并联混合动力汽车动力系统参数设计及仿真
电动汽车动力系统设计及仿真研究
电动汽车动力系统设计及仿真研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，电动汽车作为一种清洁、高效的交通方式，正受到越来越多的关注和追捧。
电动汽车动力系统是电动汽车的核心组成部分，其性能直接决定了电动汽车的动力性、经济性和环保性。
因此，对电动汽车动力系统的设计及仿真研究具有非常重要的意义。
本文旨在探讨电动汽车动力系统的设计原则、关键技术及仿真方法，并通过案例分析，为电动汽车动力系统的优化设计提供理论支持和实践指导。
我们将介绍电动汽车动力系统的基本组成和工作原理，分析当前电动汽车动力系统的发展趋势和挑战。
我们将详细讨论电动汽车动力系统的关键技术，包括电池技术、电机技术、控制技术等，并分析这些技术如何影响动力系统的性能。
我们将介绍电动汽车动力系统的仿真方法，包括建模、仿真和优化等步骤，并通过实例展示仿真技术在电动汽车动力系统设计和优化中的应用。
本文期望能够为电动汽车动力系统的设计者和研究者提供有价值的参考信息，推动电动汽车动力系统的技术进步和应用发展，为实现可持续交通和绿色发展做出贡献。
二、电动汽车动力系统基础知识电动汽车动力系统作为电动汽车的核心组件，决定了车辆的性能表现和行驶效率。
了解和掌握电动汽车动力系统的基础知识，对于研究和设计高性能的电动汽车至关重要。
电动汽车动力系统主要由电池组、电机、控制器和传动系统等部分组成。
电池组作为动力源，为电机提供直流电能。
电机则将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
控制器则负责调节电机的运行状态，以满足车辆加速、减速和制动等需求。
传动系统则负责将电机的动力传递到车轮上，使车辆得以行驶。
在电动汽车动力系统中，电池组的性能直接影响到车辆的续航里程和充电时间。
目前常见的电池类型包括锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。
其中，锂离子电池因其高能量密度、长寿命和较低的自放电率等优点，被广泛应用于电动汽车中。
电机作为电动汽车的驱动核心，其性能对车辆的动力性、经济性和舒适性等方面都有重要影响。
混合动力电动汽车的动力系统参数设计与仿真
混合动力电动汽车的动力系统参数设计与仿真周美兰;张昊;卢显凎【摘要】针对混合动力电动汽车低油耗、低排放的优势,将原车型改装成并联混合动力汽车,并对其动力系统参数进行设计.基于汽车专用仿真软件ADVISOR,选用NEDC典型道路循环工况对所匹配车辆的动力性、燃油经济性及电池的荷电状态SOC等进行了仿真分析.仿真结果表明,改装后的混合动力汽车燃油经济性有较大改善,动力性能基本不变,实现了在循环工况内的充放电平衡,说明了动力系统的参数设计是合理的.%Aiming at the advantages of low-emission and fuel-efficient with hybrid electric vehicle ( HEV), the original model vehicle is refit into parallel hybrid electric vehicle ( PHEV), and its power system parameters are designed. The dynamic performance, fuel economy and battery state of charge (SOC) are simulated in the NEDC typical driving cycle by vehicle simulation software ADVISOR. The comparisons between the simulation results of two models show that the modified hybrid vehicle is better than the original model vehicle on fuel economy, the dynamic performance is basically unchanged, and the charge-discharge characteristics of battery achieve a balance on driving cycle, so the design of power system parameters is reasonable.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2011(016)004【总页数】4页(P36-39)【关键词】并联混合动力汽车;动力系统;参数设计;仿真【作者】周美兰;张昊;卢显凎【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】U469.720 引言近年来混合动力电动汽车(hybrid electric vehicle，HEV)因其低油耗、低排放的优势已成为世界各大汽车公司竞相开发的热点.混合动力汽车的节能主要得益于采用了怠速启停系统、再生制动(能量回馈制动)、小排量发动机和多能源动力系统的优化控制［1］.根据动力源的数量及动力传递方式，HEV可分为串联型、并联型和混联型.