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混合动力耦合系统用永磁式行星齿轮电机的优化设计与运行工况研究的开题报告1.选题背景与意义现代社会对环境保护和节能减排的要求一日千里，而汽车是其中的重要方面。
为了满足环保的要求，车辆动力结构正从传统的内燃机驱动转向混合动力、纯电动和燃料电池等新能源驱动。
混合动力在保证汽车动力性能的同时，可以显著降低燃料消耗和污染排放，因此在未来一段时间内将持续发展。
在混合动力车辆中，永磁式行星齿轮电机是目前最常用的电机之一，其优异的动力性能和高效率使得车辆动力能够得到极大的提升，这也是本文选择该问题进行研究的主要原因。
2.研究内容与方法本文将从永磁式行星齿轮电机的设计和运行工况两个方面展开研究。
具体来说，本文将使用有限元方法建立混合动力汽车永磁式行星齿轮电机的三维模型，并通过最优化算法对其进行优化设计，使其在不同工况下的效率达到最优。
同时本文还将对电机在车辆运行工况下的动力性能进行仿真和分析，评估其适用范围和局限性，最终得出理论结论。
3.预期成果本文旨在对永磁式行星齿轮电机的设计和运行工况进行研究，以期对混合动力车辆动力结构的优化有所贡献，从而提高车辆的性能和效率。
具体成果如下：（1）建立混合动力汽车永磁式行星齿轮电机的三维模型，并通过优化算法对其设计进行优化；（2）对永磁式行星齿轮电机在车辆运行工况下的动力性能进行仿真和分析；（3）探索永磁式行星齿轮电机在混合动力车辆中的应用范围和局限性；（4）得出理论结论，并为混合动力车辆动力结构的优化提出建议和方向。
4.研究难点及解决方案（1）难点：永磁式行星齿轮电机的设计和优化需要考虑多个参数和约束条件，优化过程较为复杂。
解决方案：采用最优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来进行电机优化设计，提高优化效率和精度。
（2）难点：车辆运行工况下的动力性能分析需要考虑多个因素，如路况、负载、车速等，仿真较为困难。
解决方案：采用车辆动力学仿真软件（如ADAMS、Simulink等）进行仿真分析，从而得出车辆运行工况下电机的动力性能。
2021年第2期第48卷机械・1・新能源混合动力汽车动力传动系的参数匹配与仿真计算祖炳洁，高坤*,马驰(石家庄铁道大学机械工程学院，河北石家庄050043)摘要：根据某款中型轿车的能源改造需求，对并联混合动力方案及传动系关键部件参数进行了选型与计算。
选择单排行星齿轮机构作为混合动力输出的转速耦合装置，并尽力保持原车传动系制造工艺变动较小的原则；在ADVISOR2002环境中，建立了发动机、电动机、转速合成器、变速器、减速器等装置组成的动力传动系统整体仿真模型。
依据整体仿真模型对混合动力车辆的动力性和经济性做了仿真分析，并对动力传动系参数的匹配方案做了初步优化。
关键词：混合动力汽车；转速合成装置；动力参数匹配；传动系参数优化中图分类号：U463.2文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2021.02.001文章编号：1006-0316(2021)02-0001-06Parameter Matching and Optimization of Power Train ofNew Energy Hybrid Electric VehicleZU Bingjie,GAO Kun,MA Chi(School of Mechanical Engineering,Shijiazhuang Tiedao University,Shijiazhuang050043,China) Abstract:According to the energy transformation needs of a medium-sized car,the key components of its new energy parallel hybrid power scheme and drive train were selected and calculated.A single-row planetary gear mechanism is selected as the speed coupling