混合动力电动汽车传动系统匹配与优化

论 文 构 成第 一 章 混 合 动 力 电 动 汽 车 简 介第 二 章 混 合 动 力 汽 车 驱 动 系 统 方 案 研 究 第 三 章 混 合 动 力 汽 车 动 力 系 统 参 数 初 步 匹 配 第 五 章 混 合 动 力 汽 车 传 动 系 统 参 数 优 化 第 四 章 并 联 式 混 合 动 力 汽 车 传 动 系 统 的 仿 真 分 析 第 一 章 混 合 动 力 汽 车 简 介 随 着 汽 车 工 业 的 发 展 ， 汽 车 作 为 一 种 代 步 工 具 ， 汽 车与 我 们 的 生 活 越 来 越 密 不 可 分 。 然 而 ， 汽 车 在 带 给 我 们 生活 上 的 便 利 的 同 时 ， 也 带 来 了 很 多 负 面 影 响 ， 如 能 源 危 机和 环 境 污 染 。 这 成 为 困 扰 汽 车 工 业 继 续 发 展 的 主 要 障 碍 ，于 是 我 们 不 得 不 寻 找 新 的 替 代 能 源 以 解 决 上 述 问 题 。 在 经过 多 年 的 努 力 一 种 切 实 可 行 ， 且 行 之 有 效 的 替 代 方 案 呼 之欲 出 混 合 动 力 电 动 汽 车 。 根 据 国 际 机 电 委 员 会 下 属 的电 力 机 动 车 技 术 委 员 会 的 建 议 ,混 合 动 力 电 动 汽 车 是 指 由 两种 能 源 或 转 换 器 等 作 驱 动 能 源 ,其 中 至 少 有 一 种 能 提 供 电 能的 车 辆 称 为 混 合 动 力 电 动 汽 车 。 它 不 仅 降 低 了 燃 油 的 消 耗而 且 改 善 了 排 放 性 能 ， 而 且 技 术 上 实 现 相 对 简 单 。 第 二 章 混 合 动 力 汽 车 驱 动 系 统 方 案 研 究 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 目 前 混 合 动 力 电 动 汽 车 根 据 驱 动 系 统配 置 和 组 合 方 式 不 同 ,主 要 分 为 ： 串 联 式 、并 联 式 和 混 联 式 。 综 合 三 种 驱 动 形 式 利 弊 ，最 终 选 择 并 联 式 混 合 动 力 电 动 汽 车 。 第 三 章 并 联 式 混 合 动 力 汽 车 动 力 系 统 参 数 初步 匹 配 整 车 基 本 参 数 与 技 术 要 求动 力 传 动 系 统 匹 配 整 车 基 本 参 数序 号 项 目 参 数 和 指 标1 整 车 整 备 质 量 （ kg） 19352 最 大 总 质 量 （ kg） 24903 前 轮 距 （ mm） 15624 长 宽 高 （ mm） 4576 1850 16815 轴 距 (mm) 27076 车 辆 迎 风 面 积 （ m2） 2.0 7 滚 动 阻 力 系 数 0.0158 风 阻 系 数 0.419 最 小 离 地 间 隙 (mm) 17510 接 近 角 （ ） 14.411 离 去 角 （ ） 16.2512 质 量 分 布 （ %,前 /后 ） 58/42 技 术 要 求2 3 1 高 速 工 况 油 耗 小 于 8.8L/100km ,城 市 工 况 油 耗 小 于11.3L/100km 城 市 工 况 UDDS下 能 够实 现 纯 电 动 工 作 模 式 ，并 且 纯 电 动 续 驶 里 程 不少 于 32km 车 速 在 100km/h的 最 大 爬 坡 度 大 于 7.0% 45 0 100km/h加 速 时间 少 于 11.2s 最 高 车 速 大 于 160km/h 1.发 动 机 最 大 功 率 满 足 最 大 车 数 ： max2max)15.21(36001 aaDTe uAuCMgfP 满 足 最 大 爬 坡 度 ： aaDTe uMgAuCMgfP )sin15.21cos(36001 2 2.主 减 速 器 速 比 的 确 定 满 足 车 辆 最 高 行 驶 速 度 要 求 ： maxmax377.0 a reu rni 为 了 保 证 车 子 在 最 高 车 速 时 ， 发 动 机 仍 能 发 挥 出 最 大 功 率 ， i 的 选 择 还 应 满 足 ：max377.0 a repu rni 动 力 传 动 系 统 匹 配 3.最 小 传 动 比 的 确 定 最 小 传 动 比 可 以 依 据 发 动 机 单 独 驱 动 车 辆 时 ， 最 高 车 速 的 功率 平 衡 点 来 进 行 计 算 ， 即 当 最 高 车 速 达 到 100km/h时 ， 此 时 发 动 机工 作 在 最 大 功 率 点 。 15.21 2maxminmax aDr Te AuCMgfriT 所 以 ， )15.21( 2max maxmin aDeT r AuCMgfTri 4.