PRIUS混合动力汽车驱动系统键合图建模仿真
第26卷 第1期2004年1月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY V o l.26 No.1 Jan.2004PRIU S 混合动力汽车驱动系统键合图建模仿真高海鸥,王仲范,邓亚东(武汉理工大学汽车工程学院,武汉430070)摘 要: 在深入研究丰田公司出产的PRI U S 混合动力汽车驱动系统及其各单元的动态关系的基础上,运用键合图原理对该系统进行数学建模,并应用M atlab /Simulink 进行仿真计算和研究。
研究表明,所建模型可以较准确地反映P RIU S 的动态特性,并通过发现解决多动力耦合中弹性与柔性耦合影响导致的车速波动,证明使用键合图建模的优越性。
关键词: PRI U S; 混合动力汽车; 驱动系统; 键合图; 仿真; 波动中图分类号: V 469.72文献标识码: A 文章编号:1671-4431(2004)01-0063-03收稿日期:2003-09-25.基金项目:教育部课题(02175).作者简介:高海鸥(1978-),男,硕士生.E -mail :gh o 1978@sina .co m随着石油资源的日益匮乏,寻找新能源、新技术的要求日益迫切。
人们越来越关注代用燃料汽车和电动汽车的开发。
使用电动汽车(electric v ehicle 简称EV )可实现无污染,并可利用水电等其它非石油资源,因此,这无疑是解决问题的最有效途径。
但由于电池的能量密度与汽油相差上百倍,远未达到人们的要求,专家估计在10年以内纯电动汽车还无法取代燃油发动机汽车。
在此情况下,混合动力汽车成为短期内解决排放污染和能源紧缺的有效途径之一。
在现代设计方法中,应用计算机技术开展系统建模仿真显得尤为重要,由于混合动力车系统的复杂性,目前国外的一些系统仿真软件无法对汽车系统进行全面、完整的描述。
因此,决定使用键合图理论对汽车系统进行仿真[1]。
在深入分析了PRIU S 混合动力汽车驱动系统的基础上,用键合图方法建立系统动态模型,并进行仿真分析。
1 PRIUS 混合动力电动汽车驱动模式日本丰田公司开发的PRIUS 是世界上第一种大批量生产的混合动力汽车。
驱动模式如图1所示[2],它采用四缸发动机(4500r /min ,52kW )和2台永磁同步电动机(1040～5600r /min ,33kW )共同驱动。
3个图1 PRI U S 混合动力电动汽车驱动系统简图动力源通过行星齿轮系统连接起来构成多能源的耦合驱动。
发动机和行星架相连,齿圈轴和电动机(主要功能驱动汽车,在能量回收时发电)传动轴相联并驱动传动轴,太阳轮轴和发电机(主要功能发电,但起动时驱动)相联。
发动机所发出的扭矩可以通过行星机构传递到驱动轴上驱动汽车,也可以驱动发电机,其扭矩的分配由动力分配装置控制;发电机既可以向电池充电,也可以给电动机提供能量。
2 驱动系统键合图模型根据键合图原理[3],首先建立各个子系统的键合图模型,然后再耦合成系统模型。
图2 动力源键合图模型 图3 行星齿轮机构键合图模型2.1 子系统键合图模型1)动力源 此系统主要是研究驱动系统的键合图模型,其中包括3个动力源:发动机、电动机、发电机。
对每个动力源简化为一个势源S e1作为系统的能量输入,用惯性元件I 1表示动力源的旋转惯量,忽略动力源的力矩损失,得到动力源的键合图模型,如图2所示。
2)行星齿轮机构[4] 行星齿轮机构3个输入彼此通过传动比在齿圈啮合位置达到共势耦合,并考虑行星齿轮机构的柔度和惯量。
建立如图3所示的模型。
图中TF 1表示由太阳轮到内齿圈的传动比(行星架不动);TF 2表示由行星架到内齿圈的传动比(太阳轮不动);行星齿轮机构的惯性I 1;太阳轮的柔度C 1;内齿圈的柔度C 2。
3)主减速器和差速器 在研究主减速器和差速器时,应充分考虑到旋转部分的惯量、弹性、阻尼和速比变换等,在这里键合图模型从略。
4)车轮 弹性车轮是十分复杂的部件,采用键合图原理可以建立描述弹性车轮和地面相互作用关系的动态模型。
I 和C 元件表示车轮的惯性和柔度,R 元件表示地面作用车轮的阻尼损失。
从动车轮模型可以通过相似的方法建立。
键合图模型从略。
5)车身 在车辆行驶时,车辆自重、空气阻力和爬坡阻力等作用于车身。
忽略轴荷转移,并认为空气阻力作用于车的质心。
建立模型,惯性元件I 表示车的平移质量惯性,阻性元件R 表示车辆所受到空气阻力和爬坡阻力。