device for hybrid power output,and the composition of other mechanisms of the original car's drive train is remained unchanged.In theADVISOR2002environment,an overall simulation model of power transmission system have been established,which includes the engine, electric motor,speed synthesizer,transmission,reducer and other devices.The dynamic and economic performance of the hybrid electric vehicle are simulated and analyzed,and the matching scheme of the power train parameters is initially optimized.Key words:hybrid electric vehicle；speed synthesis device；power parameter matching；drive train parameter optimization相对于传统燃油汽车和纯电动汽车，混合实现了两者优点的折衷统一，并能极大拓展能动力汽车在节能、环保、动力性、比功率方面源选择的空间，因此在电池技术尚未取得突破收稿日期：2020-08-13基金项目：国家自然基金项目：独立驱动电动载货汽车三维耦合动力学及纵-横-垂向协调控制(11972238);河北省教育厅重点项目：新能源混合动力汽车动力传动系的匹配与优化(ZD2020346)作者简介：祖炳洁(1961-),女，河北秦皇岛人，硕士，教授，主要研究方向为车辆工程。
混合动力汽车驱动系统参数设计及匹配研究的开题报告【一、选题背景和意义】近年来，随着环境污染和能源紧缺问题的加剧，混合动力汽车引起了人们的广泛关注。
混合动力汽车一般指既运用传统燃油发动机，又利用电动机驱动车辆的一种新型节能环保汽车。
它不仅能够提高能源利用率和环保性，而且还能够享有传统汽油发动机的宽广应用能力，满足消费者的各种驾驶需求。
因此，混合动力汽车的发展前景十分广阔。
混合动力汽车的驱动系统是混合动力汽车的关键技术，其设计参数和匹配技术直接影响混合动力汽车的经济性、环保性和安全性等方面的性能。
因此，深入研究混合动力汽车驱动系统的参数设计及匹配技术，对推进混合动力汽车的发展具有十分重要的意义。
【二、研究目标和主要内容】本文旨在深入研究混合动力汽车的驱动系统参数设计及匹配技术，主要包括以下内容：1、混合动力汽车的发展现状与前景分析。
2、混合动力汽车驱动系统的分类和组成结构。
3、混合动力汽车驱动系统参数设计的原理、方法和技术。
4、混合动力汽车驱动系统参数的匹配原则、方法和技术。
5、混合动力汽车驱动系统参数设计与匹配的实例分析和验证。
【三、研究方法和技术路线】本文采用文献综述、案例分析和实验验证等方法，针对混合动力汽车驱动系统的参数设计及匹配技术进行深入研究。
具体技术路线如下：1、收集并综述国内外混合动力汽车的发展现状和相关领域的研究成果。
2、分析混合动力汽车驱动系统的分类和组成结构，了解各个组成部分的工作原理和相互关系。
3、研究混合动力汽车驱动系统参数设计的基本原理和方法，并根据实际情况选择适当的设计参数。
4、分析混合动力汽车驱动系统参数设计与匹配的原则和方法，研究匹配技术和匹配优化方法。
5、实例分析和验证，通过实验和数据分析，验证混合动力汽车驱动系统的参数设计和匹配技术的可行性和有效性。
【四、预期研究成果】通过本研究，预期可以获得以下成果：1、深入了解混合动力汽车驱动系统的原理和技术，为混合动力汽车的研究和发展提供有益的借鉴。
混合动力汽车驱动系统参数匹配与策略研究随着能源储备的枯竭和环境污染的严重性，混合动力汽车逐渐成为世界各国的汽车发展趋势之一。
混合动力汽车由传统的内燃机和电动机组成，能够综合两种动力源的优势，提高燃油利用率和减少尾气排放。
