混合動力電動汽車傳動系統(tǒng)匹配與優(yōu)化

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1、 論 文 構(gòu) 成第 一 章 混 合 動 力 電 動 汽 車 簡 介第 二 章 混 合 動 力 汽 車 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 方 案 研 究 第 三 章 混 合 動 力 汽 車 動 力 系 統(tǒng) 參 數(shù) 初 步 匹 配 第 五 章 混 合 動 力 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 參 數(shù) 優(yōu) 化 第 四 章 并 聯(lián) 式 混 合 動 力 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 的 仿 真 分 析 第 一 章 混 合 動 力 汽 車 簡 介 隨 著 汽 車 工 業(yè) 的 發(fā) 展 ， 汽 車 作 為 一 種 代 步 工 具 ， 汽 車與 我 們 的 生 活 越 來 越 密 不 可 分 。 然 而 ， 汽 車 在 帶 給 我 們 生活 上

2、 的 便 利 的 同 時 ， 也 帶 來 了 很 多 負 面 影 響 ， 如 能 源 危 機和 環(huán) 境 污 染 。 這 成 為 困 擾 汽 車 工 業(yè) 繼 續(xù) 發(fā) 展 的 主 要 障 礙 ，于 是 我 們 不 得 不 尋 找 新 的 替 代 能 源 以 解 決 上 述 問 題 。 在 經(jīng)過 多 年 的 努 力 一 種 切 實 可 行 ， 且 行 之 有 效 的 替 代 方 案 呼 之欲 出 混 合 動 力 電 動 汽 車 。 根 據(jù) 國 際 機 電 委 員 會 下 屬 的電 力 機 動 車 技 術(shù) 委 員 會 的 建 議 ,混 合 動 力 電 動 汽 車 是 指 由 兩種 能 源 或 轉(zhuǎn) 換

3、器 等 作 驅(qū) 動 能 源 ,其 中 至 少 有 一 種 能 提 供 電 能的 車 輛 稱 為 混 合 動 力 電 動 汽 車 。 它 不 僅 降 低 了 燃 油 的 消 耗而 且 改 善 了 排 放 性 能 ， 而 且 技 術(shù) 上 實 現(xiàn) 相 對 簡 單 。 第 二 章 混 合 動 力 汽 車 驅(qū) 動 系 統(tǒng) 方 案 研 究 welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 目 前 混 合 動 力 電 動 汽 車 根 據(jù) 驅(qū) 動 系 統(tǒng)配 置 和 組 合 方 式 不 同 ,主

4、要 分 為 ： 串 聯(lián) 式 、并 聯(lián) 式 和 混 聯(lián) 式 。 綜 合 三 種 驅(qū) 動 形 式 利 弊 ，最 終 選 擇 并 聯(lián) 式 混 合 動 力 電 動 汽 車 。 第 三 章 并 聯(lián) 式 混 合 動 力 汽 車 動 力 系 統(tǒng) 參 數(shù) 初步 匹 配 整 車 基 本 參 數(shù) 與 技 術(shù) 要 求動 力 傳 動 系 統(tǒng) 匹 配 整 車 基 本 參 數(shù)序 號 項 目 參 數(shù) 和 指 標(biāo)1 整 車 整 備 質(zhì) 量 （ kg） 19352 最 大 總 質(zhì) 量 （ kg） 24903 前 輪 距 （ mm） 15624 長 寬 高 （ mm） 4576 1850 16815 軸 距 (mm) 27076

5、 車 輛 迎 風(fēng) 面 積 （ m2） 2.0 7 滾 動 阻 力 系 數(shù) 0.0158 風(fēng) 阻 系 數(shù) 0.419 最 小 離 地 間 隙 (mm) 17510 接 近 角 （ ） 14.411 離 去 角 （ ） 16.2512 質(zhì) 量 分 布 （ %,前 /后 ） 58/42 技 術(shù) 要 求2 3 1 高 速 工 況 油 耗 小 于 8.8L/100km ,城 市 工 況 油 耗 小 于11.3L/100km 城 市 工 況 UDDS下 能 夠?qū)?現(xiàn) 純 電 動 工 作 模 式 ，并 且 純 電 動 續(xù) 駛 里 程 不少 于 32km 車 速 在 100km/h的 最 大 爬 坡 度 大