通过等速特性的元件1连接起来。
键合图模型从略。
2.2 整车驱动系统的键合图模型根据各个系统功率流的相互关系,将各子系统连接起来得到整车的驱动系统键合图模型,由于本系统的传动方式灵活多样,所以在建模中分别由4种工况表示,在动态特性仿真时,通过设定一些特定变量来控制工况的交替变换。
1)当加速行驶或爬坡时,3个动力源同时驱动汽车。
键合图模型如图4所示。
2)正常行驶时由发动机和电动机驱动汽车,同时驱动发电机给电池充电。
该键合图将工况1)中由7、8、9、10、11、12键反向获得。
3)当起动和低速行驶状态时,只由电机或发电机驱动汽车,并起动发动机。
该键合图将工况1)中由1、2、3、4、5、6键反向获得。
4)减速制动时,只要将由车轮到2个电机驱动源的功率流的方向取反。
图4 3种动力源同时驱动PRI U S 混合动力电动汽车的键合图模型在图4中各元件分别表示:T f 为单侧车轮滚动阻力矩;F w 为混合动力车的空气阻力;F i 为混合动力车的爬坡阻力;C 4为太阳轮的柔度;C 17为内齿圈的柔度;C 21为差速器的柔度;C 30,C 31为半轴的柔度;C 40,C 41为轮胎的柔度;I 2为发电机的转动惯量;I 8为发动机的转动惯量;I 10为行星齿轮机构的转动惯量;I 14为电动机的转动惯量;I 18为减速器的转动惯量;I 26,I 27为半轴的转动惯量;I 34,I 35为轮胎的转动惯量;I 46为车身质量。
64 武 汉 理 工 大 学 学 报 2004年1月3 仿真模型根据键合图理论列出状态方程,并利用Ma tlab /Simulink 仿真软件建立仿真模型。
在系统中,运用前向的仿真顺序,首先输入工况图然后根据当前工况决定发动机的油门开度,以及电动机和发电机的电子节气门开度。
通过所建立的模型算出汽车可以达到的车速,然后反馈给控制系统调整踏板开度。
所得到的仿真结果如图5所示。
由此可见,运用键合图理论可以较精确的对PRIUS 的驱动过程进行动态建模。
在Adv iso r 平台上和运用键合图理论同时仿真0.5s 的加速过程,比较结果如图6所示。
从图6可以看出运用Adv iso r 的仿真结果曲线十分平滑,但是运用键合图理论的仿真结果却存在震荡,这是由于PRIUS 是多能源耦合,由于耦合处弹性的影响,使得最终结果出现了波动情况。
由此可见,使用键合图理论可以更精确的反映PRIU S 驱动过程中的细微之处,并且按照理论,出现这种情况,在设计中就应该相应的更改部件尺寸,或者加上一个阻尼减震器,这些更改在依据键合图理论的模型中是很容易做到的,所得仿真结果见图7。
图5 仿真结果 图6 同Adv iso r 仿真结果比较 图7 加阻尼减震器后仿真结果比较4 结 论a.PRIUS 由于使用多种能源,驱动系统是一个相当复杂的系统,使用键合图理论,可以十分形象而真实的表达PRIUS 的多种驱动方式。
经过实践证明,PRIU S 的键合图模型和仿真方法是有效的,可以用于动态特性分析和控制系统设计。
b.通过仿真研究发现多种能源的耦合会导致车速的波动,解决的方法就是在多种能源耦合的地方增加一个阻尼减震器增大惯性作用来减小速度波动。
参考文献[1] 潘亚东.键合图概论——一种系统动力学方法[M ].重庆:重庆大学出版社,1990.[2] Shuji N aga nno ,Kunio M o risa wa ,Hideakl M a tsul ,et al .Hybrid D riv e Sy stem W herein Planetar y Gea r M echa nism isDiaposed Radially Inwa rdly o f Stato r Coil of M o to r /Genera tor [P ].U S Pate nt N umber 6155364.2000-05-28.[3] 卡诺普D C,罗森堡R C.系统动力学——应用键合图方法[M ].胡大,邓延光译.北京:机械工业出版社,1985.