并联式混合动力汽车(parallel hybrid electric vehicle，简称PHEV)采用发动机和电机两套独立的动力系统驱动车轮，以发动机作为主动力装置，电机作为辅助动力装置.这种汽车续驶里程和动力性能比较接近于传统的汽车，但汽车消耗的燃油少，废气排放低，整车实现了高效率的能源利用，避免了汽车在进行起动、加速、爬坡时燃油消耗大、废气排放多的问题［2］.本文依据并联式混合动力汽车的整车动力性要求，对汽车动力系统主要机构参数进行合理的匹配设计.1 混合动力系统参数的设计所选样车为某一国产燃油汽车，并将其改装成并联混合动力汽车.并联混合动力汽车动力系统参数设计主要包括:1)选择发动机功率;2)确定电机各参数(包括电动机额定功率pmr、额定转速Nmr、最高转速Nmmax);3)选择电池参数.1.1 发动机参数的确定发动机是汽车能量来源的主要途径，因此发动机的相关参数设置也就显得优为重要.发动机主要是对其可提供的输出功率进行设置，如果发动机可提供的功率选择过大，那么汽车消耗的油量和废气的排放就会比较严重，如果发动机输出的功率选择太小，又不能满足汽车动力方面的要求，而且还会导致汽车电池数量的增多，这将对汽车的布置方式添加困难［3］.目前对发动机功率的设置一般以发动机能提供汽车最大速度时所需的能量来进行确定，如下式:式中:Pemax为发动机可以提供的最大功率;η为传动系统传递能量的效率;m为总的汽车质量;f为汽车行驶时车轮与地面之间的阻力系数;Uamax为汽车可以行驶的最大速度;CD为空气的阻力系数;A为汽车行驶时的迎风面积.根据发动机提供汽车正常行驶时所需要的功率，由电机对汽车需要的最大功率进行补充这一原则，因此本文的发动机功率可以通过汽车行驶的平均速度来进行设置，用表达式(2)进行计算［4］.式中Pc为汽车正常行驶时发动机的功率，Uc为汽车行驶的平均速度.发动机提供的功率除了用来对汽车进行驱动外，还要留有12%的功率裕量为电池进行充电和汽车爬坡做准备，经过以上计算，所需的总功率为48 kW，因此，本文选择输出功率为50 kW的DA468QA型发动机，图1为所选择发动机的油耗特性MAP图.图1 发动机油耗特性MAP图1.2 电机参数的选择电机本体的特性对电机所能提供的最高转速有很大的关系，对于低速的电机来说，它的恒功率系数β比较小，电机的体积和重量较大，转子输出的电流较高，所能提供的转矩也就较大;而中高速电机恰好相反，大β值是汽车能够稳定的行驶和进行加速时必要的条件，但会对动力系统的驱动轴和齿轮的应力产生影响，所以在对电机的参数进行设置时必须考虑多方面的因素［5］.相应的转速计算如式(3).式中:Nmr为电机额定转速;Nmmax为电机最高转速.本文选择电动机的最高转速Nmmax为4 000 r·min－1，β等于2，即额定转速Nmr为2 000 r·min－1.电机的主要作用就是和发动机一起为汽车提供所需的最大功率，那么电机的功率设置就应该以汽车进行加速和爬坡这两个方面来进行确定［6］.汽车由起动开始加速直到速度为V时的加速时间的计算公式如下:式中:Ft为驱动力(N);Ff为滚动阻力(N)，Ff=frmag·cosα;Fw为空气阻力(N);δ为转动质量换算系数.爬坡度α的公式如表达式(5).式中fr为滚动阻力系数.并联混合动力汽车的驱动力计算如下:式中:Vmr为电机输出额定转速时汽车的速度;Pmr为电机额定功率;Vmode为对汽车进行设置的行驶车速;Pe(V)为汽车的速度为V时发动机所提供的功率.电机输出的最大功率为根据以上计算，选择交流异步电机，额定功率为27 kW.1.3 电池参数的选择电池是为电机单独驱动汽车时提供能量的，因此电池所能提供的功率必须满足电机的要求.由于电池的电压都是确定的，那么对电池功率的选择就转变为对电池数量的选择.上文中，对电机功率参数的选择考虑到为电池进行充电的问题，所以，只要电池提供的能量能满足汽车以纯电动模式工作时所需要的能量即可［7］，其计算公式如式(8):式中:ness表示所需电池的数量;ηme表示电机将电池提供的电能转化为机械能的效率;ηm表示汽车的机械效率;Umodel表示所选型号电池的电压;C表示所选型号电池的电容.Wroad是在电池驱动电机单独为汽车提供驱动力的条件下，汽车在平直路面上以50 km/h的速度行驶30 km时所消耗的能量，由公式(9)确定，即式中:Pele为汽车由电机单独驱动时功率的需求;Vele为此时的车速，为50 km/h;t 为行驶过程中所消耗的时间.本文所选镍－氢电池组SOC值在0.6～0.8之间，标称电压为1.2 V，总电压的平均值为160 V，总容量为8 Ah.2 仿真及结果分析为了验证所建立的仿真模型［8］和设计参数的正确性及有效性，需要在特定的环境下进行仿真分析，本文选用在欧洲新驾驶循环(New European Driving Cycle－NEDC)下进行仿真.NEDC是我国的市区和城郊相结合的综合循环工况，包括了多种典型的行驶工况，包括起步、加速、匀速、急加速及制动等行驶过程.NEDC工况中，平均车速20.64 m·s－1，最高车速74.56 m·s－1，加速时最大加速度为3.46 m·s－2，制动时最大加速度为－2.59 m·s－2，整个工况循环所用时间为1 184 s，循环路程6 790 m.根据前面确定的各部件参数，在NEDC循环路况下利用汽车专用仿真软件ADVISOR进行仿真，仿真结果如表1和表2所示.从表2可以看出改装后的PHEV虽然动力性降低，但仍满足动力性要求，这说明，动力系统的参数设计比较合理.