6、于 7.0% 45 0 100km/h加 速 時間 少 于 11.2s 最 高 車 速 大 于 160km/h 1.發(fā) 動 機 最 大 功 率 滿 足 最 大 車 數(shù) ： max2max)15.21(36001 aaDTe uAuCMgfP 滿 足 最 大 爬 坡 度 ： aaDTe uMgAuCMgfP )sin15.21cos(36001 2 2.主 減 速 器 速 比 的 確 定 滿 足 車 輛 最 高 行 駛 速 度 要 求 ： maxmax377.0 a reu rni 為 了 保 證 車 子 在 最 高 車 速 時 ， 發(fā) 動 機 仍 能 發(fā) 揮 出 最 大 功 率 ， i 的 選

7、 擇 還 應(yīng) 滿 足 ：max377.0 a repu rni 動 力 傳 動 系 統(tǒng) 匹 配 3.最 小 傳 動 比 的 確 定 最 小 傳 動 比 可 以 依 據(jù) 發(fā) 動 機 單 獨 驅(qū) 動 車 輛 時 ， 最 高 車 速 的 功率 平 衡 點 來 進 行 計 算 ， 即 當(dāng) 最 高 車 速 達 到 100km/h時 ， 此 時 發(fā) 動 機工 作 在 最 大 功 率 點 。 15.21 2maxminmax aDr Te AuCMgfriT 所 以 ， )15.21( 2max maxmin aDeT r AuCMgfTri 4.最 大 傳 動 比 的 確 定 滿 足 最 大 爬 坡 度

8、的 要 求 ： 15.21cossin 2maxmax aDr Tae AuCMgfMgriT 所 以 ， )15.21cossin( 2 maxmax aDTe r AuCMgMgT ri 滿 足 附 著 條 件 的 要 求 ： gMriT r Te 1maxmax 所 以 ， TeT gMi max1max 5.變 速 器 檔 位 數(shù) 以 及 各 檔 傳 動 比 的 確 定 本 文 設(shè) 計 變 速 器 檔 位 數(shù) 為 5檔 ， 且 各 檔 比 以 等 比 級 數(shù) 分 配 。 因 為應(yīng) 用 等 比 級 數(shù) 分 配 傳 動 比 的 變 速 器 在 換 擋 過 程 中 ， 發(fā) 動 機 總 是 在

9、 同一 個 轉(zhuǎn) 速 范 圍 內(nèi) 工 作 ， 因 此 駕 駛 起 來 就 方 便 多 了 。 其 次 按 等 比 級 數(shù)分 配 傳 動 比 的 的 變 速 器 在 換 擋 過 程 中 可 以 充 分 利 用 發(fā) 動 機 提 供 的 功率 ， 提 高 汽 車 的 動 力 性 。 根 據(jù) 以 上 分 析 ， 設(shè) 計 各 速 比 如 下 表 ： 一 擋 二 擋 三 擋 四 擋 五 擋 倒 擋3.24 2.09 1.48 1.16 1.00 2.78 6.電 機 參 數(shù) 匹 配 (1)發(fā) 動 機 在 2760 3910r/min的 范 圍 內(nèi) 油 耗 比 較 低 ， 在3220r/min時 達 到 最

10、低 油 耗 ；(2)在 此 轉(zhuǎn) 速 范 圍 內(nèi) 發(fā) 動 機 功 率 在 63 94KW內(nèi) 變 化 。 在3220r/min時 發(fā) 動 機 功 率 為 eP =75KW,完 全 能 滿 足 此 車 正 常 行 駛 功 率 需 求 ； (3)在 上 述 轉(zhuǎn) 速 范 圍 內(nèi) ， 發(fā) 動 機 的 扭 矩 基 本 不 變 ， 而 且 輸 出 最大 扭 矩 ；（ 4） 通 過 上 面 分 析 可 得 ： 如 果 發(fā) 動 機 在 任 何 工 況 下 都 能 在 上述 轉(zhuǎn) 速 范 圍 內(nèi) 工 作 ， 則 發(fā) 動 機 經(jīng) 濟 性 很 好 ， 且 動 力 性 也 很 好 ?；?于 上 述 分 析 則 初 步 可

