并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)與性能仿真課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、 . PAGE17 / NUMPAGES17并聯(lián)聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力部件參數(shù)設(shè)計(jì)與性能仿真摘 要并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)（發(fā)動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)功率、扭矩與傳動(dòng)系速比等）對(duì)車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能均有顯著影響，其動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)之間是否協(xié)調(diào)匹配將直接決定混合動(dòng)力汽車能否達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的要求。所以在研制混合動(dòng)力汽車的過(guò)程中，混合動(dòng)力車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的研究在車型開(kāi)發(fā)和仿真分析中都有著舉足輕重的作用。本文首先選擇一種現(xiàn)有成熟的常規(guī)車型，。使用先進(jìn)的汽車整車模擬分析軟件MATLAB對(duì)其進(jìn)行模擬分析，得出其動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性。然后將此車型改裝設(shè)計(jì)成為并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(PHEV),在滿足原有

2、車型動(dòng)力性的要求下，以混合動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配設(shè)計(jì),再M(fèi)ATLAB/ADVISOR為平臺(tái)，對(duì)其模擬分析，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)理想的燃油經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞：并聯(lián)混合動(dòng)力汽車；發(fā)動(dòng)機(jī)；電機(jī)；電池；匹配；仿真目錄：TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc318029698摘要 PAGEREF _Toc318029698 h 2HYPERLINK l _Toc318029699前言 PAGEREF _Toc318029699 h 4HYPERLINK l _Toc318029700第一章混合動(dòng)力汽車?yán)碚摶A(chǔ) PAGEREF _Toc318029700 h 5H

3、YPERLINK l _Toc3180297011.1 混合動(dòng)力汽車的概述 PAGEREF _Toc318029701 h 5HYPERLINK l _Toc3180297021.1.1混合動(dòng)力汽車的定義 PAGEREF _Toc318029702 h 5HYPERLINK l _Toc3180297031.1.2混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn) PAGEREF _Toc318029703 h 5HYPERLINK l _Toc3180297041.1.3混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn) PAGEREF _Toc318029704 h 6HYPERLINK l _Toc3180297051.2 發(fā)展混合動(dòng)力汽車的必要性

4、PAGEREF _Toc318029705 h 7HYPERLINK l _Toc3180297061.3 混合動(dòng)力系統(tǒng) PAGEREF _Toc318029706 h 7HYPERLINK l _Toc3180297071.3.1 混合動(dòng)力的概念 PAGEREF _Toc318029707 h 7HYPERLINK l _Toc3180297081.3.2 串聯(lián)式 PAGEREF _Toc318029708 h 8HYPERLINK l _Toc3180297091.3.3 并聯(lián)式 PAGEREF _Toc318029709 h 8HYPERLINK l _Toc3180297101.3.4

5、 混聯(lián)式 PAGEREF _Toc318029710 h 9HYPERLINK l _Toc318029711第二章并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車總成參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配 PAGEREF _Toc318029711 h 10HYPERLINK l _Toc3180297122.1原車型各參數(shù)動(dòng)力性要求與性能仿真 PAGEREF _Toc318029712 h 10HYPERLINK l _Toc3180297132.2 PHEV布置方案和能量管理策略 PAGEREF _Toc318029713 h 11HYPERLINK l _Toc3180297142.3 動(dòng)力元件的選擇與參數(shù)匹配原則 PAGEREF _To

6、c318029714 h 11HYPERLINK l _Toc318029715第三章主要性能匹配結(jié)果仿真分析 PAGEREF _Toc318029715 h 13HYPERLINK l _Toc3180297163.1電動(dòng)汽車仿真軟件ADVISOR PAGEREF _Toc318029716 h 13HYPERLINK l _Toc3180297173.2ADVISOR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 PAGEREF _Toc318029717 h 14HYPERLINK l _Toc3180297183.3 ADVISOR軟件的功能 PAGEREF _Toc318029718 h 14HYPERLIN