将表2与表1对比还可以看出，改装后的PHEV的燃油经济性有较大提高. 表1 原车型仿真结果原车型最大爬坡度/%最高车速/(km/h)油耗/(L/100km)35.601827.90半载34.111828.15空载滿载31.151828.35表2 PHEV性能仿真结果PHEV最大爬坡度/%最高车速/(km/h)油耗/(L/100km)节油率/%空载34.41181.66.8513.3半载33.12181.67.0913.0滿载29.65181.67.2812.8图2为NEDC道路循环工况图.在NEDC工况下，采用模糊优化控制策略的仿真结果，如图2到图7.从图3中可以看出，发动机转速是随着循环工况而不断改变，在加速时，电机提供额外转矩，而减速时，电机工作于发电状态，回收能量为蓄电池进行充电.图6为循环工况下SOC值变化情况，从图中可以看出，SOC是动态变化的，最大值为0.7，最小值为0.627，上下变化0.073，从变化量来看波动是比较小的，同时SOC变化的最终值为0.684，基本实现了在循环工况内的充放电平衡.从以上仿真结果来看，发动机、电机和电池的选择是合理.图2 NEDC道路循环工况图3 结语混合动力汽车集成了传统驱动系统和电动驱动系统，以不同转换装置的能量作为动力源为汽车驱动提供能量.与传统汽车相比，混合动力汽车可以通过合理控制和匹配获得良好的油耗和排放.以上分析和仿真结果表明，本文所设计的动力系统参数是合理的，改装后的并联混合动力汽车提高了整车的燃油经济性，废气排放降低，汽车的动力性能比较好，并实现了典型道路循环工况内的充放电平衡，对实车开发具有实质性的指导作用.参考文献:【相关文献】［1］雷芳芳.我国新能源汽车的发展［J］.汽车工程师，2009，8(5):12－14.［2］ HAN S B，CHANG Y H，CHUNG Y J.Fuel Economy Comparison of Conventional Drive Trains Series and Parallel Hybrid Electric Step Vans［J］.International Journal of Automotive Technology，2009(10):235－240.［3］杨伟斌，秦大同.轻度混合动力汽车动力元件的选型与参数匹配［J］.重庆大学学报，2003，26(11):6－10.［4］杨伟斌，吴光强.混合动力汽车传动系优化匹配及性能仿真［J］.同济大学学报，2006，34(11):37－43.［5］周春国，冯莉，刘凯，等.并联混合动力汽车动力分配装置的建模与仿真［J］.西安理工大学学报，2006，22(1):54－57.［6］ CHAN C C，ALAIN B，CHEN K Y.Electric，Hybrid，and Fuel－CellVehicles:Architectures and Modeling［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2010，59(2):589－598.［7］张欣，郝小健.并联式混合动力汽车动力总成控制策略的仿真研究［J］.汽车工程，2005，27(8):141－145.［8］周美兰，张宇，王旭东.单轴并联式混合动力汽车动力总成的建模与仿真［J］.电机与控制学报，2009，13(1):36－40.。
并联混合动力汽车驱动系参数匹配
并联混合动力汽车驱动系参数匹配张忠伟,文建辉(无锡科技职业学院,江苏无锡 214028)摘要:通过ADV I S OR2002软件对并联混合动力汽车进行仿真。
以动力性、经济性为控制目标同时考虑电池的荷电状态,对并联混合动力汽车进行仿真分析,分析驱动系各元件参数对整车性能的影响;研究驱动系组成元件的参数选择和参数间的合理匹配。
关键词:混合动力汽车;并联混合动力;参数匹配中图分类号:U469.72 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2007)06-0063-03Parametric Matching of D rivetrain for Parallel Hybrid Electric VehicleZHAN G Zhong 2w ei,W EN J ian 2hui(W uxi Pr ofessi onal College of Science and Technol ogy,W uxi 214028,China )Ab s tra c t:Based on the s oft w are ADV I S OR2002,the si m ulati on modal of the asse mbly power and vehicle of theParallel Hybrid Electric Vehicle (PHE V )has been set up.W ith the contr ol targets f or power characteristic and for fuel characteristic,this paper still considers the state of charge mean while;this thesis p resents a si m ulati on analysis of the PHE V and the influence on vehicle characteristic by component para meters of drivetrain,and studies the parametric choice and p r oper para metric matching a mong drivetrain component .Key wo rd s:Hybrid electric vehicle;Parallel hybrid electric vehicle;Para metric matching 混合动力汽车驱动系有串联、并联和混联三种形式。