11、以 確 定 電 動 機 的 功 率 mP =102-75=27KW。7.超 級 電 容 的 參 數(shù) 匹 配功 率 的 確 定 mms PP 容 量 的 確 定 TPE u 0auST 0auu SPE 第 四 章 并 聯(lián) 式 混 合 動 力 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 的 仿 真分 析汽 車 仿 真 軟 件 ADVISOR的 介 紹 汽 車 參 數(shù) 的 變 量 定 義 性 能 仿 真 汽 車 仿 真 軟 件 ADVISOR的 介 紹 它 是 基 于 Matlab/Simnulink平 臺 所 開 發(fā)出 來 的 混 合 仿 真 軟 件 ， 主 要 可 分 為 前 向 仿 真與 后 向 仿 真 方 法

12、 。 ADVISOR 通 過 設(shè) 計 者 所建 立 的 物 理 模 型 ， 結(jié) 合 各 種 行 駛 工 況 和 經(jīng) 過測 試 的 各 總 成 來 建 立 的 實 際 的 或 研 發(fā) 的 HEV模 型 。 汽 車 參 數(shù) 的 變 量 定 義 1.車 輛 模 塊 參 數(shù) veh_description=CA6700 Vehicle； %定 義 汽 車 描 述 變 量veh_CD=0.41； %定 義 風(fēng) 阻 系 數(shù) veh_FA=2.0； %定 義 迎 風(fēng) 面 積 ， 單 位 ： （ m2） veh_front_wt_frac=0.58； %定 義 前 軸 荷 占 整 車 質(zhì) 量 的 百 分 比

13、veh_wheelbase=2.707； %定 義 軸 距 ， 單 位 ： （ m） veh_glider_mass=1935； %定 義 車 輛 滑 行 質(zhì) 量 （ kg） veh_cargo_mass=2490； %定 義 最 大 裝 載 質(zhì) 量 （ 包 括 乘 員 ） ， 單 位 ： kg2.車 輪 模 塊 參 數(shù) wh_radius=0.3322； %定 義 車 輪 滾 動 半 徑 ， 單 位 ： （ m）wh_inertia=40*wh_radius2/2； %定 義 輪 胎 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 單 位 ： （ kg*m2）wh_1 st_rrc=0.00938； %定 義 輪

14、胎 的 滾 動 主 力 系 數(shù)3.電 池 模 塊 參 數(shù) ess_min_volts=144； %定 義 電 池 的 最 小 電 壓 ， 單 位 ： （ V） ess_max_volts=280； %定 義 電 池 的 最 大 電 壓 ， 單 位 ： （ V） ess_module_mun=40； %定 義 電 池 的 數(shù) 量 ess_module_mass=48； %定 義 電 池 的 質(zhì) 量 ， 單 位 ： （ kg） 4.電 動 機 模 塊 參 數(shù) mc_max_crrnt=380； %定 義 電 動 機 的 最 大 電 流 ， 單 位 ： （ A）mc_min_volts=144； %

15、定 義 電 動 機 的 最 低 工 作 電 壓 ， 單 位 （ V）mc_mass=100； %定 義 電 動 機 的 質(zhì) 量 ， 單 位 ： （ kg）5.變 速 器 模 塊 參 數(shù) gb_ratio=3.24 2.09 1.48 1.16 1.00； %定 義 變 速 器 各 檔 速 比 gb_gears_num=max(size（ gb_ratio） )； %定 義 變 速 器 檔 位 數(shù) gb_mass=60； %定 義 變 速 器 質(zhì) 量 ， 單 位 ； （ kg） fb_ratio=4.218； %定 義 主 減 速 器 速 比 fb_mass=30； %定 義 主 減 速 器 質(zhì)

16、 量 ， 單 位 ： （ kg）6.發(fā) 動 機 模 塊 參 數(shù) Fc_eff=0.4； %發(fā) 動 機 的 效 率 Fc_trq_scale=1.04； %發(fā) 動 機 的 扭 矩 因 子Fc_spd_scale=l； %發(fā) 動 機 的 速 度 因 子Fc_max_pwr=100； %發(fā) 動 機 的 峰 值 功 率 (kw)Fc_max_trq=320； %發(fā) 動 機 的 峰 值 扭 矩 (N#m)Cs_fc_init_state=0； %發(fā) 動 機 初 始 狀 態(tài) :O表 示 關(guān) 閉 ,1表 示 開 啟Cs_min_off_time=90； %發(fā) 動 機 重 啟 和 上 次 關(guān) 閉 的 最 短