而混合动力汽车驱动系统的参数匹配与策略研究，关乎汽车性能的优化和经济性的提升。
混合动力汽车驱动系统的参数匹配涉及到内燃机和电动机的功率、扭矩特性、传动比以及电池容量等关键参数的确定。
首先，内燃机的选择要考虑功率和扭矩输出能力，以满足车辆的加速、爬坡等工况需求。
而电动机则需要兼顾充电时间和续航里程，以及电池容量的大小。
对于参数的匹配，需要综合考虑内燃机和电动机之间的协同工作，以及电池的充电和放电特性。
在确定驱动系统的参数后，接下来是制定合适的驱动策略。
混合动力汽车可以根据功率需求的大小自动切换内燃机和电动机的工作方式，实现最优的能源利用。
一般来说，低速和城市行驶时，电动机更适合提供动力，因为电动机低转速有较高的效率和较大的扭矩输出能力。
而在高速和长途行驶时，内燃机的功率优势能够更好地满足车辆的需求。
因此，制定合适的驱动策略需要结合车辆使用场景、行驶环境和路况等因素进行综合考虑。
针对混合动力汽车驱动系统参数匹配与策略研究，目前已经有很多的研究成果。
例如，有学者通过建立模型和仿真分析，研究不同参数组合对混合动力汽车性能和经济性的影响。
通过多种参数的组合和配比，实现了混合动力汽车最佳的整车性能。
同时，也有学者通过驾驶行为的监测和识别，结合车辆的运行状态，制定了适用于不同驾驶场景的驱动策略。
这些研究成果为混合动力汽车的实际应用提供了理论依据和指导。
然而，混合动力汽车驱动系统参数匹配与策略研究仍然存在一些挑战。
首先，混合动力汽车的参数匹配和驱动策略需要综合考虑多个因素，包括车辆的动力需求、环境条件、用户行为等，这涉及到多个学科的知识融合。
其次，由于混合动力汽车的驱动系统具有较高的复杂性和耦合性，如何建立准确的数学模型和进行有效的仿真分析也是一个挑战。
万方数据
２００９年６月伍国强，等：混合动力行星齿轮动力传动系统方案及参数匹配研究６１
为了实现混联式的混合驾驶模式。
发动机、电动彤发电机和发电机等动力部件之间必须进行机械连接，机械连接装置可以选择行星齿轮机构。
行星齿轮传动具有体积小、结构紧凑、传动效率高等优点，同时在传递动力时可以进行功率分流，实现运动合成和分解，特别是２ｚ—Ｘ型差动行星齿轮（如图２所示），能够满足混合动力汽车对传动装置的要求，具有广泛的应用前景。
图２２Ｚ—Ｘ型差动行星齿轮机构
２ｚ—ｘ型差动行星齿轮传动的运动学方程为：
ｎ。
＋Ｐｎｂ一（１＋ｐ）厅，＝０（１）式中：ｎ。
，％，％——太阳轮、齿圄和行星架的转速；
ｒ行星齿轮内齿圈和与太阳轮的齿数比，即Ｐ＝Ｚｂ／ｚ．，也称之为行星排的特征参数。
２ｚ—ｘ型差动行星齿轮传动在转矩平衡时，基本构件上的转矩关系为：
死＝ｐＬ（２）Ｌ＋ｎ＋瓦＝０（３）式中：Ｌ，瓦，瓦——太阳轮、齿圈和行星架的转矩。
所渭混合动力行星齿轮动力传动系统实际上是一个具有２自由度的单排差动行星齿轮机构，其中发动机作为输入件，发电机、电动机／发电机分另Ⅱ与两输出件相连，发电机用于能量分流，实现调速，与电动机／发电机相连的构件则用于输出驱动车辆的动力，与电动机／发电机相连构件的输出轴称为混合动力行星齿轮传动系统的输出轴。
车辆的总驱动力矩为发动机分配到输出轴的力矩与电动机／发电机提供的驱动力矩之和。
根据动力部件与行星齿轮基本构件不同的连接关系，得到６种布置方案ＨＪ，如表２所示。
表２动力部件与行星齿轮基本构件关系办案发动机电动机／发电机发电机
ｌ太阳轮内齿圈行星架
２太阳轮行星架内齿圈
３内齿圈行单架太阳轮
４内齿圈太阳轮行星架
５行星架太阳轮内齿圈
６行星架内齿圈太阳轮
假设发动机输入转矩为ｒ，可以得到６种不同布置方案下发动机、电动机／发电机和发电机的转矩关系，如表３所示。
方案１—４中都存在大于输入转矩（即发动机转矩）的量，这说明除了发动机外还存在另外一个量提供动力，这种结构不是典型的发动机动力分配传动装置。
相比较而言，方案５和６体现了发动机动力分配的原则，其动力分配比例大小可以通过行星排特征参数Ｐ来调整。
方案６中，由于Ｐ＞１，所以发动机小部分动力通过机电复合传动传输到输出轴，大部分通过机械传动传输。
方案５正好相反。
由于机械传动的效率大于机电复合传动效率，所以方案６具有更高的效率，而且对发动机、发电机和蓄电池的要求也小，适合在轿车有限的空间内进行有效的布置。
表３不同结构布置方案动力部件转矩关系
方案发动机转矩ｔ电动机／发电机转矩Ｌ发电机转矩ｔｌｒｐＴ一（１＋Ｐ）Ｔ