混合动力汽车动力系统的仿真与设计
混合动力汽车动力系统的仿真与设计【摘要】本文介绍了混合动力汽车动力系统的基本设计方法，根据设计的性能要求对动力系统参数进行了设计，用电动汽车仿真软件ADVISOR对整车性能进行了仿真计算，验证了参数设计的合理性。
【关键词】混合动力汽车;动力系统;仿真;设计一、前言新能源汽车的发展是我国汽车行业的战略性发展方向。
在新能源汽车中，混合动力汽车继承了石油燃料高比能量和高比功率的优点，弥补了纯电动汽车续驶里程短的不足，使其成为当前新能源汽车领域最为切实可行的方案[1]。
混合动力汽车设计的过程中，动力系统的参数设计是其关键部分，本文针对动力系统相关参数的设计与计算，讨论了混合动力汽车动力系统参数设计的一般思路和方法。
二、混合动力汽车动力系统参数设计1.发动机参数设计发动机是混合动力汽车的主要动力来源，因此，发动机的参数选择是整个动力系统参数设计的重要部分。
对发动机参数的设计主要工作是对发动机功率的选择。
如果发动机功率选择过大，汽车的燃油消耗就会严重，经济性能差;如果发动机功率选择较小，后备功率就小，动力性能不足。
发动机功率的选择是由汽车在单驱动工况下行驶的最大速度及其爬坡度来决定的，即：其中，Pemax为发动机最大功率;为传动系效率;为最高车速;m为汽车的总质量;为滚动阻力系数;为空气密度;CD为空气阻力系数;A为迎风面积。
由于混合动力汽车发动机提供的是汽车正常行驶时的平均功率，因此，发动机功率的选择主要是根据汽车匀速行驶的工况下功率的值，使发动机工作在经济性能最好的区域，用下式计算：其中，Pe为汽车正常行驶时的功率;为汽车的平均行驶速度。
2.电机参数设计混合动力汽车使用的电机具有这样的特性：电机以小于额定转速工作时，处于恒定转矩的工作模式，反之，处于恒定功率的工作模式。
电机本身的质量、尺寸、损耗等因素都直接影响着最高转速，对传动系尺寸的大小也有较大的影响。
电机的最高转速与额定转速的比值，称为电机扩大恒功率区系数β。
混合动力汽车动力系统设计与仿真
混合动力汽车动力系统设计与仿真混合动力汽车是一种结合了传统内燃机和电动机的动力系统，具备高效、高性能和环保等特点。
其动力系统设计与仿真是混合动力汽车开发的关键环节，它能够帮助工程师们优化系统的组成和调整参数，进一步提高汽车的燃油经济性和性能表现。
混合动力汽车动力系统的设计需要综合考虑内燃机、电动机和电池等多种组件的配合和相互作用。
首先，内燃机在混合动力汽车中仍然起到主要的动力供给作用，并负责为电动机充电。
在设计与仿真过程中，需要确定内燃机的类型、功率和转速范围等参数，并考虑其与电动机直接联动的方式。
其次，电动机是混合动力汽车的关键动力源之一，通过与内燃机的协同工作，实现动力输出与节能的双重目标。
在设计与仿真中，需要确定电动机的类型（如永磁同步电机、异步电机等）、功率和控制策略等要素。
此外，还需要考虑电动机与传动系统的匹配和整车的整体布局。
最后，电池作为混合动力汽车的能量存储装置，其设计与仿真主要涉及电池的类型选取（如锂离子电池、镍氢电池等）、容量规划和电池管理系统的设计等。
此外，还需要考虑电池的体积、重量以及安全性等因素对整车性能和操控的影响。
为了更好地完成混合动力汽车动力系统的设计与仿真任务，可以采用以下方法和工具：1. 建立数学模型：根据混合动力汽车的动力系统结构和工作原理，建立相应的数学模型，主要包括内燃机、电动机、传动系统和电池等组件的数学表达式。
通过对模型的分析和仿真，可以评估不同参数和配置对整车性能的影响。
2. 仿真软件应用：利用专业的仿真软件，如MATLAB/Simulink，AMESim，AVL Cruise等，对混合动力汽车的动力系统进行仿真分析。
通过调整模型中的参数和策略，可以研究不同工况下的能耗、加速性能和排放等指标，从而优化动力系统的设计。
3. 实验验证：在仿真分析的基础上，设计并搭建混合动力汽车的原型车辆，进行实验验证。
通过实际测量和数据对比，可以验证仿真结果的准确性，并进一步改进动力系统的设计。
电力辅助型混合动力汽车参数设计与仿真技术应用
力汽车， 并设计动力 系统各参数 ， 对相应匹配车辆的动力性及其在循环工况下的燃 油经济性进行 了仿真 ， 并与原 车型的燃油消耗 进行 了对 比分析 。实验结果表明， 改装后的混合动力汽车燃油经济性有很大改善 ， 废气排放量降低 ， 汽车动力性 能也得到提高。 关键词 ： 混合动力汽车 ； 仿真技术 ； 电力辅助型； 参数设计
