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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。
动力系统的建模与优化设计在现代技术的发展中，动力系统的建模与优化设计是一个无比重要的课题。
动力系统是指汽车、飞机、机器人等各种机械设备中的能源转换装置，它的优化设计关系到设备的性能、效率和可靠性。
因此，对动力系统的建模与优化设计进行深入研究，对于提高设备的性能和效率，具有重要的意义。
动力系统的建模是将实际的动力设备抽象为数学模型的过程。
在建模时，需要考虑各种因素，包括能源输入、能源转换、机械传动等。
在汽车领域中，动力系统的建模通常包括发动机、变速器和传动系统等组成部分。
在飞机领域中，动力系统的建模则包括发动机、涡轮、涡轮增压器等组件。
通过建立准确可靠的动力系统模型，可以对系统的性能进行准确评估，为后续的优化设计提供可靠的依据。
动力系统的优化设计是指通过对系统的模型进行分析和计算，找到最佳的设计参数，以满足特定的需求。
在优化设计中，可以考虑多个指标，包括输出功率、燃料消耗、减少传动损耗等。
通过使用数学优化方法，如遗传算法、粒子群算法等，可以在设计空间中搜索最佳的设计参数，从而实现系统的最优化。
优化设计的目标是提高能源的利用效率，减少系统的成本和资源消耗。
在动力系统的建模与优化设计中，需要考虑的关键问题之一是能源转换过程的建模。
能源转换过程是指在能源输入和输出之间的能量转换过程。
在此过程中，能量的传输、转换和释放是由各种机械设备和控制系统完成的。
因此，对能源转换过程的建模对于动力系统的优化设计具有重要的意义。
通过准确建模能源转换过程中的各个环节，可以更好地评估系统的能效和可靠性。
另一个关键问题是动力系统的控制策略。
在动力系统中，控制系统起着至关重要的作用。
控制系统可以对能源输入和输出进行控制和调节，以达到理想的功率输出和工作状态。
因此，正确选择和优化控制策略，对于动力系统的优化设计具有重要的意义。
一些常用的控制策略包括PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等。
通过合理选择和设计控制策略，可以提高系统的稳定性和动态响应性能。
混合动力汽车传动系统动力学建模与仿真引言混合动力汽车作为一种新兴的汽车技术，同时采用了内燃机和电动机作为动力来源，可以显著提高燃油经济性和减少尾气排放。
为了充分发挥混合动力汽车的优势，传动系统的设计和控制至关重要。
本文将对混合动力汽车传动系统的动力学进行建模与仿真，并深入探讨其特点和优点。
第一部分：混合动力汽车传动系统概述混合动力汽车传动系统是指将内燃机与电动机组合在一起，通过合理的控制和转换，实现汽车的动力输出。
内燃机主要负责高速运动和长时间行驶，而电动机则用于低速、起步和加速等临时工况。
混合动力汽车传动系统的核心是电动机和内燃机之间的协同工作，以及对两种动力的合理分配和控制。
第二部分：混合动力汽车传动系统动力学建模混合动力汽车传动系统的动力学建模是分析和预测传动系统性能的重要手段。
传动系统建模可以分为宏观和微观两个层面。
宏观建模考虑整个传动系统的能量流和动力学特性，而微观建模则关注单个组件的性能和参数。
a) 传动系统宏观建模在宏观建模中，可以将传动系统分为内燃机子系统、电动机子系统和传动子系统。
通过对每个子系统的能量流和动力学特性进行分析，建立传动系统的数学模型。
例如，可以用传动比、转速和扭矩等来描述传动系统的工作状态，并利用能量守恒和动力学方程等基本理论建立系统的动态模型。
b) 传动系统微观建模在微观建模中，需要考虑内燃机、电动机和传动装置等组件的动力学行为和参数。