7、K l _Toc3180297193.4 匹配結(jié)果仿真分析 PAGEREF _Toc318029719 h 15HYPERLINK l _Toc318029720總結(jié) PAGEREF _Toc318029720 h 16HYPERLINK l _Toc318029721參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc318029721 h 17前言環(huán)保與能源問(wèn)題是世界工業(yè)面對(duì)的兩大難題,也對(duì)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此,混合動(dòng)力電動(dòng)汽車也就應(yīng)運(yùn)而生了。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV ,Hybrid Electric Vehicle) 是指根據(jù)一定的控制策略匹配,使用燃動(dòng)力和電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng),從而既能保

8、持電動(dòng)汽車超低排放的優(yōu)點(diǎn),又能發(fā)揮傳統(tǒng)燃機(jī)汽車高比能量的長(zhǎng)處,因此在電池技術(shù)瓶頸未被突破的情況下,它成為了21 世紀(jì)初世界各國(guó)汽車界的重要研究課題?；旌蟿?dòng)力汽車動(dòng)力總成各部件特性、參數(shù)匹配與控制策略決定了整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放特性、制造成本與重量?；旌蟿?dòng)力汽車動(dòng)力傳動(dòng)系主要有并聯(lián)式、串聯(lián)式和混聯(lián)式3 種典型結(jié)構(gòu)。本文主要針對(duì)圖1 所示的并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成進(jìn)行參數(shù)選擇和仿真驗(yàn)證。圖1 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第一章 混合動(dòng)力汽車?yán)碚摶A(chǔ)混合動(dòng)力汽車是傳統(tǒng)燃機(jī)車輛與電動(dòng)車輛產(chǎn)生的混血兒，它繼承了電動(dòng)汽車排放低的優(yōu)點(diǎn)，又發(fā)揚(yáng)了石油燃料高的比能量和比功率的長(zhǎng)處，顯著改善了傳統(tǒng)

9、燃機(jī)汽車的排放和燃油經(jīng)濟(jì)性，增加了電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，在由燃機(jī)汽車向電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)變過(guò)程中扮演著承上啟下的角色。1.1 混合動(dòng)力汽車的概述1.1.1混合動(dòng)力汽車的定義混合動(dòng)力汽車是指車上裝有兩個(gè)以上動(dòng)力源，包括有電機(jī)驅(qū)動(dòng)，符合汽車道路交通、安全法規(guī)的汽車，車載動(dòng)力源有多種：蓄電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、燃機(jī)車的發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前復(fù)合動(dòng)力汽車一般是指燃機(jī)車發(fā)電機(jī)，再加上蓄電池的汽車。其目的是減少汽車的污染，提高純電動(dòng)汽車的行駛里程。1.1.2混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)混合動(dòng)力汽車的優(yōu)點(diǎn)是：1、采用混合動(dòng)力后可按平均需用的功率來(lái)確定燃機(jī)的最大功率，此時(shí)處于油耗低、污染少的最優(yōu)工況下工作。需要大功率燃機(jī)功率不足時(shí)

10、，由電池來(lái)補(bǔ)充；負(fù)荷少時(shí)，富余的功率可發(fā)電給電池充電，由于燃機(jī)可持續(xù)工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車一樣。2、因?yàn)橛辛穗姵兀?可以十分方便地回收制動(dòng)時(shí)、下坡時(shí)、怠速時(shí)的能量。3、在繁華市區(qū)，可關(guān)停燃機(jī)，由電池單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零排放。4、有了燃機(jī)可以十分方便地解決耗能大的空調(diào)、取暖、除霜等純電動(dòng)汽車遇到的難題。5、可以利用現(xiàn)有的加油站加油，不必再投資。6、可讓電池保持在良好的工作狀態(tài)，不發(fā)生過(guò)充、過(guò)放，延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本?；旌蟿?dòng)力汽車有三種基本的工作方式，即串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并聯(lián)（或稱混聯(lián)）式。1.1.3混合動(dòng)力汽車的缺點(diǎn)混合動(dòng)力技術(shù)的先進(jìn)性和實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)性，節(jié)能、環(huán)保效果明顯