混合动力汽车 ， 简称 Ｈ Ｅ Ｖ， 其动力 系统基本 配置 为 ： 一 台发动 ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ — ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｎ Ｒ Ｅ Ｌ ）开 发 的基 于 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 电动 汽 机、 电池和至少一台电机。 通过多动力源 ， 促使车辆在动力的分配之 车动 力性 和 经济 性 分析 与仿 真 的设 计 软件 Ａ Ｄ Ｖ Ｉ Ｓ Ｏ Ｒ进 行研 究 。 ４ 模 块建 立 上， 灵活性得到增强 ， 可以在稳定车辆性 能的前提下使油耗和排 放 降低 ， 而混合动力系统的动力参数 ， 譬如发动机和电动机 的功率 、 转 通过对传统的汽车进行改 型后的车型 ， 在其 中增加 了电动机的 矩、 转速及传动系的速 比等 ， 在 车辆 的动力、 排放 、 燃油经济性上都 辅助动力 ， 在传动系统和整 车的控制系统上有 了较大 的改变 ， 而且 会有着相应的影响。在这里面 ， 混合动力系统的各类参数设置情况 与 Ａ Ｄ Ｖ Ｉ Ｓ Ｏ Ｒ中 自定义的并联混合动力汽车也存在不 同的地方 ， 其 以及协 调 性 对于 混合 动 力 汽车 的性 能 是起 着 最 为直 接 的作 用 的 。 因 中的建模重点是集 中在建立传动系统 统进 行 研 究 的过 程 中 ， 要优 化 设 计参 数 ， 对 于 在 系统 控 制器 和 控制 策 略等 方 面 进行 的设 计 ， 针对 本 文 的模 型建 立 过 程， 现 以控 制策 略 为例 进行 介 绍 。 仿 真 以及 开 发 的过 程 中起 着重 要 的作 用 。 １对汽车动力传动系统的参数设计 通常情况下 ， 混合 动力汽车 的车载动力源有两种 ， 必须保证两 针对 于 汽 车动 力 系统 的驱 动 系 统 参数 设 计 ， 其 最 为重 要 的是 要 者 之 间相 互协 调 的工 作 ，这 就 需要 制 定 出 良好 的对 其控 制 的策 略 ， 确定发动机和电动机 的功率大小 ， 电池组 容量 、 在将所 涉及 到的总 用来控制发动机和电动机 的工作状况和功率的输出。 控制策略对混 成质量纳入其中最为考虑对象。与此同时， 电力辅助型混合动力汽 合 动力 汽 车 的性 能联 系 是很 紧 密 的 ， 在 汽车 的动 力性 要 求 得 到满 足 车发动机 的功率要能够在匀速行驶 的最高速度以及长时间匀速爬 的前提下 ， 对于每类部件 的特性及汽车的运行情况 ， 控制策略要能 坡行驶所要求 的功率情况相满足 ， 相对来说 ， 电机则需 要提供 车辆 够针对性的进行能量 的合理分配 ，实现整车系统效率达到最高 ， 获 在加 速 或 路面 的 实 际坡度 相 对 较大 行驶 时 的最 高 功率 。 得最大的燃油经济性、 最低的排放以及驾驶性能的平稳。 １ ． １动 系统 的功率 与 质量 的计算 Ｓ Ｏ Ｃ （ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ） 扭矩 平 衡 控制 策 略 的 思想 通 过 对 电池 Ｓ Ｏ Ｃ 首先 ， 要确定发电机以及 电动机的功率 ， 这就需要确定车辆在 的状态 以及需求的扭矩之间产生一个修正的扭矩 ，能够使 电池 的 路面情况加速行驶的时候所需要的功率情况 ， 其次是要确定最大的 Ｓ Ｏ Ｃ状态 维 持在 制 定 的最 高 和最 低 状 态 的 中间 ， 同时 保证 发 动 机 的 加 速 功率 情况 。通常 情况 下 ， 车辆 所 需要 的加 速 功率 以及爬 坡 功 率 工作点维持在高效范围内， 其控制要点是 ： 是 两个 方 面组 成 的 ： （ １ ） 当 条件 要 求 汽 车 行 驶 速 度 为允 许 的最 低 速 度 时 候 ， 应 该 以 其一 ， 是车辆 的质量 线性 相关 ； 其二 ， 是跟质量没有关 系的常 电机 运 行 的方 式 。 量， 便于克服空气 阻力产生 的影 响。 在通常情况下 ， 车辆所要求的爬 （ ２ ）当条件要求 汽车行驶速度大于发动机能提供的最大扭矩 电机则提供辅助扭矩。 当发动机在给定转速下运行在低效率时 ， 坡度并不高 ， 因此 ， 加速 的时候所需要功率就要 比爬坡 的时候大一 时 ， 些 。同时， 通过将功率引入 ， 进行系数的相关计算 ， 以此在计人 自身 发动 机 会关 机 ， 通 过 电机 提供 所需 的转 矩 。 与此 同 时 ， 当 电池 的充 电 重量情况下 ， 方便 了各驱动系统部件功率是计算 ， 并可 以了解其所 状态 比最 高值 和最 低值 相 加 得 出 的平 均 值 时要 低 的时候 ， 发动 机 会 提供额 外的转矩给电机 ，运用此种能发电的电机方式来给 电池发 带来 的影 响 。 电。当制动能量重新再生时 ， 电机再将电池充满。 １ ． ２汽车系统质量的总成 汽 车质 量 的组 成 是通 过 四个方 面 构 成 的 ：驱动 系统 的质 量 、 底 ５汽车的仿真分析 盘非传动部件质量 、 传动系质量 以及汽车车身与载重部分 。其中驱 在Ｃ Ｙ Ｃ — Ｈ ＷＦ Ｅ Ｔ循 环 路况 下 ， 通 过利 用美 国能 源部 可 再 生 能源 实验室开发 的系统仿真软件 Ａ Ｄ Ｖ Ｉ Ｓ Ｏ Ｒ，设 置同等控制策略对是否 动 系统 的 质量 组成 同样很 四个部 分 形成 ： Ｍ Ｍ ＋ Ｍ ＋ Ｍ Ｍ 。 其 中， Ｍ 为发电机质量 ； Ｍ 电池组质量 ， 单位 ｋ ｇ ； Ｍ 为电动机 考虑总成质量的选型的车辆进行燃油经济 、 排放及动力性 的仿真实 验。 质量 ， 单位 ｋ ｇ ； Ｍ 为传统变速系统质量， 单位 ｋ ｇ 。 