最 大 传 动 比 的 确 定 满 足 最 大 爬 坡 度 的 要 求 ： 15.21cossin 2maxmax aDr Tae AuCMgfMgriT 所 以 ， )15.21cossin( 2 maxmax aDTe r AuCMgMgT ri 满 足 附 着 条 件 的 要 求 ： gMriT r Te 1maxmax 所 以 ， TeT gMi max1max 5.变 速 器 档 位 数 以 及 各 档 传 动 比 的 确 定 本 文 设 计 变 速 器 档 位 数 为 5档 ， 且 各 档 比 以 等 比 级 数 分 配 。 因 为应 用 等 比 级 数 分 配 传 动 比 的 变 速 器 在 换 挡 过 程 中 ， 发 动 机 总 是 在 同一 个 转 速 范 围 内 工 作 ， 因 此 驾 驶 起 来 就 方 便 多 了 。 其 次 按 等 比 级 数分 配 传 动 比 的 的 变 速 器 在 换 挡 过 程 中 可 以 充 分 利 用 发 动 机 提 供 的 功率 ， 提 高 汽 车 的 动 力 性 。 根 据 以 上 分 析 ， 设 计 各 速 比 如 下 表 ： 一 挡 二 挡 三 挡 四 挡 五 挡 倒 挡3.24 2.09 1.48 1.16 1.00 2.78 6.电 机 参 数 匹 配 (1)发 动 机 在 2760 3910r/min的 范 围 内 油 耗 比 较 低 ， 在3220r/min时 达 到 最 低 油 耗 ；(2)在 此 转 速 范 围 内 发 动 机 功 率 在 63 94KW内 变 化 。 在3220r/min时 发 动 机 功 率 为 eP =75KW,完 全 能 满 足 此 车 正 常 行 驶 功 率 需 求 ； (3)在 上 述 转 速 范 围 内 ， 发 动 机 的 扭 矩 基 本 不 变 ， 而 且 输 出 最大 扭 矩 ；（ 4） 通 过 上 面 分 析 可 得 ： 如 果 发 动 机 在 任 何 工 况 下 都 能 在 上述 转 速 范 围 内 工 作 ， 则 发 动 机 经 济 性 很 好 ， 且 动 力 性 也 很 好 。基 于 上 述 分 析 则 初 步 可 以 确 定 电 动 机 的 功 率 mP =102-75=27KW。7.超 级 电 容 的 参 数 匹 配功 率 的 确 定 mms PP 容 量 的 确 定 TPE u 0auST 0auu SPE 第 四 章 并 联 式 混 合 动 力 汽 车 传 动 系 统 的 仿 真分 析汽 车 仿 真 软 件 ADVISOR的 介 绍 汽 车 参 数 的 变 量 定 义 性 能 仿 真 汽 车 仿 真 软 件 ADVISOR的 介 绍 它 是 基 于 Matlab/Simnulink平 台 所 开 发出 来 的 混 合 仿 真 软 件 ， 主 要 可 分 为 前 向 仿 真与 后 向 仿 真 方 法 。 ADVISOR 通 过 设 计 者 所建 立 的 物 理 模 型 ， 结 合 各 种 行 驶 工 况 和 经 过测 试 的 各 总 成 来 建 立 的 实 际 的 或 研 发 的 HEV模 型 。 汽 车 参 数 的 变 量 定 义 1.车 辆 模 块 参 数 veh_description=CA6700 Vehicle； %定 义 汽 车 描 述 变 量veh_CD=0.41； %定 义 风 阻 系 数 veh_FA=2.0； %定 义 迎 风 面 积 ， 单 位 ： （ m2） veh_front_wt_frac=0.58； %定 义 前 轴 荷 占 整 车 质 量 的 百 分 比 veh_wheelbase=2.707； %定 义 轴 距 ， 单 位 ： （ m） veh_glider_mass=1935； %定 义 车 辆 滑 行 质 量 （ kg） veh_cargo_mass=2490； %定 义 最 大 装 载 质 量 （ 包 括 乘 员 ） ， 单 位 ： kg2.车 轮 模 块 参 数 wh_radius=0.3322； %定 义 车 轮 滚 动 半 径 ， 单 位 ： （ m）wh_inertia=40*wh_radius2/2； %定 义 轮 胎 的 转 动 惯 量 ， 单 位 ： （ kg*m2）wh_1 st_rrc=0.00938； %定 义 轮 胎 的 滚 动 主 力 系 数3.电 池 模 块 参 数 ess_min_volts=144； %定 义 电 池 的 最 小 电 压 ， 单 位 ： （ V） ess_max_volts=280； %定 义 电 池 的 最 大 电 压 ， 单 位 ： （ V） ess_module_mun=40； %定 义 电 池 的 数 量 ess_module_mass=48； %定 义 电 池 的 质 量 ， 单 位 ： （ kg） 4.电 动 机 模 块 参 数 mc_max_crrnt=380； %定 义 电 动 机 的 最 大 电 流 ， 单 位 ： （ A）mc_min_volts=144； %定 义 电 动 机 的 最 低 工 作 电 压 ， 单 位 （ V）mc_mass=100； %定 义 电 动 机 的 质 量 ， 单 位 ： （ kg）5.