[4] Ta ehy un Shim.Intr oduction to Physical Sy stem M odeling U sing Bo nd Gr aphs [R ].Dearbo rn :Univ ersity of M ichig an-Dea rbo rn ,2000.Modeling and Simulation of Hybrid Drive System on the ToyotaPRIUS Based on Bond GraphGAO Hai -ou ,W AN G Zhong -fan ,D EN G Ya -dong(Sch oo l o f Auto mo tiv e Engineering ,W U T ,Wuhan 430070,China )Abstract : Based o n the applicatio n of bond gr aph in th e hy brid driv e system o n the To yo ta P RIU S is discussed in detail .To solv e the ma thema tic model of the hybrid driv e sy stem,the M atla b /S imulink is used.T he simula tio n r esult show ed that using the bo nd g raph co uld r eflect the dy na mic char acteristic in effect.And the adv antag e of simula tio n o n bond g ra ph is testified by so lving the fluctuatio n of the r esult effectually.Key words : P RIU S; hy brid; driv e sy stem; bond g r aph; modeling and simulation; fluctua tio n 65第26卷 第1期 高海鸥,等:PR IU S 混合动力汽车驱动系统键合图建模仿真 。
电动汽车仿真软件PSAT的应用
电动汽车仿真软件PSAT的应用
张翔;赵韩;钱立军;张炳力
【期刊名称】《轻型汽车技术》
【年(卷),期】2003(000)012
【摘要】本文介绍了应用电动汽车仿真软件PSAT 5.1对日本丰田公司的混合动力轿车Prius的仿真技术,它包括分析PSAT采用前向仿真方法对Prius的建模过程,Prius轿车的动力系统结构和仿真参数.最后给出了仿真结果,并进行了具体分析.该文能为企业设计混合动力轿车提供参考.
【总页数】4页(P17-20)
【作者】张翔;赵韩;钱立军;张炳力
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院;合肥工业大学机械与汽车工程学院;合肥工业大学机械与汽车工程学院;合肥工业大学机械与汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.电动汽车的仿真软件及其应用 [J], 仇建华;张珍;陈刚
2.电动汽车仿真软件PSAT [J], 张翔;赵韩;钱立军;张炳力
3.电动汽车仿真软件ADVISOR的应用 [J], 张翔;赵韩;钱立军;张炳力
4.电动汽车仿真软件PSAT [J], 张翔;赵韩;钱立军;张炳力
5.纯电动汽车电动机性能仿真软件设计 [J], 范例;田晓雪
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Prius混合动力系统分析
A 版新能源汽车Prius 混合动力系统分析李建如 (上汽股份汽有限公司技术中心)孙 芳 (哈尔滨工业大学)【摘要】 介绍P ri us 混合动力系统的结构,按照传统工况对车辆进行了试验,并由此对混合动力系统的控制策略进行了分析。
【主题词】 混合动力 汽车 分析尽管我国汽车零部件产业总体水平有了很大提高,但仍然严重滞后于整车发展,尚未摆脱弱、小、散的局面。
市场集中度低、自主开发能力弱、高新技术产品少、长期投资不足,已成为制约汽车产业发展的关键因素。
/十一五0期间,汽车零部件工业要全面提升产业竞争力,不能再走单纯靠投资拉动增量、靠大集团建立封闭零部件制造体系、靠过度依赖国外技术和整车企业的发展道路,而要抓住国家支持自主创新的战略机遇期和国际汽车产业转移的契机,进行必要的战略调整,促进产业结构、产品结构的优化升级和开发能力的提高,满足整车发展的需要和市场的需求。