他们 的总成功率 比为 ： ｓ ｓ ｓ 以及 ｓ ，其功率的要求分别 我们 可 以 了解 到考 虑总 成 质 量 选 型 的 混合 动力 系统 比未 考 虑 总成质量设计 选取总成参 数 的汽 车总体性要 优越许 多 ，同时在 为， Ｐ Ｐ ｝ ｌ 咀 、 Ｐ 和 Ｐ 。 Ｙ Ｃ — Ｈ ＷＦ Ｅ Ｔ循环 路 况下 ， 发 动 机 的油 耗 同 比减 低 了 ８ ． ４ ７ ％， 燃 油 的 其各 部分质量计算方 法为 ： Ｍ ＝ Ｐ ｓ ， Ｍ ＝ Ｐ ￣ ／ Ｓ ， Ｍｍ ￣ ＝ Ｐ ｍ Ｊ Ｓ ｍ Ｃ 经 济 性 相 对 提 高 。 同 比下 Ｈ Ｃ 、 Ｃ Ｏ，排 放 对 应 减 少 ９ ． ７ １ ％， ６ ． ２ ２ ％， Ｍ＝ ＝ Ｐ ＪＳ 。 ６ ． ３ ９％ 。 部件效率计算方式为 ： １ １ Ｔ １ 和 。 ６ 结束 语 每个 驱 动 系统 的最 大功 率 计 算 方式 为 ： Ｐ ＝ Ｐ ｓ ／ ￣ ｌ ， Ｐ ＝ （ Ｐ 一一 Ｐ ｓ ） ／ 本文在对 电力辅助型混合动力系统 的运行工况进行 了分析的 Ｐ ｌ １ 址 ＝ （ Ｐ 一一 Ｐ ／ （ 妇 ’ ， Ｐ ｈ ＝ Ｐ — Ｔ １ 。 时候 ，通过将动力总成 自重考虑在 内的总成参数方法进行设计 ， 获 其中： Ｐ 为车辆匀速爬坡情况下所需要的功率情况 ； Ｐ ａ 一为车辆在水 得 了动力传动系统参数 的确定值 ； Ａ Ｄ Ｖ Ｉ Ｓ Ｏ Ｒ仿 真软 件同时也对动 力 系统 进行 燃 油 、 动力 经 济性 仿 真 。 仿 真 结 果显 示 ， 动力 总成 参 数 的 平 路 面 最大 速 度之 下所 需 要 的功 率 。
并联式混合动力汽车的建模和仿真
采用混合仿真方法， 利用在 Ｍａｔｌａｂ 和 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 软 件 环 境 下 开 发 的 电 动 汽 车 仿 真 软 件 ＡＤＶＩＳＯＲ， 分 别 建 立 汽 车 动 力 学 模 型、发动机模型、电动机模型、蓄电池模型和传动系模型， 通过分 析 各 部 件 总 成 ， 修 改 相 应 各 总 成 参 数 ， 最 后 在 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中 仿 真 运行。
３．１．３ 发动机的万有特性模型
（ ４）
（ ｂ） 正向仿真方法 图 ２ ＰＨＥＶ 仿真方法
３ 仿真模型的建立
ＰＨＥＶ 动力总成系统模型包括动力系统模型、控制器模型、 机械传动及汽车动力学模型三部分。动力系统模型又包括发动 机模型、电动机模型和蓄电池模型， 机械传动模型包括扭矩耦合 器 模 型 、变 速 器 模 型 和 主 传 动 模 型 。
＊ 来稿日期： ２００６－ １１－ １７
－ ７８ －
高爱云等： 并联式混合动力汽车的建模和仿真 ３．１．２ 发动机转速计算模型
第７期
（ ３）
（ ａ） 反向仿真方法
式 中 ： !ｆｃ， ｉｄｌｅ 为 发 动 机 怠 速 转 速 ； !ｆｃ， ｐｒｅｖ 为 前 一 时 间 步 发 动 机 转 速； △ｔ 为仿真时间步长； 其它同式（ １） 和式（ ２） 。
思想， 各系统子模块间通过一定的总体构造关系进行联系与计 算， 这样便于模型的建立与修改。汽车仿真模型的总体构造方法 有 反 向 建 模 、正 向 建 模 和 混 合 建 模 三 种 ［２］。 反 向 仿 真 模 型 从 满 足 循环工况要求出发， 计算动力系统各部件必须提供的转矩、转速 和功率等 ， 仿真信息 沿 整 车 阻 力 模 型 、车 轮 模 型 、传 动 系 统 模 型 最终到达动力总成模型。反向建模与仿真不考虑驾驶员的意图 以及动力系统（ 尤其 是 离 合 器 和 变 速 器） 的 动 态 过 程 ， 计 算 步 长 较大， 且计算速度快。正向仿真模型中， 系统输入为加速踏板信
基于ADVISOR并联混合动力汽车的参数设计与仿真
参数名称 轴距Imm 变速器型式 整车、满载质量Ikg 迎风面积Im2 空气阻力系数
滚动阻力系数
数值 + %66 . 挡，F# - +.6，- %G6 +H6% 6,5( 6,6(5 +
参数名称 车轮滚动半径I2
洁环保型交通工具— ——混合动力汽车（HEV）。HEV可 型，以等效燃油消耗量和加速时间为优化目标，同时运
以较好地解决城市环境污染问题，缓解石油短缺问题， 用带精英策略的非支配排序遗传算法 （NSGA-Ⅱ）和
大量节省能源。因此 HEV将成为未来汽车工业的发展 ISIGHT优化软件对 HEB传动系参数进行多目标优化，
2018（7）
20技18术年聚7焦月
设计·创新
基于 ADVISOR并联混合动力 汽车的参数设ຫໍສະໝຸດ 与仿真 !朱华 牛礼民 吕建美
（安徽工业大学）
摘要：基于提高混合动力汽车的爬坡性能和燃油经济性的基本要求，以并联混合动力汽车（"#$%）为研究对象，以某传统汽 车传动系参数为参考，根据 "&$% 动力系统结构布置，提出了参数匹配的基本原则与实施方法，对某型轿车的发动机、电动 机及蓄电池等参数进行合理的选择与匹配，并搭建多智能体系统模型，最后在软件 '(%)*+, -../ 中进行仿真分析。结果 表明：所选车型的各项性能指标达到了设计要求，与原型车相比爬坡性能和燃油经济性显著提高，此设计方法对 "&$% 的
理论和经验公式对混合动力系统进行了初步匹配，然 力汽车（PHEV），根据其传动系统的结构，针对 PHEV