11、，采用混合動(dòng)力汽車是現(xiàn)階段解決環(huán)保和能源問(wèn)題最為切實(shí)可行的方案。但是，由于混合動(dòng)力汽車是在犧牲了部分環(huán)保利益的基礎(chǔ)上，可以滿足目前人們對(duì)汽車環(huán)保的基本要求，在結(jié)構(gòu)上兩套系統(tǒng)電池/電機(jī)和燃機(jī)同時(shí)安裝于本來(lái)只裝一套系統(tǒng)的汽車上，不僅加大了汽車本身的重量，也提高了對(duì)整體工藝與控制等方面的要求。除了和純電動(dòng)汽車（BEV）一樣受目前蓄電池技術(shù)的限制之外，混合動(dòng)力的能量來(lái)源仍然是石油，這決定了混合動(dòng)力不是電動(dòng)汽車發(fā)展的最終形式。但是，目前日本的幾大公司的混合動(dòng)力汽車的熱銷說(shuō)明，混合動(dòng)力汽車是傳統(tǒng)汽車時(shí)代向氫燃料電池汽車時(shí)代的過(guò)渡車型技術(shù)，雖然不是長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)，但據(jù)估計(jì)，仍有50年以上的較長(zhǎng)市場(chǎng)周期。可以充分利

12、用現(xiàn)有燃汽車生產(chǎn)能力，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車工業(yè)的改造發(fā)展。 總之，混合動(dòng)力汽車介于傳統(tǒng)汽車和純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車之間，是一種承前啟后的，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面都趨于成熟的電動(dòng)汽車產(chǎn)品?；旌蟿?dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的缺點(diǎn)是：有兩套動(dòng)力，再加上兩套動(dòng)力的管理控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高。現(xiàn)代汽車伙伴合作計(jì)劃推動(dòng)美國(guó)三大汽車公司對(duì)各種單元技術(shù)與其不同組織進(jìn)行成百種方案的篩選、比較，認(rèn)為采用混合動(dòng)力是實(shí)現(xiàn)中級(jí)轎車百公里3升油耗的可行方案因此而受到更大的關(guān)注。經(jīng)過(guò)多年研究，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已開(kāi)發(fā)出一些成功的例子。日本豐田汽車公司在1997年12月宣布將混合動(dòng)力電動(dòng)轎車Prius投入小批量商業(yè)化生產(chǎn)，該車自重1515kg，裝用

13、頂置凸輪軸四缸，1500cc排量汽油機(jī)，最大功率42.6kW/4600r/min，帶永磁無(wú)刷發(fā)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)亦為永磁無(wú)刷的額定功率30kW，采用氫鎳電池，實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)控制方式，百公里油耗為3.4L，比原汽油車減少了一半，CO2排量也相應(yīng)減少了一半，C O、HC、NOX僅為現(xiàn)行法規(guī)允許值的10，售價(jià)每輛216萬(wàn)日元（約15000美元）。 美國(guó)克萊斯勒汽車公司1998年2月在底特律展出第二代道奇無(wú)畏 ESX2型混合動(dòng)力電動(dòng)轎車，該車裝用1500cc排量直噴柴油機(jī)帶發(fā)電機(jī)，采用鉛酸電池，交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，鋁車架，復(fù)合材料車身，自重1022kg，百公里油耗降至3.4L。2000年通用，福特，戴姆勒克萊斯

14、勒已開(kāi)發(fā)出100公里油耗已達(dá)到3升汽油或接近3升汽車的樣車，只是價(jià)格仍較貴。 1.2 發(fā)展混合動(dòng)力汽車的必要性當(dāng)前普遍使用的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車存在種種弊病，統(tǒng)計(jì)表明在占80以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動(dòng)力潛能的40，在市區(qū)還會(huì)跌至25，更為嚴(yán)重的是排放廢氣污染環(huán)境。20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)改善環(huán)保的呼聲日益高漲，各種各樣的電動(dòng)汽車脫穎而出。雖然人們普遍認(rèn)為未來(lái)是電動(dòng)汽車的天下，但是目前的電池技術(shù)問(wèn)題阻礙了電動(dòng)汽車的應(yīng)用。由于電池的能量密度與汽油相比差上百倍，遠(yuǎn)未達(dá)到人們所要求的數(shù)值，專家估計(jì)在10年以電動(dòng)汽車還無(wú)法取代燃油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車（除非燃料電池技術(shù)有重大突破）?，F(xiàn)實(shí)迫使工程師們

