混合动力汽车动力系统研究与优化

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

一种低成本构型汽油机辅助动力单元控

制系统设计

摘要

由于交通能源的枯竭与环境问题的日益严重，使传统内燃机汽车的发展面临前所未有的挑战，因而节能传动和清洁燃料的开发研制成为各国政府和研究机构积极探索的目标，而车用混合动力传动系统是解决节能和环保问题的有效途径之一。混合动力电动车的特点是能量效率高、排放性能好、启动性能好。它以内燃发动机为主动力源，其产生的能量用于驱动汽车或由蓄电池储存。蓄电池作为辅助动力源，单独或与主动力源共同驱动汽车。辅助动力单元APU作为混合动力电动汽车的重要组成部分，对于汽车的节能减排有着重要的意义。因而，如何有效的控制APU工作将是混合动力系统发展的重要研究方向。

本文首先概括了混合动力汽车的优点及发展趋势，国内外混合动力电动车的发展现状。然后针对混合电动汽车的关键技术部分APU的控制以及构型进行分析和部件的介绍并提出了本文的主要研究内容。

根据串联式混合动力驱动系统组成及APU工作特点，进行APU控制策略研究，重点阐述混合动力电动车APU控制系统的建模过程，按照设计策略建立APU控制系统单元的Matlab/Simulink仿真模型。并对汽油发动机-永磁同步发电机-不可控整流器构成的APU进行工作状态分析；

最后利用PID算法对APU系统仿真的输出功率的结果进行控制，仿真结果表明所设计的控制系统能够实现对APU的控制，验证了APU控制系统的控制算法。

关键词 混合动力汽车；辅助动力单元；PID；仿真

A low cost configuration gasoline

engine auxiliary power unit control

system design

Abstract

Because of transportation energy depletion and environmental problems

are serious day by day, the traditional internal combustion engine development

2主要部件参数的确定

2.1发动机参数的确定

发动机功率的确定是混合动力汽车参数匹配的关

键部分袁发动机功率是由最高车速尧加速时间t渊记起始时刻为0袁加速时间t与t时刻都可用t表示冤

和爬坡度决定的遥1冤根据最高车速要求确定最大功率

汽车以最高速行驶时袁要求的最大功率为式中袁传动系统总效率重力加速度

滚动阻力系数空气阻力系数迎

风面积半载质量

根据最高车速的设计要求袁将给

出的参数代入式渊1冤袁可得遥并联式混合动力汽车动力系统的参数匹配及优化

程晶晶袁王建平袁朱学慢袁章天杨袁徐嘉铖

渊安徽工程大学机械与汽车工程学院袁安徽芜湖241000冤

摘要院为了提高并联式混合动力汽车的动力性和燃油经济性袁减少尾气排放袁根据某型传统汽车的整车参数设定了最大爬坡度尧最高速度和加速时间等动力性指标袁确定了发动机尧电动机和蓄电池组的参数遥利用ADVISOR平台进行了整车模型的构建和仿真遥利用MATLAB软件对仿真结果进行了再优化袁得到了符合指标要求的设计方案遥关键词院混合动力汽车曰模型的构建和仿真曰参数匹配曰再优化中图分类号院U469.7文献标识码院A文章编号院2095-7726渊2019冤03-0054-05

随着大气环境污染的日趋严重和石油危机的不断加剧袁新能源汽车逐渐成为全球汽车产业发展的方向咱1暂遥

混合动力汽车是由电池和燃油共同提供动力的袁但简单地将最佳的电动机和燃油发动机渊下简称发动机冤组合在一起并不能达到最佳的动力性和燃油经济性袁因此对混合动力汽车动力系统的参数匹配显得尤为重要咱2暂遥

目前袁人们常用的匹配混合动力汽车动力系统参数的方法包括理论分析法和工况分析法遥于远彬等咱3暂通过理论分析法研究了采用复合电源的轻度混合动力汽车各部件的参数匹配问题遥高爱云等咱4暂和伊海霞等咱5暂通过理论分析法研究了混合动力汽车的发动机尧动力电池和电机等参数的匹配问题遥王勇咱6暂通过工况分析法研究

了单电机混合动力汽车的动力系统的参数匹配问题遥在

此基础上袁我们首先基于ADVISOR软件对混合动力汽

一．项目实施的目的和意义

1.1混合动力汽车废气排放量低，符合“低碳经济”的发展规律。

面对全球气候变化，急需世界各国协同减低或控制二氧化碳排放，“低碳经济”在这种形势下应运而生。

所谓“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新，制度创新，产业转型，新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭，石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。据资料显示，混合动力汽车的混合动力装置发挥发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以充分利用电动机无污染，低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，是汽车的热效率提高10%以上，废气排放改善30%以上，大大降低污染。

1.2在能源短缺的大环境下，混合动力汽车的发展符合社会发展趋势。

能源危机问题已经是世界范围内的共性问题。尽管混合动力不是汽车代替能源措施的最终解决方案，但在最终解决方案未定论前，它的出现让人们为之欣喜，并以确确实实在节能技术上有所作为。混合动力技术的问世，实现阶段解决能源问题的有效措施，符合社会节能环保的发展趋势。

二.竞争性分析

中度混合（ISG技术）轿车具有ISG技术混合动力的双重特性与优点。

2.1.ISG技术

ISG是汽车起动发电一体机，直接集成在发动机主轴上。基于环境保护和能源可持续发展的战略考虑，国外许多著名的汽车公司如Ford 、Valeo 、Honda、Bosch、Siemens 、Fiat、 Delphi等都竞相研制或采用ISG技术，以彰显汽车品牌的技术内涵。ISG融合了电机、现代电力电子、数字信号处理、现代控制等技术，集传统汽车的起动和发电功能于一体，具有突出的起/停控制快、能量再生利用好、动力辅助性强等优点，尤其在降低排气污染、节约燃油方面效果明显，是国际公认的传统汽车、混合动力汽车以及未来电动汽车发动机部件的必然发展方向。特点：1、0.3秒起动，即汽车在遇红灯或其它临时停车时无须怠速，随时可以起动，极大地降低了怠速排放，节约了燃油，提高了经济效益。2、能量再生，即在下坡等行驶状态下，可使ISG工作于发电状态，以节约能源。3、由于ISG直接安装于发动机主轴，可随时助力，提高汽车动力性。4、在下漫长坡时，通过电磁场调节，实施非接触制动，提高安全性，ISG电机可根据体积和功率的不同，布置在发动机的不同位置。