内燃机的建模可以采用物理模型或经验模型，通过考虑燃烧过程、空气动力学和摩擦损失等因素，预测内燃机的输出功率和转矩特性。
电动机的建模可以采用电气模型或控制模型，通过考虑电机参数、电流和电压等因素，预测电动机的输出功率和转矩特性。
传动装置的建模可以采用机械模型或仿真模型，通过考虑齿轮传动、链条传动和液力传动等因素，预测传动装置的效率和转矩传递特性。
第三部分：混合动力汽车传动系统仿真传动系统的仿真可以帮助设计师和工程师评估和优化系统的性能。
混合动力汽车动力系统仿真建模研究混合动力汽车作为一种创新的能源汽车，拥有真正能够实现绿色出行的潜力。
在混合动力汽车的背后，动力系统是一个至关重要的组成部分。
混合动力汽车动力系统的仿真建模研究，旨在分析和提高混合动力汽车的性能、效率和可靠性。
仿真建模是一种研究方法，通过构建系统的数学模型，并使用计算机模拟系统的行为和性能，从而帮助我们更好地理解系统及其组成部分的工作原理。
在混合动力汽车的动力系统仿真建模研究中，我们可以将整个动力系统分解为几个关键组件，包括发动机、电机、电池和控制系统。
每个组件的仿真建模都具有重要的意义，使我们能够深入研究系统的性能和特性，并提出改进措施。
首先，对于发动机的仿真建模，我们需要考虑燃烧过程、燃料供给系统和排放控制等方面。
通过数学模型，我们可以模拟和分析发动机的工作过程，从而优化燃烧效率和减少污染物排放。
这种仿真建模有助于指导改进发动机设计，提高其燃料经济性和环境友好性。
其次，对于电机的仿真建模，我们需要考虑其转矩特性、效率和热管理等方面。
混合动力汽车的电机在动力系统中扮演着至关重要的角色，因此准确地模拟和分析电机的性能对于提高整个系统效率至关重要。
通过仿真建模，我们可以评估不同电机设计的优缺点，并制定相应的改进策略。
电池是混合动力汽车的储能装置，其性能和状态决定了整个动力系统的稳定性和续航里程。
因此，对电池的仿真建模研究尤为重要。
我们可以建立数学模型，考虑电池的电化学特性、充放电特性和热特性等方面。
通过仿真分析，我们可以预测电池的寿命、容量衰退以及电池管理系统的优化策略。
这种仿真建模研究可以提高电池的性能和使用寿命，从而改善混合动力汽车的整体表现。
控制系统是混合动力汽车动力系统的大脑，负责协调和管理各个组件的工作。
在控制系统的仿真建模中，我们可以建立控制算法并进行虚拟测试，以确保系统的稳定性和安全性。
仿真建模还可以帮助我们优化控制策略，实现最佳能量管理和协同控制，从而提高混合动力汽车的整体性能。
混合动力汽车发动机建模方法研究
朱阳;赵治国
【期刊名称】《上海汽车》
【年(卷),期】2009(000)006
【摘要】简要介绍国内外在整车仿真中常用的发动机建模方法,研究面向混合动力汽车整车控制及性能分析用的发动机建模.分析包括静态和动态在内的建模方法,如发动机稳态模型,平均值模型和键合图模型等.结合机电耦合系统,比较分析不同建模方法的适用条件和使用利弊,为合理选取并建立混合动力汽油发动机模型提供参考.【总页数】4页(P9-12)
【作者】朱阳;赵治国
【作者单位】同济大学汽车学院;同济大学汽车学院
【正文语种】中文
【中图分类】U4
【相关文献】
1.基于混合动力的汽车发动机建模方法 [J], 王飞
2.混合动力汽车发动机特性的建模方法 [J], 张邦基;邓元望;王荣吉
3.混合动力汽车发动机建模分析 [J], 王艳
4.混合动力型汽车发动机辅助制动控制方法研究 [J], 乔俊叁
5.混合动力电动汽车发动机建模与MATLAB仿真 [J], 郭秀红
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新能源车辆的动力系统建模与优化设计随着环境污染和全球气候变化的日益严重，新能源车辆逐渐成为了人们所追求的目标。