对于机械类零部件要提倡自主开发、培育自主品牌,扩大国内外配套份额,进一步做大、做强企业;机电类零部件要加快形成产品研发能力,形成一批具有国际竞争力的骨干企业;电子类零部件要充分利用国内外技术资源,尽快掌握核心技术,形成一批具有高新技术、能为多家配套的企业,积极参与整车企业产品开发,与整车企业建立长期战略伙伴关系,进入国际市场。
(玉 争)收稿日期:2007-03-131 Prius 简介第一代Pri u s 于1997年12月在日本上市,2000年进行小改款后面向北美和欧洲销售,2003年9月推出了第2代车型。
表1给出了两代Prius 的主要参数。
该车所采用的发动机专门为混合动力系统设计,并采用电动助力转向等技术以尽量降低能耗。
与第1代相比,第2代Pri u s 增加了电动空调、一键式起动等功能。
本文的主要研究对象为2001款Pri u s ,但未考虑空调工作状态对控制策略的影响,也未考虑电机和电池的工作效率。
2 P ri us 混合动力系统结构Pri u s 采用混联式的机械结构,包括2个电机,即MG1和MG2,MG1主要用于调速,MG2主要作为驱动电机,2个电机均可以作为发电机和电动机。
新能源车辆动力系统的建模、仿真及优化算法
新能源车辆动力系统的建模、仿真及优化算法新能源车辆动力系统建模、仿真及优化算法是新能源汽车领域的关键问题之一。
该问题主要涉及到电池、电机、控制器等多个方面，需要对各个部件进行系统建模与分析，并提出相应的优化算法，以提高新能源车的整体性能。
建模方面，根据新能源车辆的实际情况和工作原理，可采用不同的建模方法，如基于物理原理的建模、基于统计学模型的建模、基于神经网络的建模等。
其中，基于物理原理的建模是一种较为常用的方法，能够准确地描述电池、电机、传动系统等部件的物理特性，并利用物理公式对其进行计算模拟。
仿真方面，通过对建立的模型进行仿真，可以得到部件的工作性能、功率输出、能量转换效率等参数，并得到整车的动力性能、能耗性能等指标，从而为新能源车辆的设计和优化提供有效的依据。
优化算法方面，目前广泛应用的算法包括PID控制算法、模型预测控制算法、基于遗传算法的优化算法等。
其中，基于遗传算法的优化算法是一种较为有效的方法，能够对多个参数进行优化，并考虑到不同变量之间的相互影响。
综上所述，新能源车辆动力系统建模、仿真及优化算法是新能源汽车领域中的重要问题，其研究将为新能源车的设计和优化提供有效的理论依据，同时也有助于推动新能源汽车产业的发展。
一、新能源车背景概述（一）新能源车的定义新能源车是指以新型能源为动力的汽车，它采用的能源比传统燃油车更加环保、经济、节能，包括电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。
（二）新能源车的发展历程新能源汽车的概念和技术在上世纪就已经开始研究，但直到21世纪，随着环境污染和能源危机的凸显，新能源汽车才开始大力推广。
国内外政府涌现出一系列鼓励新能源汽车发展的政策。
中国政府发布了一系列《新能源汽车产业发展规划》，并出台多项补贴政策，促进新能源汽车市场增长。
（三）新能源车的发展现状随着新能源汽车技术的日益成熟，越来越多的新能源车型开始进入市场。
截至2021年，我国新能源汽车保有量已超过500万辆，市场规模不断扩大。
混合动力电动汽车的动力系统设计与仿真
混合动力电动汽车的动力系统设计与仿真一、本文概述随着全球对环境保护和能源可持续发展的日益关注，混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）作为一种能够有效降低燃油消耗、减少尾气排放并提升能源利用效率的交通工具，受到了广泛的关注和研究。
本文旨在深入探讨混合动力电动汽车的动力系统设计，包括其主要组成部分、设计原则、关键技术以及仿真模型的构建与验证。
本文首先将对混合动力电动汽车的基本概念和分类进行简要介绍，明确研究背景和研究意义。
随后，将详细阐述混合动力电动汽车动力系统的核心组成部分，如内燃机、电动机、电池组、能量管理系统等，并分析这些部件在车辆运行过程中的相互作用和影响。
在设计原则方面，本文将强调混合动力电动汽车动力系统的整体优化和性能平衡，包括动力性、经济性、排放性等多方面的考量。
同时，还将探讨动力系统设计的关键技术，如能量管理策略、电池管理系统、控制算法等，并分析这些技术在提升车辆性能和效率方面的作用。
为了验证和评估混合动力电动汽车动力系统的性能，本文将构建相应的仿真模型。
该模型将基于实际车辆参数和运行状态，综合考虑各种外部因素，如道路条件、驾驶员行为、环境温度等。
