混合动力汽车的动力系统优化设计与控制

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

汽车动力总成系统设计与优化研究

随着汽车工业的不断发展和技术的进步，汽车动力总成系统的设计和优化研究也越来越受到汽车制造商的重视。汽车动力总成系统是汽车工作的重要组成部分，包括引擎、变速器、传动轴、驱动轴等等。在现代汽车工业中，汽车动力总成系统的设计和优化研究已成为制造商竞争力的关键之一。

在汽车动力总成系统的设计和优化研究中，关键是确保其能够满足消费者的需求和市场需求，同时降低生产成本、提高产品质量和节能减排等方面措施。要达到这个目的，汽车制造商需要进行广泛的研究和测试，以便确定动力总成系统的最佳设计方案。在动力总成系统的设计和优化研究中，涉及到许多技术方面，以下是其中一些重要的方面。

引擎设计和优化

在汽车动力总成系统中，引擎是最核心的部件之一。引擎设计和优化是汽车制造商在汽车动力总成系统中研究的重点。在引擎的设计和优化中，涉及到多种技术方面，如气门、汽缸、活塞、曲轴和减震系统等。在引擎的设计和优化中，汽车制造商需要考虑许多因素，如提高燃烧效率、降低排放、提高热效率等，以确保摩托车引擎的高效工作。

变速器设计和优化 变速器是在汽车动力总成系统中另一个重要的组成部分。它的作用是将汽车引擎的动力传递到车轮上，使车辆能够运行。变速器设计和优化是汽车制造商在汽车动力总成系统中研究的重点之一。在变速器设计和优化中，汽车制造商需要考虑许多因素，如提高传递效率、降低噪音、提高稳定性等，以确保变速器的高效工作。

传动轴和驱动轴设计和优化

传动轴和驱动轴是汽车动力总成系统中的另外两个重要的组成部分。它们的作用是将引擎的动力传递到车轮上，使车辆能够行驶。传动轴和驱动轴的设计和优化是汽车制造商在汽车动力总成系统中研究的重点之一。在传动轴和驱动轴的设计和优化中，汽车制造商需要考虑许多因素，如减小能量损失、提高传递效率、降低噪音等，以确保传动轴和驱动轴的高效工作。

总体来说，汽车动力总成系统的设计和优化研究是一个综合性的过程。它涉及许多方面的技术，需要汽车制造商进行大量的研究和测试。在动力总成系统的设计和优化研究中，汽车制造商需要考虑许多因素，如性能、质量、成本和环保等，以确保汽车动力总成系统的高效工作和市场竞争力。

混合动力汽车综述

——介绍了混合动力汽车的概念、发展状况及其关键技术

 混合动力汽车简介

混合动力电动汽车(HEV)是指有两种或两种以上的储能器，能源或转换器作为驱动能源，其中至少有一种能提供电能的车辆。它综合了传统发动机驱动与电力驱动系统的优点它能提供与目前发动机汽车几乎同等的性能，而燃油经济性有很大的改善，大大降低排放水平甚至达到了零排放，它保留了传统汽车动力性优点的同时，还可以满足高效和超低排放的新要求，并且易于改进，已成为国内外汽车领域的一大研究热点。根据其驱动系统的配置和组合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式三种组合方式[1]。

目前所开发出来的混合动力电动汽车以串联式和并联式为主，这两种方式的技术难度较低。串联式混合动力电动汽车完全依靠电动机提供动力，发动机、发电机和电动机的功率都很大；而且对电池的要求较高，电池的体积、重量、成本相对较高，价格性能比较低。并联式混合动力电动汽车主要依赖于发动机提供动力，电池仅是串联式的1／3，而且能量传递损失较小，但是排放污染最大，发动机的燃烧效率不高。

 混合动力汽车国内外发展概况

国内外普遍认为混合动力电动汽车结合了燃油汽车和纯电动汽车的优点，设计灵活，易于满足未来排放标准和节能目标。因此，日本、美国、欧洲各大汽车公司和相关的研究机构都开展了有关混合动力汽车的研究，并且在世界范围内由点向面地扩展，发展相当迅速。发达国家的许多研究成果己走出了实验室，并开始进入市场。

丰田汽车公司是目前走在最前沿的汽车公司，也是世界上最早开始进行混合动汽车研究的汽车公司之一。丰田于1997年推出的Prius，目前在海内外的销量己数万辆，成为全球最早实现量产也是销量最大的混合动力汽车。2001年6月丰田又Estima投放市场，其后分别推出Crown皇冠轻度HEV，新式面包车天尊THS-C等同车型的HEV。

除丰田外，本田是世界上第二家在美国市场销售混合电动汽车的外国制造商。其J-VX混合动力概念跑车是本田公司早期的HEV款式。1999年末，本田公司在日本、美国、西欧和泰国等国家陆续销售小型混合动力轿车Insight。这款并联式电动汽车名列2002年度美国环保署公布的最省油轿车名单榜首。2002年本田还推出了混合动力最新车型Civic Hybrid，名列2003年度美国混合电动车销量第一，略高于丰田的Prius。

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