新能源车辆通过利用能源的高效利用，降低了车辆的油耗，从而达到减轻环境负担的效果。
而新能源车辆的动力系统建模与优化设计也成为了新的研究热点。
一、新能源车辆的动力系统新能源车辆的动力系统主要包括电池组、电机和逆变器三部分。
电池组可以被看作是新能源车辆的“心脏”，负责储存和输出能量。
电机是新能源车辆的动力来源，将电能转换为机械能。
逆变器则起到了调节电机运行的作用。
新能源车辆的动力系统要产生最好的效果，需要对其进行建模和优化设计。
二、动力系统建模动力系统建模是指将物理模型、电子模型等方法应用于描述新能源车辆的动力系统。
通过建立动力系统的模型，可以深入了解汽车的运行方式，提高对新能源车辆的了解，为优化设计奠定基础。
动力系统建模过程中，需要选择恰当的模型，保证模型的准确性，这是非常重要的。
常用的建模方法有二阶段法、分段式模型等。
1. 二阶段法：该方法主要是通过建立电机的二阶段等效电路模型和电池组等效电路模型，进行仿真计算，得出电机的各项性能数据。
2. 分段式模型：该方法主要是将动力系统划分为若干个区间，对每个区间建立动态分析模型，并进行优化设计。
三、动力系统优化设计动力系统优化设计是指对动力系统进行参数选择和优化，在减少能量消耗的同时保证动力性能。
优化过程需要从以下几方面进行考虑。
1. 充电器效率：通过对充电器效率的优化，减少能量消耗，提高新能源车辆的能量利用效率。
2. 电池组容量：电池组的容量越大，车辆所储存的电能就越多，因此可以通过适当地增大电池组容量，延长车辆行驶里程。
3. 电机转矩：电机的转矩对新能源车辆的性能表现有着重要的影响，因此在优化设计中，需要适当地增加电机转矩。
4. 降低阻力：通过降低车辆行驶的阻力，可以减少能量消耗，提高车辆的能量利用效率。
四、新能源车辆动力系统建模和优化设计的发展趋势当前，新能源车辆动力系统的建模和优化设计仍有其不足之处。
第２章混合动力汽７ｒ传动系统建模电机的准静态模型关系如图２．１７所示。
输入变量是扭矩和转速，输出变量是功率，只（ｆ）＝１１（ｔ）・Ｕ。
（ｆ）。
当月（ｆ）为正时，电机充当电动机，当只（ｆ）为负时，电机充当发电机。
翱ｋ图２．１７电动机或发电机的准静态模犁示意幽Ｆｉｇ，２．１７Ｍｏｔｏｒ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒｌｎｔｈｅｑｕａｓｌｓｌａｔｌｃｓｙｓｔｅｍｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ如果将ＴＡｔ）与０３：（ｆ）作为输入量的电机效率巩的ｍａｐ图已知，就可以计算出只（ｆ）和ＰＡｔ）＝Ｔ２（ｔ）・ｃ０２（ｔ）的关系，并且不需要知道电机的详细模型。
这样，电机特性为：当脚Ⅲ＞０和‰＞０，作为电动机时，‰。
‰％‘瓦南Ｑ・２６’当‰＞０和‰＜０，作为发电机时，ＰＥⅥ＝国Ⅲ・！Ⅲ‘≈ＥＭ№ＥＭ，？￡Ｍ）＜２，２７）为了避免区分上面两种情况，将式（２．２６）和式（２．２７）结合在一个电机效率ｍａｐ图上，具体的ｍａｐ图如下图所示：图２．１８电机效率ｍａｐ圈Ｆｉｇ．２．１８Ｍｏｔｏｒ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒｅｆｆｉｃｍｎｃｙｍａｐ第３章并联混合动力汽车传动系统次优控制并联混合动力汽车（ＰａｒａｌｌｅｌＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，简称ＰＨＥＶ）是通过一定的控制策略使内燃动力源和电力动力源协调配合，实现最佳能量分配，既能保持电动汽车超低排放的优点，又能发挥传统内燃机汽车高比能量的长处。
ＰＨＥＶ不同于传统车辆，它的功率输出由发动机和电机二个驱动源联合提供，电机和发动机能够独立和联合驱动车辆，而且具有再生制动的能力，减少能量转化损失。