变 速 器 模 块 参 数 gb_ratio=3.24 2.09 1.48 1.16 1.00； %定 义 变 速 器 各 档 速 比 gb_gears_num=max(size（ gb_ratio） )； %定 义 变 速 器 档 位 数 gb_mass=60； %定 义 变 速 器 质 量 ， 单 位 ； （ kg） fb_ratio=4.218； %定 义 主 减 速 器 速 比 fb_mass=30； %定 义 主 减 速 器 质 量 ， 单 位 ： （ kg）6.发 动 机 模 块 参 数 Fc_eff=0.4； %发 动 机 的 效 率 Fc_trq_scale=1.04； %发 动 机 的 扭 矩 因 子Fc_spd_scale=l； %发 动 机 的 速 度 因 子Fc_max_pwr=100； %发 动 机 的 峰 值 功 率 (kw)Fc_max_trq=320； %发 动 机 的 峰 值 扭 矩 (N#m)Cs_fc_init_state=0； %发 动 机 初 始 状 态 :O表 示 关 闭 ,1表 示 开 启Cs_min_off_time=90； %发 动 机 重 启 和 上 次 关 闭 的 最 短 时 间 间 隔 (s) 性 能 仿 真选 取 路 况加 速 度 测 试 选 项 设 置 爬 坡 度 测 试 选 项 设 置 仿 真 结 果 分 析 项 目 仿 真 值 设 计 值最 高 车 速(km/h) 208.3 160最 大 爬 坡 度（ %） 15.1 7 0-100km/h 加 速 时间 11.2 11.2 项 目 仿 真 值 设 计 值燃 油 消 耗 量（L/100km） 11 11.3 第 五 章 混 合 动 力 汽 车 传 动 系 统 参 数 优 化ADVISOR优 化 方 法 介 绍 传 动 系 统 的 参 数 优 化 ADVISOR优 化 方 法 介 绍 综 合 考 虑 本 设 计 前 文 应 用 ADVISOR 2002软 件 的 效 果 ,决 定 还 是 应 用ADVISOR 2002软 件 提 供 的 (Auto-size)自 动 优 化 方 法 ,Auto-size提 供 了两 种 优 化 方 法 Autosize using Matlab和 Autosize using VisualDOC。其 中 ， Autosize using Matlab使 用 中 分 原 理 和 Matlab内 部 逻 辑 确 定 可 接 受 的 关 键 零 部 件 参 数 范 围 ， 而 Autosize using VisualDOC使 用VisualDOC优 化 软 件 得 到 需 要 的 关 键 零 部 件 参 数 进 行 参 数 优 化 。 在 此 ，本 人 将 分 别 应 用 两 种 优 化 方 法 对 参 数 进 行 优 化 ， 完 成 发 动 机 功 率 、 电 动机 功 率 、 发 电 机 功 率 和 电 池 个 数 等 参 数 的 合 理 匹 配 。 软 件 实 现 参 数 优 化的 流 程 如 图 所 示 Autosize using Matlab优 化 设 置 Autosize using VisualDOC优 化 设 置 参 数 名 称 具 体 数 值速 度 100km/h坡 度 下 限 7%坡 度 上 限 30%初 始 SOC 0.7最 小 SOC 0.4系 统 能 量 使 用 发 动 机 +电 池爬 坡 性 能 约 束 加 速 性 能 约 束 参 数 名 称 具 体 数 值换 挡 持 续 时 间 0.2s系 统 能 量 使 用 发 动 机 +电 池初 始 SOC 0.70 100km/h 11.2s64.5 100km/h 5.3s0 160km/h 24s最 高 车 速 160km/h Autosize using Matlab优 化 过 程 曲 线 Autosize using VisualDOC优 化 过 程 曲 线 Autosize using Matlab仿 真 结 果 Autosize using VisualDOC仿 真 结 果 整 车 仿 真 结 果 分 析优 化 项 目 理 论 设 计 Autosize usingMatlab优 化 结 果 Autosize usingVisualDOC优 化 结 果电 池 数 量 30 21 32发 动 机 最 大 功 率 (kw) 102 85 75电 动 机 最 大 功 率 (kw) 27 35 41最 大 爬 坡 度(%) 15.1 9.2 7最 高 车 速(km/h) 208.3 181.2 166.6 百 公 里 加 速 时 间 (s) 11.2 15.5 9.4燃 油 消 耗 (L/100km) 11 9.9 7尾气排放(g/kw.h) CO 0.844 0.422 0.358HC 3.132 4.306 1.575NOx 0.441 0.386 0.298PM 0 0 0