后基于正交试验理论设计了 4因素正交试验，对选取 的特点，对发动机、电动机及蓄电池等参数进行合理的
的部件参数进行优化，得到了一组最优参数组合方案， 选择与匹配，并搭建了多智能体系统模型，在软件 AD-
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能源短缺和环境污染两大问题已成为世界性的挑战．而汽车在这两大问题 周均 中均扮演着主要的负面角色．如何减少汽车对能源的消耗和对环境的污染关系
到人类的可持续发展．由于蓄电池技术尚未成熟。纯电动汽车的发展受到制约。
无疑．混合动力汽车是目前比较理想的发展方向之一。 混合动力汽车动力系统参数（发动机功率、电动机功率、扭矩及传动系速比
各参数匹配的基本步骤是：１）发动机功率；２）电 机各参数（包括电动机额定功率尸ｒ…额定转速Ⅳｍ，、
最高转速Ⅳ。一）；３）电池参数选择（功率及容量）； ４）传动系的传动比。 ３．１发动机功率的选择
选择发动机的功率是很关键的一个环节。如果 发动机功率选择过大．车辆燃油经济性和排放性能 就得不到改善：发动机功率偏小，后备功率就会小， 又不能满足车辆动力性要求。在设计常规汽车时， 通常从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动
整备质量（ｋ曲 总质量取西
迎风面积【ｍ，
风阻系数 滚动半径（ｒ／ｍ）
发动机功率／取聊主减速器速比变速器Ｉ—Ｖ档速比最高车速（ｋｒｎ／ｈ）最大爬坡度 鬻毒謦｜舔薯ｌ｜Ｉ薯§建ｔ §ｏ鼍毽鹞摹搠矗鑫ｘＡ≮套ｌ瓠。｜≥桶％
表２常规车型性能仿真结果
厦杰利
最大爬坡度
一零鸶辫麟警§一 §国？｜鹫！堡毓！
半载
３５．１１
Ｐｃ＝杀（器时嵩杀ｕ０３） （２）
除了车辆行驶需求的功率外．发动机单独驱动 车辆匀速行驶时还应有一定的为电池充电的功率 裕量（１０％左右）、ｌ％。２％的爬坡功率裕量及附件功 率（特别是有空调时），这些功率之和应该是发动机 工作在经济区能输出的功率。
本文选定某汽油发动机．最大功率为３７ ｋＷ。其 燃油消耗特陛曲线如图３所示。质量流Ｑ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ） 为单位时间燃油消耗量。
本文中ｎ。。＝６５００，ｎ。＝５ ５００，计算后得到 ４．９８≤ｉｏ、＜５．８８。主减速器速比仍选用５．５。 ４．２变速器各档传动比的确定
变速器的最大速比主要是根据发动机单独驱 动时的最大爬坡度．同时考虑车轮附着极限来选 择。即发动机的最大驱动力应大于或等于车辆上坡 时的车轮滚动阻力和坡度阻力．亦即变速器Ｉ档速 比应该满足下式：
转矩高。转子电流大，电动机尺寸和质量较大，内在 损耗也较大。高速电动机有着与之相反的优点。但 和低速电动机相比，大口值电动机会增大传动系的 传动比，也会使驱动轴扭矩和齿轮应力增大。但大口 值是车辆起步加速和稳定运行所必需的。所以在选 择电动机时必须协调考虑电机最高转速、齿轮应力 和传动系尺寸。目前，一般选用中高速电动机（最高 转速在６ ０００～１５ ０００ ｒ／ｍｉｎ），扩大恒功率系数ＪＢ一 般在４。６。相应地，电动机额定转速为：
张林杜子学文孝霞栾彦龙
ｐｏｗｅｒ ｉｓ ｎｏｔ ｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｒａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｄｅｓｉｒａｂｌｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｍｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ＰＨＥＶ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
２ ＰＨＥＶ布置方案和能量管理策略 混合动力汽车不同于纯电动汽车，它要求电池
电量在循环工况的始末能够实现基本平衡．而不需
要外界对其进行能量补充．电动机的作用主要是协 调发动机不合理的Ｔ况而使发动机尽量工作在最
佳经济区域．从而降低发动机燃油消耗率和减少排 放。在车辆制动时，电动机转换为发电机回收制动
能量给电池充电。
舀≤堡巡霉掣型竺坠监 （７） １，ｏＩ ｅｍｏｈ
式中：仅。。，。—一最大爬坡度：
咒一——发动机最大输出扭矩： ｍＨ。。——为ＰＨＥＶ的总质量。 虽然对比原车型增加了电池组和电动机．但发
动机相比原车型有所减小，所以这里假设ｍ删＝ｍ。
因此，ｉ。。≥３．９８５，取以。＝３．９８５。Ｉ～Ｖ档传动比依次 为：３．９８５、２．８１８、１．９９５、１．４１２、１。
混合动力汽车有串联、并联和混联３种布置方
式．本文采用发动机轴组合式并联混合动力汽车的
布置方案．如图２所示。 本文所采用的能量管理策略与Ｈｏｎｄａ Ｉｎｓｉｇｈｔ
混合动力汽车类似。在车辆起动或节气门全开加速 时．发动机和电动机同时工作，共同分担驱动车辆 所需的动力：车辆正常行驶时，电动机关闭，仅由发 动机丁作提供车辆行驶所需动力．若车辆轻载，发动 机发出的功率可以一部分通过电动机转化为电能 给蓄电池充电：车辆制动或减速行驶时，电动机工 作于发电机模式．通过功率转换器给蓄电池充电。 ３动力元件的选择及参数匹配
图１常规车型仿真模型
万方数据
１３
１原车型各参数动力性要求及性能仿真 本文所选的某常规车型的各参数及动力性要