２ｒ一（１４－Ｐ）ＴｐＴ
３ｒ一（１４－ｌｉｐ）Ｔ（１／ｐ）Ｔ
４ｒ（１／ｐ）Ｔ一（１４－ｌ／ｐ）Ｔ
５７＇一［１／（１＋Ｐ）］ｒ一［ｐ／（１４－ｐ）］７．
６ｒ一［∥（Ｉ＋ｐ）］ｒ一［１／（１４－Ｐ）］ｒ在方案６的基础上进行传动系统方案设计，如图３所示。
发动机通过离合器ｃ接行星架，电动机／发电机直接接内齿圈，发电机通过一对减速齿轮接太阳轮，可以通过制动器曰将发电机锁死。
不同工况下离合器ｃ、制动器曰结合关系如表４所示。
圈３电动车辆传动系统结构
裹４不同工况下离合器制动器结合关系
丁况离合器Ｃ制动器曰起步、低速断开／结合制动
中速巡航结合断开高速、加速、爬坡结合制动减速、制动断开制动
驻车充电结合断开
３控制策略制定
综合考虑汽车行驶工况、动力性、经济性及电池荷电状态，提出基于逻辑门限值的以发动机功率跟随控制模式为主，结合电池荷电状态ＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）恒温器控制模式¨１，由行驶工况、车速Ｖ、加速度ａ及电池Ｓｃ（ＳＯＣ的值）确定的４参数控制策略，目的是保证发动机、电动机／发电机、发电机和电池都可以工作在安全、高效的区域。
文中采用基于工况的控制策略描述，其中口。
，口：，ａ，，吼和如分别为汽车起步和低速工况、中速工况、高速工况、加速和爬坡工况、减速和制动工况相应设定的加速度，Ｓａ，．ｓ。
分别为荷电状态的上下界限。
（１）在起步、低速工况下，车速Ｖ＜印ｋｍ／ｈ，具体控制策略如下：
当Ｓ。
＜Ｓａ时，离合器ｃ结合，由发动机单独驱动，通过电动机／发电机给电池充电；当Ｓｃ＞Ｓｃ。
时，离合器ｃ断开，由电动机／发电机单独驱动；当（口≤ａ。
）ｎ（Ｓｃｈ≥Ｓｃ≥Ｓａ）时，离合器ｃ断开，由电动机／发电机单独驱动汽车；当（ａ＞ａ１）ｎ（Ｓｃ．≥Ｓｃ≥ｓａ）时，离合器ｃ结合，由发动机和电动机／发电机混合驱动。
（２）在中速工况下，６０ｋｍ／ｈ≤Ｖ≤１００ｋｍ／ｈ，具体控制策略如下：
当Ｓ。
＜ｓａ时，由发动机单独驱动，并向电池充电；当Ｓｃ＞
Ｓ。
时，发动机和电动机／发电机混合驱动；当（口≤ａｚ）ｎ
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混合动力行星齿轮动力传动系统方案及参数匹配研究
作者：伍国强， 秦大同， 胡建军， 叶明， WU Guo-qiang， QIN Da-tong， HU Jian-jun， YE Ming
作者单位：重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆,400044
刊名：
机械设计
英文刊名：JOURNAL OF MACHINE DESIGN
年，卷(期)：2009,26(6)
被引用次数：2次
1.Galdi V;Ippolito L;Piccolo A A genetic-based methodology for hybrid electric vehicles sizing[外文期刊] 2001(06)
2.陈清泉;孙逢春;祝嘉光现代电动汽车技术 2002
3.安东尼·所左曼诺夫斯基(波)混合动力城市公交车系统设计 2007
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5.步曦;杜爱民;薛锋混合动力汽车用行星齿轮机构的理论研究和仿真分析[期刊论文]-汽车工程 2006(08)
6.朱明方并联混合动力汽车控制策略和软件设计的研究 2004
7.彭涛;陈全世;田光宇并联混合动力电动汽车动力系统的参数匹配[期刊论文]-机械工程学报 2003(02)
8.蒲斌混合动力汽车参数设计及电机控制系统仿真[学位论文] 2003
9.Caaba T6th-Nngy Investigation and simulation of the planetary combination hybrid electric vehicle 2000
1.郝君起.陶元芳混合动力电动汽车设计方案分析[期刊论文]-机械工程与自动化 2010(6)
2.苏文瑾.陶元芳电动汽车动力装置的设计方案[期刊论文]-机械工程与自动化 2010(6)
本文链接：/Periodical_jxsj200906019.aspx。