因此在功率的分配上比传统车辆具有更大的灵活性，对优化功率分配提出了很高的要求。
这样，如何协调发动机与电机之问的能量分配便成为并联混合动汽车研究的币点。
在这里，我们采用最优控制理论来解决并联混合动力汽车传动系统的功率分配问题，首先根据第二章的模型对并联混合动力汽车传动系统进行建模，然后以在给定的驾驶循环中耗油量达到最小为目标来设计次优控制器，最后，进行仿真并分析仿真结果。
汽车发动机燃烧过程的数值模拟与优化研究近年来，汽车工业取得了长足的发展。
作为汽车的核心部件，发动机的性能和燃烧过程直接关系到汽车的动力和能效。
因此，研究发动机燃烧过程的数值模拟与优化成为了提高汽车性能的关键。
首先，数值模拟在发动机燃烧研究中的应用成为了不可忽视的工具。
通过数值模拟，可以直观地观察到发动机内部的燃烧过程，包括燃烧室内的燃料和空气混合过程、燃烧产物的生成和排放等。
基于计算流体力学（CFD）技术，数值模拟可以通过模拟流体的运动和化学反应等过程，得出各个参数的变化规律，预测和优化发动机的燃烧效率和排放性能。
其次，发动机燃烧过程的数值模拟与优化研究面临多个挑战。
首先，发动机的复杂结构和多物理场耦合使得数值模拟的计算任务非常庞大，需要高性能的计算设备和优化算法。
其次，由于燃烧过程具有高度非线性和多尺度特性，数值模拟需要考虑多种现象的相互作用，如火焰传播、燃烧速率和温度分布等。
此外，碳氢化合物燃料的反应机理非常复杂，需要建立准确的化学反应模型，进一步提高模拟精度。
因此，数值模拟和优化算法的研究对于发动机燃烧过程的理解和改进至关重要。
在发动机燃烧过程的数值模拟与优化研究中，需要解决的问题有很多。
首先，需要建立准确的数值模型，包括燃烧室的几何模型和流体力学的数值方法。
通过对不同形状和尺寸的燃烧室进行模拟，可以比较不同结构的优劣，进而优化燃烧室设计，提高燃烧效率。
此外，还需要建立准确的燃料和空气混合模型，以便优化燃烧过程中的燃烧速率和温度分布。
同时，热边界条件、物理和化学性质的参数选择也需要考虑，以清晰地描述燃烧过程的特点。
另外，数值模拟的结果需要与实验数据进行验证，以进一步提高模拟精度。
通过对比模拟结果和实验数据，可以发现模型的不足之处，并对模型进行修正和改进。
同时，考虑到实际工程应用的需求，数值模拟方法还需要具备较低的计算成本和较高的计算速度。
这可以通过改进数值算法和提高计算设备的性能来实现。
最后，优化算法在发动机燃烧过程的数值模拟中具有重要的作用。
ZN485Q发动机建模和结构分析邹惠萍【期刊名称】《《汽车实用技术》》【年(卷),期】2019(000)018【总页数】2页(P127-128)【关键词】柴油机; 缸体; 有限元分析【作者】邹惠萍【作者单位】苏州建设交通高等职业技术学校汽车工程系江苏苏州 215105【正文语种】中文【中图分类】U467柴油机广泛地应用于大型的载货汽车，发动机工作的各种工况处于不断振动和磨损中，燃烧过程中产生的压力使气缸体容易挤压变形，温度的急剧变化以及活塞运动的强烈摩擦影响了气缸体外形和使用寿命。
运用软件对发动机缸体强度进行校核和结构优化。
ZN485Q柴油机具有很复杂的结构外形，各种凸台、轴承孔、冷却水套、加强筋、油道孔和各种隔板安置在发动机缸体的箱体上；简化机体不重要的部分，考虑到发动机在各工况下的工作情况，为了能够更加真实地反映缸体的受力情况。
本次选取ZN485Q柴油机是直列、水冷、四冲程，缸径85mm，行程95mm，标定功率/转速，最大扭矩/转速123/1820N·m/rpm。
确定发动机缸体的材料为HT250铸铁，材料属性为弹性模量E=120GPa=1.2e11Pa，泊松比μ=0.25，密度ρ=7200kg/m3。
得到如图1所示得模型。