通过仿真模型的运行和分析，可以预测车辆在不同场景下的性能表现，并为后续的优化和改进提供依据。
本文将总结混合动力电动汽车动力系统设计的挑战和趋势，展望未来的发展方向和应用前景。
通过本文的研究，旨在为混合动力电动汽车的设计和开发提供有益的参考和启示。
二、混合动力电动汽车概述混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicles, HEVs）是一种结合了传统内燃机车辆和纯电动车辆优点的汽车类型。
它们通常配备有内燃机和一个或多个电动机，能够根据行驶条件自动或手动地在不同的动力源之间切换。
本节将概述混合动力电动汽车的基本概念、分类、工作原理以及其在现代交通系统中的重要性。
混合动力电动汽车结合了内燃机车辆和纯电动车辆的特点，旨在提高燃油效率和减少排放。
超轻度混合动力传动系统建模和仿真
超轻度混合动力传动系统建模和仿真惠金芹;郭家田;张伯俊【摘要】分析超轻度混合动力汽车及其传动系统,采用键合图理论,建立了超轻度混合动力汽车高速纯无级调速工况下的整车传动系统键合图模型,列出高速挡传动系统的状态方程.建立整车控制仿真模型,制定高速挡控制策略并进行了仿真分析.%The paper analyzes the super-mild hybrid electric vehicle and its transmission system, and by the bond graph theory, the whole machine bond graph model of the super-mild hybrid electric vehicle under the high-speed pure stepless speed regulating condition is established, with the state equation for high-speed transmission system formed. The simulation model for whole vehicle control is established, and high-speed block control strategy is formulated, with simulation analysis as well in the paper.【期刊名称】《起重运输机械》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】4页(P16-19)【关键词】混合动力汽车;传动系统;键合图;仿真【作者】惠金芹;郭家田;张伯俊【作者单位】山东科技职业学院汽车与工程系,潍坊261053;山东科技职业学院汽车与工程系,潍坊261053;天津职业技术师范大学汽车与交通学院,天津300222【正文语种】中文【中图分类】U463.20 引言超轻度混合动力汽车通过采用新的传动方式和匹配控制策略［1］，所需电机功率小，传动效率及能量回收率高，可降低节能减排所需的成本，结构布局如图1所示。
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。
混合动力公铁牵引车驾驶意图识别模型建立与仿真
驾驶意图识别模型是在MATLAB/Simulink 环境下建立的，驾驶意图识别仿真模型如图2所示，运用MATLAB 中模糊逻辑工具箱建立驱动意图识别模块、制动意图识别模块，分别对驱动意图、制动意图进行识别，最后输出识别结果[3]。
2模糊控制器建立本文以驱动意图识别为例，详述其模糊控制器的建立过程，而制动意图模糊识别器的建立过程基本一致。
MATLAB 模糊工具箱如图3所示，它包括了输入变量编辑窗口（input1）、模糊规则编辑窗口以及输出变量编辑窗口（output1），通过菜单选项（edit ）可以增加或减少输入输出编辑窗口。
根据本文制定的车速模糊变量，对相关限制参数进行设置。
运用模糊工具箱建立的车速隶属度函数如图4示，隶属度函数曲线反映出不同论域区域所对应的语言值。
根据本文制定的加速踏板开度模糊变量，建立的加速———————————————————————作者简介:李振（1993-），男，河南周口人，硕士，研究方向为军用车辆设计与试验工程。
图1驾驶意图识别过程图2驾驶意图识别仿真模型图3MATLAB 模糊工具箱踏板开度隶属度函数如图5所示。