15、想出了一個(gè)兩全其美的辦法，開(kāi)發(fā)了一種混合動(dòng)力裝置（Hybrid-ElectricVehicel，縮寫(xiě)HEV）的汽車。所謂混合動(dòng)力裝置就是將電動(dòng)機(jī)與輔助動(dòng)力單元組合在一輛汽車上做驅(qū)動(dòng)力，輔助動(dòng)力單元實(shí)際上是一臺(tái)小型燃料發(fā)動(dòng)機(jī)或動(dòng)力發(fā)電機(jī)組。形象一點(diǎn)說(shuō)，就是將傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)盡量做小，讓一部分動(dòng)力由電池-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)承擔(dān)。這種混合動(dòng)力裝置既發(fā)揮了發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，動(dòng)力性好的優(yōu)點(diǎn)，又可以發(fā)揮電動(dòng)機(jī)無(wú)污染、低噪聲的好處，二者“并肩戰(zhàn)斗”，取長(zhǎng)補(bǔ)短。這樣使汽車的熱效率可提高10以上，廢氣排放可改善30以上?；旌蟿?dòng)力源電動(dòng)車按照能量合成的的形式主要分為串聯(lián)式(SHEV）和并聯(lián)式（PHEV）兩種。混合動(dòng)力汽車在

16、發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)日益成熟，有些已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。由于其構(gòu)造復(fù)雜，成本較高，在電動(dòng)汽車時(shí)代到來(lái)之前，混合動(dòng)力型汽車只是一種過(guò)渡產(chǎn)品。1.3 混合動(dòng)力系統(tǒng)1.3.1 混合動(dòng)力的概念HEV（Hybrid-ElectricVehicel）混合動(dòng)力裝置?；旌蟿?dòng)力就是指汽車使用汽油驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩種驅(qū)動(dòng)方式，優(yōu)點(diǎn)在于車輛啟動(dòng)停止時(shí)，只靠發(fā)電機(jī)帶動(dòng)，不達(dá)到一定速度，發(fā)動(dòng)機(jī)就不工作，因此，便能使發(fā)動(dòng)機(jī)一直保持在最佳工況狀態(tài)，動(dòng)力性好，排放量很低，而且電能的來(lái)源都是發(fā)動(dòng)機(jī)，只需燃油即可?；旌蟿?dòng)力汽車的關(guān)鍵是混合動(dòng)力系統(tǒng)，它的性能直接關(guān)系到混合動(dòng)力汽車整車性能。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，混合動(dòng)力系統(tǒng)總成已從原來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)離

17、散結(jié)構(gòu)向發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)和變速箱一體化結(jié)構(gòu)發(fā)展，即集成化混合動(dòng)力總成系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力總成以動(dòng)力傳輸路線分類，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式等三種。1.3.2串聯(lián)式串聯(lián)式動(dòng)力：串聯(lián)式動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)三部分動(dòng)力總成組成，它們之間用串聯(lián)方式組成SHEV動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車。小負(fù)荷時(shí)由電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，大負(fù)荷時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛處于啟動(dòng)、加速、爬坡工況況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)組和電池組共同向電動(dòng)機(jī)提供電能；當(dāng)電動(dòng)車處于低速、滑行、怠速的工況時(shí)，則由電池組驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電池組缺電時(shí)則由發(fā)動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)組