为了模拟和反映真实的缸体工作状况，综合考虑第二缸做功时缸盖的螺栓预紧力、曲柄连杆组对缸壁的侧压力，气缸的爆发压力。
其中活塞对气缸的侧压力主要是活塞本身对气缸壁的压力。
（1）缸体受力假设在第二缸处于做功此时，气缸内最大爆发压力为10MPa，活塞的曲轴转角处于8度。
计算得柴油机缸体在第二缸爆发时各个缸缸内气压分别为0.0192MPa,10MPa, 0.097MPa,0.505MPa。
（2）曲柄连杆机构受力当活塞位于8度曲轴转角时，计算得F=52534.8N。
压缩行程也就是活塞的曲轴转角是188度时，计算得F'=509.4N。
由计算公式得各个缸的侧压力分别为-554.6N,2899.7N, -1012.5N,-680.7N。
弯曲,通过螺栓与氢瓶隔板的连接可以有效强化对上氢瓶的固定。
参考文献1 严义刚,陈云贵等.贮氢技术在燃料电池汽车上的应用及展望[J].节能,2004(04).2 吴兵,陈沛,冷宏祥等.车载供氢系统[J].上海汽车,2007.10.3 黄世霖,张金换,王晓冬等.汽车碰撞与安全[M ].北京:清华大学出版社,2000.4 Bri an T.Park.Co m pari son of veh i cle stru ctural i ntegrity and occupan t i n j ury potenti al i n f u ll-frontal and offset-fron tal cras h tests .2000S AE In t ernational Congress&Exposition ,2000.AbstractThe FFB crash ana l y sis mode l is estab lished based on finite e le mentmethod ,and the fix struct u re of the hydrogen storage syste m i n the process of f ront crash is analyzed .The i m pr ove m ent progra m is pro 2vided based on the ana l y sis .收稿日期:2009-03-26混合动力汽车发动机建模方法研究朱 阳 赵治国 (同济大学汽车学院)=摘要> 简要介绍国内外在整车仿真中常用的发动机建模方法,研究面向混合动力汽车整车控制及性能分析用的发动机建模。
分析包括静态和动态在内的建模方法,如发动机稳态模型,平均值模型和键合图模型等。
结合机电耦合系统,比较分析不同建模方法的适用条件和使用利弊,为合理选取并建立混合动力汽油发动机模型提供参考。
=主题词> 混合动力 汽车 发动机 建模0 引言发动机作为混合动力汽车的主要动力源之一,其模型建立的好坏直接影响整车控制的有效性。
混合动力发动机建模与常规汽车发动机建模有所不同,主要体现在:(1)混合动力汽车机电耦合动力系统结构决定了发动机与其它动力源的相互协调和配合;(2)混合动力汽车需要基于转矩结构的发动机模型;(3)由于混合动力发动机工作工况的不同,发动机工作循环与常规发动机应有所不同。
由此可见,合理而完善的发动机模型,对于混合动力汽车的整车空盒子能量管理策略的设计具有至关重要的作用。
1 发动机的常用建模方法比较考虑到模型获取的难易程度和整车控制的要求,国内外在混合动力建模和分析中采用的发动机模型普遍以静态为主。
一些不考虑发动机缸内复杂燃烧过程的理论建模方法,如平均值发动机动态建模和键合图发动机建模法,也在整车控制中被采用。
1.1 发动机数值模型通过发动机实验获取的特性数据,借助查表和插值的方法,可以建立发动机的输入输出数学模型。
大量研究表明,发动机的外特性和负荷特性可以表示为发动机节气门开度A 和发动机转速n 的函数。
