混合动力系统的优化设计与研究

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。

《装备制造技术）２ｏｌｏ年第８期　混合动力驱动汽车设计的优化探讨　张智华　（天津机电职业技术学院，天津３００１３１）　摘要：阐述了混合动力驱动汽车的概念和发展状况，并对汽车设计优化策略作了介绍和探计。　关键词：汽车；混合动力驱动；动力性；制动性；能量控制策略　中图分类号：Ｕ４６９．７　文献标识码：Ａ　随着工业的飞速发展，世界各工业大国越来越认识到生　态环境的重要性，许多大汽车公司正致力于开发研制生态汽　车。生态汽车包括电动汽车、混合驱动汽车（ＨＥＶ）、太阳能汽　车和氢气汽车等。混合动力驱动汽车，在广义上来说，是表示　多于一种原动机的车辆驱动机构。混合驱动机构，可备有几种　相似的或不同型式的贮能装置和功率转换器，可在不同的使　用条件下，利用各自优点，从而使混合驱动机构的总效益胜过　这套机构所增加的费用。这种混合了传统和电动的驱动系统，　能够明显减少汽车排放和降低油耗，并可以达到传统汽车同　样的行驶距离和具有便利的燃料补充。　混合动力汽车在发达国家已经Ｅｔ益成熟，有些已经进入　实用阶段。虽然构造复杂，成本较高，但在电动汽车时代到来　之前，混合动力型汽车作为一种过渡产品，将会在市场上持续　相当长的时间。从２０世纪９Ｏ年代起，全世界又掀起研究开发　和制造ＨＥＶ的竞争热潮，２１世纪ＨＥＶ有可能成为汽车工业　的主导产品。　１　混合驱动机构的布置形式　由内燃机和电力驱动结合的混合驱动，是目前唯一受到　关注的混合驱动机构。它有３种布置形式，这３种布置的主要　差别，在于动力源的串联或并联布置。　（１）串联方式混合动力汽车。由发动机进行发电，再向电　动机供应电力，由电动机输出扭矩而使汽车运转，在车辆上装　有蓄电池，储存发动机带动发电机产生的电能。随着燃料电池　与太阳能电池的不断进步，可以用燃料电池取代发动机，形成　新一代燃料电池混合动力车。　（２）并联方式混合动力汽车。发动机与电动机同时使用。　车辆行驶时，以发动机为主要动力源，在车辆起步或加速时则　使电动机工作，作为辅助驱动力。在发动机效率低的低负荷工　况时，则电动机功能转变为发电机功能，向蓄电池充电。在车　辆制动或下坡减速行驶时，通过制动能量回收系统，进行制动　能量回收，进行发电，并向蓄电池充电。车辆停止时，发动机停　止运转，限制能量消耗。　（３）混联方式混合动力汽车。在并联式混合动力系统中，　增加专用发电机，按照车辆行驶工况，分别使用串联式混合动　力系统和并联式混合动力系统，以提高能量使用效率。例如丰　田Ｐｒｉｕｓ和日产汽车公司的Ｔｉｎｏ混合动力轿车。　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　０）０８—００６５—０２　２　混合驱动动力汽车的特点　混合驱动动力汽车的特点，是相对于传统汽车而言的。其　动力系统，包括内燃机和电池组，兼备了内燃机汽车和电动汽　车优点，它将内燃机、电动机与一定容量的储能器件，通过控　制系统相组合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转　矩，又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量，从而可　大幅度降低油耗，减少污染物排放。　（１）排放指标。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其　动力性、经济性和排放等综合指标，能满足当前的苛刻要求，　可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。与传统内燃　机汽车相比，其主要优点是采用了高功率的能量储存装置（飞　轮、超级电容器或蓄电池）向汽车提供瞬时能量，可以提高效　率，节省能源，降低排放，因此经济性和排放性明显改善，技术　经济可行性较强。　（２）续驶里程和乘坐的舒适性。较之纯电动汽车，混合动　力汽车的主要优点，是续驶里程和动力性可达到内燃机汽车　的水平；空调、真空助力、转向助力及其他辅助电器，借助原动　机动力，无需消耗电池组有限电能，从而保证了乘坐的舒适　性；而且混合动力汽车技术难度相对较小，成本也相对较低。　混合动力汽车介于传统汽车和纯电动汽车、燃料电池汽车　之间，是一种承前启后的，在经济和技术方面都趋于成熟的汽　车产品。混合动力驱动的车辆具有节能、低排放、低噪音等优　点，并且保持了传统的由内燃机驱动的汽车续驶里程长的固有　特点，混合动力驱动的车辆不论在小轿车或大型车辆（如公共　汽车）领域中，均将有巨大的发展潜力和看好的市场前景。　（３）汽车的动力性。动力性是汽车各种性能中最基本、最　重要的一种性能，要建立混合动力汽车的动力学模型，需应用　计算机对汽车的动力学性能进行模拟仿真，最关键的问题就　在于计算是否与实际情况相符合。所以建立适当的、符合实际　的模型，对于精确描述汽车动力系统的运动状态，提高仿真模　拟精度是非常重要的。　（４）汽车的制动性。制动性是汽车安全行驶的重要保障，　据统计４０％的交通事故是由于制动距离太长、制动侧滑和跑　偏造成的。所以在进行混合动力汽车系统时，应该充分重视汽　车的制动力学重要性，在设计系统时，应精确建立汽车动力学　的模型，提高仿真度，系统设计的越真实，交通事故的发生率　就会越降低。　收稿日期：２０１０－０５—０３　作者简介：张智华（１９７６一），男，湖北武穴人，讲师，硕士学位，主要研究方向：汽车设计、制造及检测与维修技术。　