18、向電池組充電例如福特“新能級(jí)2010”SHEV，其電池采用燃料電池，在城市市區(qū)行駛時(shí)全部由燃料電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器（變速器）和驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車輪，達(dá)到了“零排放”要求。當(dāng)高速與爬坡時(shí)，則由發(fā)動(dòng)機(jī)-電動(dòng)機(jī)組和燃料電池組共同向電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輪。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市頻繁起步和低速運(yùn)行工況，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來(lái)達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，機(jī)械效率較低。1.3.3并聯(lián)式并聯(lián)式動(dòng)力：并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，

19、可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動(dòng)又可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)汽車加速爬坡時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)能夠同時(shí)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，一旦汽車車速達(dá)到巡航速度汽車將僅僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī)維持該速度。電動(dòng)機(jī)既可以作電動(dòng)機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。由于沒(méi)有單獨(dú)的發(fā)電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以直接通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)車輪，這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，因此得到比較廣泛的應(yīng)用。例如大眾汽車公司的高爾夫PHEV，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)離合器帶動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，輸出扭力再通過(guò)另一邊離合器驅(qū)動(dòng)車輛行駛。靜止啟動(dòng)時(shí)，電池向電動(dòng)發(fā)電機(jī)供電，此時(shí)電動(dòng)發(fā)電機(jī)就是發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)一方

20、面作為車輛單獨(dú)的動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)車輪，另一方面又帶動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電向電池充電，此時(shí)與傳統(tǒng)汽車一樣。在市區(qū)行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，離合器脫開(kāi)，離合器接合，電池做為唯一能源向電動(dòng)機(jī)供電，由電動(dòng)機(jī)取代發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪。當(dāng)電動(dòng)車需要高速或高負(fù)荷時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)離合器閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)組成復(fù)合驅(qū)動(dòng)形式，以最大功率驅(qū)動(dòng)車輛。1.3.4 混聯(lián)式混聯(lián)式動(dòng)力：混聯(lián)式裝置包含了串聯(lián)式和并聯(lián)式的特點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，根據(jù)助力裝置不同，它又分為發(fā)動(dòng)機(jī)為主和電機(jī)為主兩種。以發(fā)動(dòng)機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主動(dòng)力源，電機(jī)為輔助動(dòng)力源；以電機(jī)為主的形式中，發(fā)動(dòng)機(jī)作為輔助動(dòng)力源，電機(jī)為主動(dòng)力源。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是控

21、制方便，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。豐田的Prius屬于以電機(jī)為主的形式。第二章 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車總成參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)（發(fā)動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)功率、扭矩與傳動(dòng)系速比等）對(duì)車輛的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能均有顯著影響，其動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)之間是否協(xié)調(diào)匹配將直接決定混合動(dòng)力汽車能否達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的要求。所以在研制混合動(dòng)力汽車的過(guò)程中，混合動(dòng)力車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)的研究在車型開(kāi)發(fā)和仿真分析中都有著舉足輕重的作用。2.1 原車型各參數(shù)動(dòng)力性要求與性能仿真本文所選的某常規(guī)車型的各參數(shù)與動(dòng)力性要求見(jiàn)表。選用ECE-R15城市循環(huán)工況，對(duì)其進(jìn)行性能仿真，得到相應(yīng)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性結(jié)果

22、（表）。表1常規(guī)車型各參數(shù)與動(dòng)力性要求整備質(zhì)量(kg)總質(zhì)量(kg)迎風(fēng)面積(m2)風(fēng)阻系數(shù)滾動(dòng)半徑（m）5929842.00.3350.312發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kw）主減速器速比變速器檔速比最高車速（km/h）最大爬坡度415.03.75、2.73、1.97、1.41、113030表2常規(guī)車型性能仿真結(jié)果原車型最大爬坡度（）最高車速（km/h）百公里油耗（L/100km）空載（整備質(zhì)量75kg）9.7155.85.90滿載9.1155.86.12本文主要以燃油經(jīng)濟(jì)性為設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以排放性結(jié)果在這里并未給出。這些仿真結(jié)果在這里只起個(gè)參照物的作用，本次課題的目的是設(shè)計(jì)并優(yōu)化并聯(lián)混合動(dòng)力汽車傳動(dòng)系統(tǒng)各參