实际中多采用多项式拟合方法对发动机试验数据进行拟合,构造发动机稳态输出转矩、油门开度以及发动机转速的关系,进而查表求得其油耗和排放,如式(1)(2)所示,见图1。
图1 发动机扭矩特性m fu el =Q tf (T,X )d t (1)m HC ,C O,NO X=Q t 0fHC ,CO ,NO(T,X )d t (2)发动机稳态建模方法简单有效,其缺点在于难以准确反映发动机瞬态特性,且所建模型有一定局限性。
考虑到发动机的燃烧过程和转矩输出需要一定时间,可对稳态模型进行动态修正。
T D (s)=G E (s)T S (s)=X2s 2+2N X n s +X 2nT S (s)(3)其中,T s (s)为查表所得的稳态发动机转矩,T D (s)为实际发动机输出转矩。
根据某发动机试验数据,及其在节气门单位阶跃下的响应特性曲线,可以拟合相关参数R P =74.3%,t s =1.14。
带入至二阶系统的瞬态响应指标,解得X n =26.08,N =0.134,进而拟合出发动机动态响应传递函数,见图2。
G E (s)=X 2ns 2+2N X n s +X 2n =680s 2+7s +680(4)1.2 发动机平均值模型平均值模型重点着眼于发动机的动态特性,图2 发动机输出力矩拟合曲线忽略各缸在一个工作循环内处于不同曲轴转角时的差别,即对各缸的工作状态差异进行平均处理。
典型的平均值模型包括气路、油路和动力输出子模型3个部分。
(1)气路子模型。
该子模型分别模拟了节气门和气缸入口处的空气流量,由速度-密度法给出进气管压力状态方程(6),以及由理想气体状态方程两边微分得出平衡方程(7)。
m #m an =m #at -m #ao(5)P #m an =RT m an V manm #+p m a m T #man T man =RT man V man (-m #ac +m #at )(6)其中,R 为气体常数,T man 为进气管内温度,V man 为进气管容积,m ac 和m a t 分别为进气缸的空气质量流和节气门处空气质量流,空气质量流的具体计算方法如下:m tac (n,p man )=nV d120RT man(G vo l P m an )(7)m t at (A ,p r )=c r P 4D 2p tamb kRT ambB 1(A )B 2(p r )+m tat0(8)其中,n 为发动机转速,V d 为气缸容积,T m an为进气管内温度,A 0为节气门开度,c t 、P am b 、k 、T am b 、A 0、R 为物理常数,R r =p m /P 0,P m 为进气管压力,P 0为大气压力,P D 2B 1(A )/4为节气门有效面积,B 2(p r )为节气门处等熵流函数,m tat0为旁通空气质量流。
(2)油路子模型。
假设所有喷入进气管的燃油都可以蒸发及在气缸中参与燃烧,油路输出子模型可以表示为:m tf f =(1/S f )(-m tff +Xm tft )(9)m t fv =(1-X )m tfi (10)m tf =m t f f +m tfv(11)其中,m tf 为进气口燃油流量,m tf i 为燃油喷射流量,m tff 为油膜质量变化率,m tfv 为燃油蒸气流量,S f 为油膜蒸发时间常数,X 为喷射的燃油中沉积于壁面的比例。
(3)动力输出子模型。
根据进入气缸的燃油量和空气量,结合发动机转速和点火提前角等参数,可计算出发动机的输出功率和转速变化率。
n t=[H u G f m tf (t -S d )-(P f +P e +P m )]J #n(12)其中,H u 为燃油热值,G f 为发动机热效率,S d为燃烧过程的时间延迟,P f 为指示功率,P e 为负载功率,P m 为机械损失功率,J 为发动机转动惯量,n 为发动机转速。
