展的主要障碍,拥堵的道路和糟糕的空气质量也开始变成了阻碍城市化发展的关键问题。为了缓解交通拥堵，方便群众出行，降低空气污染，发展城市轨道交通和利用新能源成为解决道路拥堵和降低空气污染的有效途径。氢燃料作为一种可再生清洁能源广受关注，基于氢动力的捷运系统车辆（以下简称捷运车辆）成为缓解交通拥堵和空气污染的最有效手段之一，得到的重视也与日俱增。 世界正处在脱碳能源转型过程中，由于燃料电池本身固有特点与诸多优势，燃料电池混合动力将成为未来能源系统的一个重要分支。燃料电池混合动力车辆的研发也顺应这一趋势快速发展。目前，国内外对混合动力系统参数匹配的研究，多集中在新能源汽车领域。与新能源汽车相比，氢动力在轨道交通领域的应用及相关研究还很少，特别在动力系统参数匹配领域更少。燃料电池混合动力传动系统作为氢动力捷运车辆的核心部分，对其开展研究是十分必要的。因此，深入开展氢动力捷运车辆的动力系统匹配、性能分析和优化具有重要理论意义和工程应用价值。本文主要研究氢动力捷运车辆动力传动系统匹配设计及优化，主要工作内容如下： 1）在传统跨座式单轨基础上，创新性地建立了单轨捷运车辆。分析捷运车辆的结构并给出相应的整车参数以及性能指标。分析燃料电池混合动力系统拓扑结构，综合考虑各种拓扑结构形式，选择其中最优的一种。 2）分析捷运车辆的结构，在牵引计算基础上分析整车动力学特性。从整车性能需求出发，提出捷运车辆动力和能耗指标。捷运车辆的控制策略可划分为最快速控制策略、最经济控制策略和混合控制策略三类控制策略，根据运营要求制定车辆的驱动和制动能量回收策略。 3）对动力系统各元件进行选型并给出相应参数。在GT-SUITE软件中建立整车模型并进行仿真，分析所选择的动力系统方案是否能够满足运行工况的需求以及是否达到预期的车辆动力性能指标。 4）针对捷运车辆的性能目标，提出了多目标优化方法以及可行的处理方式。对遗传算法的特点和优化过程做了说明。 5）采用GT-SUITE和mode FRONTIER联合仿真，对动力传动系统参数进行优化研究。在mode FRONTIER中建立了优化模型，并运用Pareto最优解集思想找到了使车辆能耗最低的传动比。 |
| 作者： | 吕国敏 |
| 专业： | 机械工程;车辆工程 |
| 导师： | 杜子学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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