23、數(shù)，得到的PHEV仿真結(jié)果與這里的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，判斷設(shè)計(jì)的參數(shù)是否合理匹配。2.2 PHEV布置方案和能量管理策略混合動(dòng)力汽車不同于純電動(dòng)汽車,它要求電池電量在循環(huán)工況的始末能夠?qū)崿F(xiàn)基本平衡,而不需要外界對(duì)其進(jìn)行能量補(bǔ)充,電動(dòng)機(jī)的作用主要是協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)不合理的工況而使發(fā)動(dòng)機(jī)盡量工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)域+ 從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率和減少排放。在車輛制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能量給電池充電。混合動(dòng)力汽車有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)3種布置方式，本文采用發(fā)動(dòng)機(jī)軸組合式并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的布置方案。本文所采用的能量管理策略與Honda Insight混合動(dòng)力汽車類似。在車輛起動(dòng)或節(jié)氣門(mén)全開(kāi)加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同

24、時(shí)工作，共同分擔(dān)驅(qū)動(dòng)車輛所需的動(dòng)力；車輛正常行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)關(guān)閉，僅由發(fā)動(dòng)機(jī)工作提供車輛行駛所需動(dòng)力，若車輛輕載，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率可以一部分通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池充電；車輛制動(dòng)或減速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電機(jī)模式，通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器給蓄電池充電。2.3動(dòng)力元件的選擇與參數(shù)匹配原則各參數(shù)匹配的基本步驟是：1）發(fā)動(dòng)機(jī)功率；2）電機(jī)各參數(shù)（包括電動(dòng)機(jī)額定功率Pmr、額定轉(zhuǎn)速Nmr、最高轉(zhuǎn)速Nmmax）；3）電池參數(shù)選擇（功率與容量）；4）傳動(dòng)系的傳動(dòng)比。2.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇原則選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)功率選擇過(guò)大，車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能就得不到改善；發(fā)動(dòng)機(jī)功率偏小，后

25、備功率就會(huì)小，又不能滿足車輛動(dòng)力性要求。在設(shè)計(jì)常規(guī)汽車時(shí)，通常從保證汽車預(yù)期的最高車速來(lái)初步選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。由于本文并聯(lián)混合動(dòng)力汽車采用由發(fā)動(dòng)機(jī)提供車輛平均行駛功率，由電動(dòng)機(jī)提供峰值功率的控制策略，因此其功率值的選擇主要應(yīng)考慮車輛勻速行駛時(shí)的功率需求，確保在巡航車速u(mài)c下，發(fā)動(dòng)機(jī)能工作在最佳經(jīng)濟(jì)區(qū)。除了車輛行駛需求的功率外，發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛勻速行駛時(shí)還應(yīng)有一定的為電池充電的功率裕量（10左右）、12的爬坡功率裕量與附件功率（特別是有空調(diào)時(shí)），這些功率之和應(yīng)該是發(fā)動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)能輸出的功率。2.3.2 電機(jī)參數(shù)的選擇原則1)電機(jī)額定功率Pmr的選擇電機(jī)額定功率Pmr要綜合已定的發(fā)動(dòng)機(jī)功率來(lái)

26、考慮，主要以滿足混合動(dòng)力汽車混合最高車速的要求來(lái)確定，即發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pemax與電動(dòng)機(jī)最大功率Pmmax之和至少等于混合最高車速時(shí)汽車所需功率Pumax。2）電機(jī)額定轉(zhuǎn)速Nmr 和最高轉(zhuǎn)速Nmamx 的確定電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和本身的尺寸、質(zhì)量與在損耗等都有直接的關(guān)系，對(duì)傳動(dòng)系尺寸也有很大的影響。低速電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)較小，額定轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)子電流大，電動(dòng)機(jī)尺寸和質(zhì)量較大，在損耗也較大。高速電動(dòng)機(jī)有著與之相反的優(yōu)點(diǎn)，但和低速電動(dòng)機(jī)相比，大值電動(dòng)機(jī)會(huì)增大傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，也會(huì)使驅(qū)動(dòng)軸扭矩和齒輪應(yīng)力增大。但大值是車輛起步加速和穩(wěn)定運(yùn)行所必需的。所以在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)必須協(xié)調(diào)考慮電機(jī)最高轉(zhuǎn)速、齒輪應(yīng)力和傳動(dòng)