平均值模型结构简单,不考虑各缸复杂的燃烧过程,故无需很大运算量,且模型有较高的整体精度,足够模拟发动机动态响应过程。
此类模型已在发动机电控系统的设计和发动机实时模拟系统的开发中得到了较为广泛的应用。
1.3 发动机键合图模型键合图采用统一的图形符号,对多能量范畴的工程系统进行动态分析,并根据系统功率流的方向建立系统动态模型。
(1)真键合图。
真键合图用通口描述各子系统间的功率流动,并在各通口的连接线上标注功率流。
用i 根直线表示i 个通口(i =1,2,3,),并将各类功率流中的力、转矩、压力等用一共同符号e 表示,定义为/势0;将各类功率流中的速度、角速度、体积流量、电流等用另一共同符号f 表示,定义为/流0。
同一直线上标注的势变量和流变量的乘积即等于功率P ,定义动量p 和变位q 分别表示势和流的积分,即p (t)=Q e(t)d t q(t)=Q f(t)d t(13)(2)伪键合图。
由于真键合图只能描述某一环节在某一时刻的一种能量,且变量表达的关系式不遵循热力学中的能量守恒规律,为此Karnopp 等人提出了伪键合图的概念,引入温度T 和压力p 作为势变量,能量流E 和质量流m 作为流变量。
在伪键合图中,势变量和流变量的乘积不再是功率,即T @E tX P,p @m tX P 。
(3)发动机的键合图模型。
发动机的单缸键合图模型如图3所示,该模型由热力学、机械和能量转换部分构成。
其中热力学部分采用伪键合图,反映了进气管,气缸,排气管内的热力学变化过程;机械部分采用真键合图,反映了曲柄连杆机构的机械运动过程;能量转换部分采用转换器TF ,反映了热能与机械能之间的转化。
图3 发动机的键合图模型(单缸)可燃混合气由节气门R 1流入进气管容腔C 1,伴随进气门R 2的开启继续流入气缸C 2,压缩接近上止点时加人燃烧能量流E tco mb (相应的燃料质量流为m #inj ),一部分对活塞做功,一部分散热传递给气缸壁R w ,剩余部分排出(排气门R 3)。
容性C 1场容积不变,容性C 2场容积随活塞运动时发生变化,其储存的能量通过活塞(TF 元件)做功转换为机械能,并由连杆(MTF 元件)将活塞的往复运动转换为曲轴的回转运动。
根据上述发动机键合图模型可以写出系统的状态方程。
对于热力学部分:m t3=m t2-m t4(14)E t3=m t 2h 2(T 2)-m t4h 4(T 4)(15)m t6=m t5-m t10+m ti n j(16)E t6=m t 5h 5(T 5)-m t10h 10(T 10)+E tco m b-p 6V t6-R #$T 11(17)其中,h(T )表示某一状态下的焓值,为温度的函数,热阻R 可由下式计算:R =1(B D -0.214(c m p )0.786T -0.525A c )(18)对于机械部分:p t17=p 6A p is m (H )-T e -R 17p 17J(19)由于键合图具有直观性和统一性,且能反映不同范畴变量之间的动态关系,故在整车控制中被采用。
1.4 不同模型的比较稳态模型在基于逻辑门限值的混合动力汽车控制中被广泛采用,其着眼于发动机的转矩输出效果,并不关心其产生过程;动态模型虽在基于模型的整车控制中被采用,但更多用于针对发动机子系统的实时控制与优化,更为关注发动机本身的热力学过程,对上述建模方法的比较见表1。
表1 不同模型的比较数值模型平均值模型键合图模型性质静态模型动态模型动态模型适用性基于驾驶循环整车控制发动机子系统控制与优化参数获取容易较难较难运算速度快较慢较慢2 结语发动机作为混合动力汽车的主要动力源之一,其模型建立是否有效直接影响整个混合动力系统。