17、時 間 間 隔 (s) 性 能 仿 真選 取 路 況加 速 度 測 試 選 項 設(shè) 置 爬 坡 度 測 試 選 項 設(shè) 置 仿 真 結(jié) 果 分 析 項 目 仿 真 值 設(shè) 計 值最 高 車 速(km/h) 208.3 160最 大 爬 坡 度（ %） 15.1 7 0-100km/h 加 速 時間 11.2 11.2 項 目 仿 真 值 設(shè) 計 值燃 油 消 耗 量（L/100km） 11 11.3 第 五 章 混 合 動 力 汽 車 傳 動 系 統(tǒng) 參 數(shù) 優(yōu) 化ADVISOR優(yōu) 化 方 法 介 紹 傳 動 系 統(tǒng) 的 參 數(shù) 優(yōu) 化 ADVISOR優(yōu) 化 方 法 介 紹 綜 合 考 慮 本

18、 設(shè) 計 前 文 應(yīng) 用 ADVISOR 2002軟 件 的 效 果 ,決 定 還 是 應(yīng) 用ADVISOR 2002軟 件 提 供 的 (Auto-size)自 動 優(yōu) 化 方 法 ,Auto-size提 供 了兩 種 優(yōu) 化 方 法 Autosize using Matlab和 Autosize using VisualDOC。其 中 ， Autosize using Matlab使 用 中 分 原 理 和 Matlab內(nèi) 部 邏 輯 確 定 可 接 受 的 關(guān) 鍵 零 部 件 參 數(shù) 范 圍 ， 而 Autosize using VisualDOC使 用VisualDOC優(yōu) 化 軟 件

19、得 到 需 要 的 關(guān) 鍵 零 部 件 參 數(shù) 進 行 參 數(shù) 優(yōu) 化 。 在 此 ，本 人 將 分 別 應(yīng) 用 兩 種 優(yōu) 化 方 法 對 參 數(shù) 進 行 優(yōu) 化 ， 完 成 發(fā) 動 機 功 率 、 電 動機 功 率 、 發(fā) 電 機 功 率 和 電 池 個 數(shù) 等 參 數(shù) 的 合 理 匹 配 。 軟 件 實 現(xiàn) 參 數(shù) 優(yōu) 化的 流 程 如 圖 所 示 Autosize using Matlab優(yōu) 化 設(shè) 置 Autosize using VisualDOC優(yōu) 化 設(shè) 置 參 數(shù) 名 稱 具 體 數(shù) 值速 度 100km/h坡 度 下 限 7%坡 度 上 限 30%初 始 SOC 0.7最

20、小 SOC 0.4系 統(tǒng) 能 量 使 用 發(fā) 動 機 +電 池爬 坡 性 能 約 束 加 速 性 能 約 束 參 數(shù) 名 稱 具 體 數(shù) 值換 擋 持 續(xù) 時 間 0.2s系 統(tǒng) 能 量 使 用 發(fā) 動 機 +電 池初 始 SOC 0.70 100km/h 11.2s64.5 100km/h 5.3s0 160km/h 24s最 高 車 速 160km/h Autosize using Matlab優(yōu) 化 過 程 曲 線 Autosize using VisualDOC優(yōu) 化 過 程 曲 線 Autosize using Matlab仿 真 結(jié) 果 Autosize using VisualD

21、OC仿 真 結(jié) 果 整 車 仿 真 結(jié) 果 分 析優(yōu) 化 項 目 理 論 設(shè) 計 Autosize usingMatlab優(yōu) 化 結(jié) 果 Autosize usingVisualDOC優(yōu) 化 結(jié) 果電 池 數(shù) 量 30 21 32發(fā) 動 機 最 大 功 率 (kw) 102 85 75電 動 機 最 大 功 率 (kw) 27 35 41最 大 爬 坡 度(%) 15.1 9.2 7最 高 車 速(km/h) 208.3 181.2 166.6 百 公 里 加 速 時 間 (s) 11.2 15.5 9.4燃 油 消 耗 (L/100km) 11 9.9 7尾氣排放(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