27、系尺寸。目前，一般選用中高速電動(dòng)機(jī)（最高轉(zhuǎn)速在600015000r/min），擴(kuò)大恒功率系數(shù)一般在46。2.3.3 電池參數(shù)的確定原則電池是用來(lái)向電動(dòng)機(jī)提供電力功率的，所以它必須滿足電動(dòng)機(jī)工作的要求。電池在不同的荷電狀態(tài)（SOC）下對(duì)應(yīng)不同的阻和峰值功率，在SOC工作區(qū)峰值放電功率必須大于電動(dòng)機(jī)的最大功率。另外，電池總電量也要滿足汽車連續(xù)加速和爬坡時(shí)電動(dòng)機(jī)做功的需求，即電池在SOC工作區(qū)所能提供的電量必須大于電動(dòng)機(jī)持續(xù)做的總功。鎳氫（NiMH）電池具有很高的充放電循環(huán)壽命和充放電效率等優(yōu)點(diǎn)，故能迎合混合動(dòng)力汽車經(jīng)常性充放電的要求。鎳氫電池SOC工作區(qū)在O.20.8之間具有較低的充放電阻，所以在

28、設(shè)計(jì)能量管理策略時(shí)應(yīng)使其始終工作在該區(qū)間。2.3.4 傳動(dòng)系參數(shù)的選擇原則1）主減速器速比的選擇本文PHEV的變速器仍然選用5檔手動(dòng)變速器，V檔為直接檔，所以主減速器速比就為車輛傳動(dòng)系統(tǒng)最小傳動(dòng)比。PHEV的最小傳動(dòng)比應(yīng)從滿足車輛最高車速的要求選擇。首先應(yīng)滿足最高車速要求，另外，發(fā)動(dòng)機(jī)在最高車速時(shí)還應(yīng)能發(fā)揮其最大功率。2）變速器各檔傳動(dòng)比的確定變速器的最大速比主要是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)的最大爬坡度，同時(shí)考慮車輪附著極限來(lái)選擇。即發(fā)動(dòng)機(jī)的最大驅(qū)動(dòng)力應(yīng)大于或等于車輛上坡時(shí)的車輪滾動(dòng)阻力和坡度阻力。雖然對(duì)比原車型增加了電池組和電動(dòng)機(jī)，但發(fā)動(dòng)機(jī)相比原車型有所減小，所以這里假設(shè)mHEVm。第三章 主要性

29、能匹配結(jié)果仿真分析 針對(duì)本文對(duì)動(dòng)力總成元件參數(shù)的選擇和匹配結(jié)果要通過(guò)仿真分析進(jìn)行驗(yàn)證，本文的仿真分析是以ADVISOR軟件作為平臺(tái)，針對(duì)研究對(duì)象，獨(dú)立編制了各種輸入軟件模型，完成軟件的輸入聯(lián)接。因此本章首先對(duì)該軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、輸入和輸出參數(shù)和各種模塊做簡(jiǎn)要介紹，然后對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。31電動(dòng)汽車仿真軟件ADVISOR ADVISOR(Advanced Vehcle ShamtdatOR，高級(jí)車輛仿真器)是由美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(Nafionad Renewable Energy Laboratory)在Maab和Sirndhak軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)的仿真軟件。ADVISOR是一種基于MaflabS