根据本文制定的加速踏板位移变化率模糊变量，运用模糊工具箱建立的加速踏板位移变化率隶属度函数如图6所示。
根据本文对识别结果的划分，运用模糊工具箱建立识别结果隶属度函数如图7所示。
根据本文制定的模糊规则，运用模糊工具箱建立模糊控制规则如图8所示。
模糊规则的形式采用语言型（verbose），对上述三个模糊输入量分别选择所对应的语言值，在选择输出识别结果的语言值，则生成一条完整的控制规则。
建立驱动意图模糊识别控制器如图9所示。
3驾驶意图识别仿真分析利用MATLAB模糊工具箱建立驱动意图及制动意图识别模块，选取混合动力公铁牵引车在公路行驶模式下的一段运行工况，如图10所示。
对驾驶意图进行仿真识别，识别结果如图11所示。
从图11可以看出，此运行片段涵盖了牵引车驻车、缓制动、一般制动、紧急制动、起步、平缓加速、一般加速、紧急加速等驾驶意图。
基于PID控制的混合动力客车循环球式EPS建模与仿真。
／（ — — ４ ０：
其中：
±
２ ：
（ ｓ ）
（４ １）
系 统 的结 构参 数 ，也 是表 征 汽车 操 纵稳 定 性 的一 个重 要 参数 。
４ 进 入 稳态 所经 历 的时 间
ｚ ＋４ （ ｓ＋ （ ＋Ⅳ ） Ｚ ｓ ＿ ）
Ｎ ＢＣ ＋ ２ ｓ
２ ２
３ Ｅ Ｓ 力学方程和车辆横摆 角速度对转 Ｐ动 向盘转 角的传递 函数
３ １ Ｅ Ｓ动 力学方 程 ． Ｐ
Ｒ ＋Ｎ 古 ２ ＋
ｊ２ ｓ Ｎ ３６ ＬＮ ６ ２ｙ ｄ Ｎ 十 Ｎ ｔ ｌ
＝
Ｎ ｋ ２ ｓ￣ ｋ｛ ３ ａ ＋ ． Ｏ ＋ｙ ｅｄ＋ Ｋ
中图 分 类 号 ：Ｕ ６ ．４ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ ．８ １ ０ ２０ ．７ ．４ ４３ ４ ６ ２４ ０ （ １ ）１０ ００ ２
随 着汽 车 工业 的发展 ，人们 对现 代 汽车 提 出 了更高 的要求 。不仅 要 求有 良好 的动力 性 、安 全
性 ，对 其 经济 性 、操 纵稳 定 性和 舒 适性 也逐 渐 重
７ ０
机 电技 术
２１ 年 ２ ０２ 月
基 于 Ｐ Ｄ控制 的混合动 力客车循环 球式 Ｅ Ｓ建模 与仿 真 Ｉ Ｐ
丁 志 刚 宋 洪烈
（ 建工程学院机 电及 自动化工程系 ，福建 福州 ３ ００ ） 福 ５ １８ 摘 要：建立 了混合动 力客车用循环球式 电动 助力转 向系统（ Ｐ ） Ｅ Ｓ主要模块 的数学模型 ，并在 此基 础之上 ，结合汽
（ ２ ＋ ＋ ２ 警
２ ￣ ３ ｓ （） Ｎ Ｎ Ｋ Ｓ ＋Ⅳ２ ３ Ⅳ ： Ｏ（ Ⅳ３ ｋ ） 十
丰田PRIUS混合动力传动系统分析与建模
( b) 第三代 PRIUS 传动系统结构 1 发动机 ; 2 扭转减振器 ; 3 MG 1 ; 4 动力分离装置 ; 5 MG 2 ; 6 传动链 ; 7 中 间齿轮 ; 8 主减速器齿轮 ; 9 驱动桥 ; 10 MG 2 减速齿轮 图2 PRIUS 传动系统结构
位 kg/ s。 2. 2 动力分离装置 行星齿轮机构作为动力分离装置, 是混联混合动力 汽车传动系统的重要部件。它包括 3 个元件: 太阳轮 ( Sun gear) 、 行星架( Carrier) 和齿圈 ( Ring gear) , 如图 4 所 示。元件之间通过轮齿啮合连接在一起, 假设太阳轮啮 合半径 S , 齿圈啮合半径 R, 齿圈旋转角速度 r 、 太阳轮 旋转角速度 s , 行星架旋转角速度 c, 行星轮自转角速 度
Abstract It is basic and essential work to establish the system model for the development , simulation and opti mizat ion of powertrain and energy management of the hybrid electric vehicle. The powertrain architecture is analyzed for understanding the basic principle and difference among hybrid powertrin system of the three generat ions of Toyota/ PRIUS. The powertain, power split mechanism, motor/ generator and traction battery model are constructed. Model of kinematics, dynamics and conservation law of the Toyota/ PRIUS hybrid electric vechical powertrain system are con structed based on a uniform powertrain archit ecture. Key words Hybrid electric vehicle Modeling Powertrain system Planetary gear ( Toyota Hybrid System) 采用 了由动力分离装置将并联 式混合系统和串联式混合系统组合在一起的混联式结 构, 具有较好的燃油效率和行驶性能。该系统由发动 机、 蓄电池、 发电机、 电动机、 动力分离装置、 动力控制 单元组成, 如图 1 所示。动力分离装置采用行星齿轮 机构 , 可以将发动机的动力分成两部分 , 一部分用来直 接驱动车轮, 另一部分用来发电, 给电动机供应电力和 给蓄电池充电。 第一代和第二代 PRIUS 的传动系统采用的是四轴 结构, 如图 2a 所示。发动机、 扭转减振器、 动力分离装 置、 电动/ 发电机 MG 1 和电动 / 发电机 MG 2 布置在第 1 轴上 , 第 1、 2 轴之间通过传动链连接, 第 2、 3 轴之间为 中间齿轮 , 第 3、 第 4 轴之间为主减速器齿轮。动力分 离装置采用了行星齿轮机构, 发动机与行星架相连 , 电 动/ 发电机 MG 1 与太阳轮相连 , 电动/ 发电 机 MG 2 与 齿圈相连。动力分离装置按照一定的控制策略将发动 机的动力分配给 MG 1 和 MG 2, MG 2 通过传动链、 中间 齿轮 和主 减速 器 齿轮 减 速之 后 驱动 车 轮。 第三 代 PRIUS 的传动系统采用了三轴结构, 如图 2b 所示。为
HEV驱动系统的键合图建模和仿真计算
2004093HEV 驱动系统的键合图建模和仿真计算3高海鸥 王仲范 邓亚东(武汉理工大学汽车工程学院,武汉 430070) [摘要] 在深入研究某种混合动力汽车(HEV )驱动系统及其各单元动态特性的相互关系的基础上,运用键合图原理对该系统进行数学建模,并应用Matlab/Simulink 进行仿真计算和研究。
研究表明,所建模型较准确地反映HEV 的动态特性,并发现由于多动力耦合中弹性与柔性耦合影响导致的载荷与运动波动,并证明调整阻尼可有效减小波动。
叙词:混合动力汽车,驱动系统,键合图,建模,仿真Modeling and Simulation for Drive System of HybridElectric Vehicle Based on Bond GraphG ao H aiou ,W ang Zhongfan &Deng YadongSchool of A utomotive Engi neeri ng ,W uhan U niversity of Technology ,W uhan 430070 [Abstract] Based on the principle of bond graph ,a model for the drive system of hybrid electric vehicle(HEV )is set up and a simulation is carried out using Matlab/simulink 1The results show that the bond graph based model can accurately reflect the dynamic characteristics of HEV 1It is also discovered that there are some fluctuations in load and movement ,which however can effectively be reduced by adding an absorber 1K eyw ords :HEV,Drive system ,Bond graph ,Modeling ,Simulation3教育部课题“混合动力电动汽车计算机模拟及设计软件开发”(重点02175)资助。