弱混合动力汽车.doc

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1、并联混合动力汽车动力系统参数设计及仿真能源短缺和环境污染两大问题已成为世界性的挑战，而汽车在这两大问题中均扮演着主要的负面角色，如何减少汽车对能源的消耗和对环境的污染关系到人类的可持续发展，由于蓄电池技术尚未成熟，纯电动汽车的发展受到制约。无疑，混合动力汽车是目前比较理想的发展方向之一。混合动力汽车动力系统参数（发动机功率、电动机功率、扭矩及传动系速比等）对车辆的动力性、燃油经济性和排放性能均有显著影响，其动力系统参数之间是否协调匹配将直接决定混合动力汽车能否达到节能和环保的要求。所以在研制混合动力汽车的过程中，混合动力车的动力

2、传动系统匹配设计的研究在车型开发和仿真分析中都有着举足轻重的作用。本文首先选择一种现有成熟的常规车型，图1为此常规车型的CRUISE仿真模型。使用先进的汽车整车模拟分析软件CRUISE对其进行模拟分析，得出其动力性及燃油经济性。然后将此车型改装设计成为并联混合动力汽车（PHEV），在满足原有车型动力性的要求下，以混合动力汽车燃油经济性为设计目标，对动力系统进行参数匹配设计，再以CRUISE和MATLAB/SIMULINK为平台，对其模拟分析，最终实现一个理想的燃油经济性。一、原车型各参数动力性要求及性能仿真本文所选的某常规车型的

3、各参数及动力性要求见表1。选用ECE-R巧城市循环工况，对其进行性能仿真，得到相应的动力性、经济性和排放性结果（表2）。本文主要以燃油经济性为设计目标，所以排放性结果在这里并未给出。这些仿真结果在这里只起个参照物的作用，我们的目的是设计并优化并联混合动力汽车传动系统各参数，得到的PHEV仿真结果与这里的结果进行对比，判断设计的参数是否合理匹配。二、PHEV布置方案和能量管理策略混合动力汽车不同于纯电动汽车，它要求电池电量在循环工况的始末能够实现基本平衡，而不需要外界对其进行能量补充，电动机的作用主要是协调发动机不合理的工况而使发

4、动机尽量工作在最佳经济区域，从而降低发动机燃油消耗率和减少排放。在车辆制动时，电动机转换为发电机回收制动能量给电池充电。混合动力汽车有串联、并联和混联3种布置方式，本文采用发动机轴组合式并联混合动力汽车的布置方案，如图2所示。本文所采用的能量管理策略与Hondainsight混合动力汽车类似。在车辆起动或节气门全开加速时，发动机和电动机同时工作，共同分担驱动车辆所需的动力；车辆正常行驶时，电动机关闭，仅由发动机工作提供车辆行驶所需动力，若车辆轻载，发动机发出的功率可以一部分通过电动机转化为电能给蓄电池充电；车辆制动或减速行驶时，

5、电动机工作于发电机模式，通过功率转换器给蓄电池充电。三、动力元件的选择及参数匹配各参数匹配的基本步骤是：1）发动机功率；2）电机各参数（包括电动机额定功率Pmr、额定转速Nmr、最高转速Nmmax）；3）电池参数选择（功率及容量）；4）传动系的传动比。1．发动机功率的选择选择发动机的功率是很关键的一个环节。如果发动机功率选择过大，车辆燃油经济性和排放性能就得不到改善；发动机功率偏小，后备功率就会小，又不能满足车辆动力性要求。在设计常规汽车时，通常从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机的功率，即：C-D——空气阻力系数；A——汽

6、车迎风面积。由于本文并联混合动力汽车采用由发动机提供车辆平均行驶功率，由电动机提供峰值功率的控制策略，因此其功率值的选择主要应考虑车辆匀速行驶时的功率需求，确保在巡航车速U-c下，发动机能工作在最佳经济区。（2）式为车速在U-c下发动机应提供的行驶功率：除了车辆行驶需求的功率外，发动机单独驱动车辆匀速行驶时还应有一定的为电池充电的功率裕量（10％左右）、1%～2％的爬坡功率裕量及附件功率（特别是有空调时），这些功率之和应该是发动机工作在经济区能输出的功率。本文选定某汽油发动机，最大功率为37kW。其燃油消耗特性曲线如图3所示，质

7、量流Q（MassFlow）为单位时间燃油消耗量。2．电机参数的选择1）电机额定功率Pmr的选择电机额定功率Pmr要综合已定的发动机功率来考虑，主要以满足混合动力汽车混合最高车速的要求来确定，即发动机最大功率Pemax与电动机最大功率Pmmax之和至少等于混合最高车速时汽车所需功率Pumax，表达式为：Pemax+Pmmax≥Pemax                                                    （3）根据以上结论，结合调研情况，选择某直流电动机，额定功率为10kW，最大功率为11kW。2

8、）电机额定转速Nmr和最高转速Nmmax的确定电动机的最高转速和本身的尺寸、质量及内在损耗等都有直接的关系，对传动系尺寸也有很大的影响。低速电动机扩大恒功率区系数β较小，额定转矩高，转子电流大，电动机尺寸和质量较大，内在损耗也较大。高速电动机有着与之相反的优点，