30、hmflhak環(huán)境的后向式仿真軟件，可以通過(guò)修改參數(shù)對(duì)不同整車車型進(jìn)行仿真與性能分析。該軟件從1994年開(kāi)始使用，本文使用的版本是ADVISOR2002，它的軟件源代碼完全開(kāi)放(提供開(kāi)放的m和mdl文件)，用戶以利用其部提供的通用子模塊組裝成所需的汽車模塊進(jìn)行仿真，從而開(kāi)發(fā)出符合設(shè)計(jì)要求的混合動(dòng)力汽車模型。32ADVISOR的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理 ADVISOR系統(tǒng)分為輸入腳本、輸出腳本、仿真模型和控制腳本四個(gè)部分。輸入腳本用于定義MATLABI作空間的變量和調(diào)用其它的腳本，它包括車輛定義文件和部件數(shù)據(jù)文件兩部分，車輛定義文件用于定義電動(dòng)汽車的類型和動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，部件數(shù)據(jù)文件用于定義電動(dòng)汽車的

31、部件參數(shù)。輸出腳本的作用是對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行后處理，它包括繪圖程序和查錯(cuò)程序兩部分。繪圖程序用于繪制仿真特性圖，查錯(cuò)程序用于檢查仿真結(jié)果的合法性。仿真模型包括了用于仿真計(jì)算的各種方程式，它是Shndhak格式的md3文件?？刂颇_本用于控制仿真程序的運(yùn)行，它包括GUI界面供用戶選擇不同的仿真模型。 ADVISOR的仿真過(guò)程為，首先控制輸入腳本輸入第一時(shí)間步的道路循環(huán)的請(qǐng)求行駛軌跡(包括汽車行駛速度、道路坡度和汽車動(dòng)態(tài)質(zhì)量)，根據(jù)車輛定義文件和部件數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)，運(yùn)用仿真模型計(jì)算出汽車在第一時(shí)間步的實(shí)際速度和耗油率等結(jié)果，然后再進(jìn)行在第二時(shí)間步的仿真計(jì)算，如此反復(fù)，直到完成整個(gè)道路循環(huán)的仿真。最后由輸

32、出腳本給出仿真圖形和報(bào)表。ADVISOR的仿真數(shù)據(jù)流程圖如圖21所示。圖3.1ADVISOR的仿真數(shù)據(jù)流程33 ADVISOR軟件的功能 ADVISOR可通過(guò)簡(jiǎn)單的物理模型和經(jīng)過(guò)性能預(yù)測(cè)的各動(dòng)力總成去建立實(shí)際的或正在開(kāi)發(fā)中的汽車。其主要功能在于能夠?qū)€未制造的汽車進(jìn)行性能預(yù)測(cè)，即能夠提供制造一輛汽車需要確定的性能參數(shù)，包括加速性和爬坡性能，燃油經(jīng)濟(jì)性以與排放性能等。從上面對(duì)界面的簡(jiǎn)單介紹也可以看出其主要功能，總結(jié)一下主要包括一下幾點(diǎn)：(1)根據(jù)工況循環(huán)模擬整車的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和排放指標(biāo)。(2)根據(jù)要求模擬整車的加速性能、最高車速和最大爬坡度等動(dòng)力性指標(biāo)。(3)根據(jù)工況循環(huán)模擬各部件的輸入輸出扭矩(

33、功率)和轉(zhuǎn)速的時(shí)間歷程。(4)輸入不同的總成參數(shù)和控制參數(shù)，得到不同的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)仿真結(jié)果，研究比較各種參數(shù)對(duì)循環(huán)油耗和動(dòng)力性指標(biāo)的影響。34 匹配結(jié)果仿真分析從表3可以看出，通過(guò)ADVISOR仿真分析，改裝后的PHEV雖然動(dòng)力性稍有降低，但還是滿足提出的動(dòng)力性要求，這說(shuō)明動(dòng)力系統(tǒng)各參數(shù)匹配對(duì)動(dòng)力性而言比較恰當(dāng)。對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性，如表3所示，汽車空載、半載和滿載的仿真結(jié)果均有所改善。 表3 PHEV性能仿真結(jié)果PHEV最大爬坡度（）最高車速（km/h）百公里油耗（L/100km）節(jié)油率（）空載(整備質(zhì)量+75kg)6.8191.44.9516.16滿載5.9191.45.1915.14總結(jié)