求见表１。选用ＥＣＥ—Ｒ１５城市循环工况．对其进行 性能仿真。得到相应的动力性、经济性和排放性结 果（表２）。本文主要以燃油经济性为设计目标．所以 排放性结果在这里并未给出。
表１常规车型各参数及动力性要求
等）对车辆的动力性、燃油经济性和排放性能均有显著影响，其动力系统参数之 间是否协调匹配将直接决定混合动力汽车能否达到节能和环保的要求。所以在
一重庆交通学院一 研制混合动力汽车的过程中．混合动力车的动力传动系统匹配设计的研究在车 型开发和仿真分析中都有着举足轻重的作用。
本文首先选择一种现有成熟的常规车型，图１为此常规车型的ＣＲＵＩＳＥ仿
万方数据
１５
供的电量必须大于电动机持续做的总功。
镍一氢（Ｎｉ—ＭＨ）电池具有很高的充放电循环寿 命和充放电效率等优点．故能迎合混合动力汽车经
常性充放电的要求。镍一氢电池ＳＯＣ工作区在Ｏ．２。
０．８之间具有较低的充放电内阻．所以在设计能量管
理策略时应使其始终工作在该区间。本文所选镍一氢
电池组ＳＯＣ在０．２。０．８之间充电内阻平均值为
摘要 首先对一常规车型用
ＣＲＵＩＳＥ软件进行仿真分析．得
出其动力性和经济性结果。再改
装此车型为并联混合动力汽车．
并选择设计动力系统各参数。再
次通过仿真得出改装后的性能。
和原车型相比．动力性基本不
变．燃油经济性却有较明显的改
善．说明动力系统参数的匹配是
合理的。 关键词 常规车型并联混合动力汽车参数设计仿真
Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆＰａｒａｌｌｅｌ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ａｃｏｍｍｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｉｔｓ ｐｏｗｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｂｙ
真模型。 使用先进
的汽车整 车模拟分
欠件ＣＲＵＩＳＥ对其进行模拟分析． ［｛其动力性及燃油经济性。然后将
Ｅ型改装设计成为并联混合动力汽
ＰＨＥＶ）．在满足原有车型动力性的 Ｒ下．以混合动力汽车燃油经济性
乏计目标．对动力系统进行参数匹 殳计．再以ＣＲＵＩＳＥ和ＭＡＴＬＡＢ／
ＩＵＬＩＮＫ为平台．对其模拟分析．最 芒现一个理想的燃油经济性。
（％）（ｋｍ／ｈ）（ｔｌｌｏｏ ｋｍ） （％）
差毫零嚷墼÷箍鹂爨囊鞠ｓｊ国ｌ ３§漶薅ｉ ｉ｜｜鼍薹≤囊ｔ
半载
３４．２１
１３１．７
５ ２９ ５．４４
ｉ６ ｉ６
１６．０５
麟黪蠹｜露ｉ！ｆ ｉｌｌ：
ｉ ３０１５３
ｉ３Ｌ７
嚣舔。媛剃ｊ？
而对电池的要求．循环前后应该基本保持ＳＯＣ
不变，仿真分析的结果表明，电池的选择基本满足 这个要求。图６为ＥＣＥ—Ｒ１５循环工况（满载）ｓｏｃ
ｕｓｉｎｇ ＣＲＵＩＳＥ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｉｓ ｃｏｍｍｏｎ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｄｅｌ ｉｎｔｏ ａ Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ（ＰＨＥＶｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ
最高车速
！！唑！
ｉ３２ ２
１３２．２
百公里油耗
！坚！塑堕！
６．３１ ６．４８
．受ｌ鳖釜ｉ：誊鍪鍪．羔釜釜。．塑塑．。。≥：．．一：二．。．！量丝．一一一二．垒签一一 这些仿真结果在这里只起个参照物的作用．我
们的目的是设计并优化并联混合动力汽车传动系 统各参数．得到的ＰＨＥＶ仿真结果与这里的结果进
行对比．判断设计的参数是否合理匹配。
５匹配结果仿真分析 从表３可以看出．通过ＣＲＵＩＳＥ仿真分析．改装
后的ＰＨＥＶ虽然动力性稍有降低．但还是满足提出 的动力性要求．这说明动力系统各参数匹配对动力 性而言比较恰当。对于燃油经济ｊ生。如表３所示．汽 车空载、半载和满载的仿真结果均有所改善。
表３ ＰＨＥＶ性能仿真结果
ＰＨＥｖ
最杏爬坡度最高车速百公里油耗节油率
电动机的最高转速和本身的尺寸、质量及内在
损耗等都有直接的关系．对传动系尺寸也有很大的
影响。低速电动机扩大恒功率区系数口较小，额定
图５电机效率图
３．３电池参数的确定 ．电池是用来向电动机提供电力功率的，所以它
必须满足电动机工作的要求。电池在不同的荷电状 态（ＳＯＣ）ＴＸ寸应不同的内阻和峰值功率，在ＳＯＣ工 作区内峰值放电功率必须大于电动机的最大功率。 另外，电池总电量也要满足汽车连续加速和爬坡时 电动机做功的需求，即电池在ＳＯＣ工作区内所能提
机的功率．即：
Ｐｅ一２杀＿（盟ｔｔａｎ一＋孝箭Ⅱａｏ） （１）
式中：Ｐｅ。。＿一发动机最大功率； 叼，——传动系效率；
ｍ厂—＿—车汽轮车滚总动质阻量力：系数：
“…，——最高车速；
万方数据
图２ ＰＨＥＶ仿真模型 １４
Ｇ厂空气阻力系数；
Ａ——汽车迎风面积。 由于本文并联混合动力汽车采用由发动机提 供车辆平均行驶功率．由电动机提供峰值功率的控 制策略．因此其功率值的选择主要应考虑车辆匀速 行驶时的功率需求。确保在巡航车速‰下，发动机 能工作在最佳经济区。（２）式为车速在‰下发动机 应提供的行驶功率：