栏目主持：黎艳　～投稿信箱：Ｌｉｙ＠ｉｄｎｏｖｏ．ｃｏｍ．ｃｎ　本文以长安汽车某重度混合动力汽车电池组冷却系统为例，通过利用ＳＴＡＲ—ＣＣＭ＋软件的包面、多面体网格生　成及求解等功能，实现了对该电池组冷却系统的流道优化，并对冷却风扇选型提供理论依据。　混合动力电池组冷却分析与优化　口长安汽车股份有限公司汽车工程研究院ＣＡＥ所严旭谯鑫黄清秀　一、前言　随着石油能源稀缺和汽车尾气排放对环境造成污染等问　题日益严重，新能源汽车的研发聚集了更多的关注目光，人们　希望找到一种低成本、无污染、大功率和高效率的能源来驱动　汽车，包括氢燃料、纯电动和太阳能等能源都在研究过程中。　但这～转变并非一朝一夕即能实现，而是需要相当长的一段时　间，在艰苦的研发过程中，混合动力汽车作为过渡的中间产物　应运而生。　混合动力汽车是指在～辆汽车中同时采用两种动力装置　及储能装置（通常为内燃机、电动机和电池），通过先进的控　制系统使动力装置和储能装置有机协调工作，实现动力系统最　佳的能量分配，达到整车低能耗、低排放和高性能。混合动力　汽车有以下优点：发动机在最佳经济区运行，从而降低发动机　排放和油耗；在城市区域内行驶，可用纯电动驱动，实现零排　放；可配备较小排量的发动机；能实现再生制动，进一步降低　汽车的油耗和排放。　油电混合动力汽车的电池组部分散热问题危及到电池的　工作环境和使用寿命，直接关系到用户的使用感受和满意程　度，因此在电池箱开发过程中，电池方案除了考虑空间布置以　外，更需要着重考虑电池散热的需要。　本文利用ＳＴＡＲ—ＣＣＨ＋软件对长安汽车某款在研重度混合　动力汽车的电池箱体进行建模计算，通过流场和温度场的计　算，找出散热通风管道的不合理性，并优化管道外形。在优化　管道外形之后，再建立完整电池固体区域，用以计算电池表面　最高温度，并进行后续优化方案分析。　二、分析及优化过程　电池冷却系统由进风管道、电池箱体、出风管道、ＤＣＤＣ　和电池区域组成，如图１所示。该系统通过风扇引风，使空气　从进口处流经电池区域，流入电池箱体内部，从而实现对电池　的冷却。　利用ＳＴＡＲ—ＣＣＨ＋对该系统进行包面处理，并生成多面体　网格，图２中的蓝色部分即为使用ＳＴＡＲ－ＣＣＭ＋生成的气体区域　网格，黄色部分为全六面体网格，表示电池区域，三个区域通　过电池区域上下表面总共４个分界面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）相连。　由于首先考虑风道合理性，因此电池区域未详细表达，　只通过多孔介质体热源的方式来描述。经过计算，发现下部电　池区域中出现局部高温区，如图３所示，说明气流均匀性在该　处较差，通过如图４所示的该截面速度分布图可以看出，出现　局部高温区的位置气流其流速明显低于周围。　根据上面的图例分析，判断是由于气流从进风管道流入　电池箱体底部后，产生旋涡，导致通过电池区域的流速局部不　均，图５所示是箱体底部横截面速度矢量图，从图中可以看出　出口　图１电池箱及风道几何外形　图２计算网格　ＣＡＤ／ＣＡＭ与制造业信息化・２０１　０年第８期　６１

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混合动力汽车优化算法综述木　

璩晶磊　。杨观赐　

（１．贵州大学教育部现代制造技术重点实验室，贵州贵阳５５０００３；２．中国科学院成都计算机应用研究所，四川成都６１００４１）　

摘要：简要介绍了典型优化算法的原理及特点；对混合动力汽车优化设计的研究现状进行了总结归纳，得出通过采用合理　盼优化算法对混合动力汽车进行优化可有效改善整车性能，指出混合优化算法以及多目标优化是混合动力汽车优化设计　

今后的发展方向。　。　关键词：混合动力汽车誓优化算法模拟退火遗传算法　÷　

中囤分类号；Ｕ４６９ｌ　文献标识码：Ａ　文章编号ｌ｜ｌＤ０２　６８８Ｉ６　（２ｏ１２｝　０Ｄ０凹　囊ｏ３÷ｊ　

Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ＨＥＶ　

ＱｕＪｉｎｇｌｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｇｕａｎｃｉ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｌａｓｓｉｃ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕ—　

ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＨＥＶ，ａｎｄ　ｃａｍｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｐｏｌｉｓｈｅｄ　

ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｒｅ　

ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ＨＥＶ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．