【正文】 50%， SOC 的下限設(shè)為 SOCL=30%。如果行駛過程中電動機(jī)提供車輛行駛所需的大部分功率，發(fā)動機(jī)始終運行在一個經(jīng)濟(jì)區(qū)域，此時是以電機(jī)為主導(dǎo)的控制模式。就其工作過程動力電池是否直接參與驅(qū)動而言，可以把動力電池組的工作模式劃分為電量消耗（ Charge Dissipate）模式和電量保持（ Charge Stay）模式，其中電量消耗模式過程中是否有發(fā)動機(jī)參與，又可以分為純電動和混合驅(qū)動兩種模式。但這種方法由于通過并行處理數(shù)據(jù)，在自學(xué)習(xí)之后無法直觀的變現(xiàn)輸入與輸出的關(guān)系，對外輸出的控制信號具有一定的不確定性，不能保證輸出結(jié)果的可控。 為了較好的闡述動力耦合裝置在插電式混合動力汽車能量控制方面的作用，首先就要對插電式混合動力車輛的控制策略進(jìn)行研究，然后選擇合適的控制策略對車輛在交替轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的耦合方式整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而更加深入的解釋動力耦合裝置在整車控制中的巨大作用。 聯(lián)立（ 35）、（ 36）兩式可以解得電池的電流與電池的輸出功率 eP 、 )(socE 、 )(socR 19 之間的關(guān)系： )(2 )(40 00)()( s ocR Ps ocRs ocEs ocEI eb ????? （ 37） 動力電池 soc 的計算公式為： mt00 I ( t ) d tS OCS OC Ｑ?? （ 38） 式中 mＱ 為電池的額定容量，單位 hA? ，當(dāng)電池對外放電時 ）（ tI 為正，當(dāng)外界對電池充電時 ）（ tI 為負(fù)。1SOC? 即表明電池處于滿電荷狀態(tài)，隨著電池的電荷逐漸減少， SOC 的值逐漸降低，為了保護(hù)電池的使用壽命，通常當(dāng) SOC 下降到 30%左右時，蓄電池就不能再放電，需要對其進(jìn)行補充充電。對單位時間的燃油消耗進(jìn)行積分可以得到從初始時刻 0t 運行時間為 0t 時的燃油消耗量 ）（ gQ ，即有： 17 dtbdtt tt ett t ?? ?? 00 3 6 0 0PQ e）（Ｑ （ 32） 汽車車速 的計算有如下公式： dtdsa ? （ 33） 式中 msm / h 為距離，單位，為車速，單位 ku a 。 插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 本文在插電式混合動力系統(tǒng)的動力總成中增設(shè) 3 個離合器和 2 個制動器來自由控制車輛在轉(zhuǎn)矩耦合方式和轉(zhuǎn)速耦合方式間的協(xié)調(diào)運行，進(jìn)而使整車能夠較好地滿足動力性和經(jīng)濟(jì)性的要求。因此發(fā)動機(jī)可以保持固定的轉(zhuǎn)速范圍在最低油耗曲線附近工作，通過調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來滿足車輛行駛過程中車速的波動。其工作原理如下： 在車輛低速運行時，一般所需的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩較大，此時發(fā)電機(jī) 1MG 把太陽輪鎖止，發(fā)動機(jī)與行星架的相連，電動機(jī) MG2 與齒圈相連，此時發(fā)動機(jī)通過行星架與結(jié)合齒圈之間通過兩級齒輪傳動，把動力通過與齒圈嚙合的同軸齒輪輸出，即發(fā)動機(jī)和電動機(jī)二者之間通過轉(zhuǎn)矩耦合方式共同驅(qū)動車輛。端口 1連接發(fā)動機(jī)，只能單向輸入，端口 2 和端口 3 分別連接電動機(jī)和驅(qū)動車輪，既能 11 輸入又能輸出，但二者不能同時輸入。 1T 、 2T 、 3T 分別為以上三個端口對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩， 1? 、 2? 、 3? 為以上三個端口對應(yīng)的角速度， 1k 、 2k 為傳動比。 （ 4）輔助功能，動力耦合裝置應(yīng)該能夠緩沖 起步時路面對車輛的沖擊，保證車輛在低速行駛時的平順性，同時還可以利用電動機(jī)的反轉(zhuǎn)特性，在不增加倒檔齒輪的前提下實現(xiàn)倒車 [16]。對于并聯(lián)和混聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動力車輛，動力耦合裝置就是把車輛的多個動力源進(jìn)行合理的組合分配，更好地滿足車輛行駛時的驅(qū)動特性，它直接關(guān)系到車輛的各種性能是否滿足乘客的使用要求，在混合動力整車開發(fā)中處于至關(guān)重要的作用。當(dāng)蓄電池具有較高的電量且滿足整車行駛所 8 需求的功率時，為了避免發(fā)動機(jī)工作在低負(fù)荷和燃油消耗低效率區(qū)域，混聯(lián)混合動力系統(tǒng)以純電動工作模式工作，關(guān)閉車輛的發(fā)動機(jī)，動力電池給電動機(jī)提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，帶動車輪前行；當(dāng)車輛需求功率增加或者蓄電池能量偏低時，發(fā)動機(jī)起動工作，若發(fā)動機(jī)輸出功率滿足汽車行駛所需功率且蓄電池不需要充電時，此時僅有發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，此時發(fā)動機(jī)輸出的功 率分為兩部分，一部分通過行星齒輪直接輸出給驅(qū)動輪，另一部 分經(jīng)過行星齒輪、發(fā)電機(jī)、逆變器和電動機(jī)后供驅(qū)動輪使用；當(dāng)汽車需要更大的功率時，整車工作在混合動力模式，此時發(fā)動機(jī)和蓄電池同時供能；若蓄電池能量不足或者發(fā)動機(jī)提供的能量富裕時，實施發(fā)動機(jī)向蓄電池強制充電工作模式，發(fā)動機(jī)輸出的動力分為三部分，一部分通過行星齒輪機(jī)構(gòu)直接輸送給驅(qū)動車輪，一部分經(jīng)過發(fā)電機(jī)、逆變器和電動機(jī)轉(zhuǎn)化后平衡車輛負(fù)載，一部分經(jīng)過發(fā)電機(jī)、逆變器轉(zhuǎn)化之后為蓄電池充電。當(dāng)汽車高速巡航時，此時發(fā)動機(jī)工作在其運轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，為了提高整車的能量利用效率，僅有發(fā)動機(jī)提供所需的驅(qū)動力。 在串聯(lián)式混合動力汽車的結(jié)構(gòu)中需要將發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)以及蓄電池等幾大部件總成裝配在車身底盤上，雖然它們之間大都是采用電氣連接，在布置時可以不考慮彼此間位置的影響，但各個子部件的額定功率相對較大，使得整體的外形尺寸和整車質(zhì)量也隨之增大，所需的布置空間就比較大，因此，在中小型汽車上布置存在一定困難。 插電式混合動力汽車本身就是一種混合動力汽車，主要區(qū)別在于它的車載動力電池組能夠利用電網(wǎng)進(jìn)行補充充電，純電動續(xù)駛里程比較長，在動力電池電量不足時，仍可以工作在混合動力模式。本文采用已被廣泛接受的傳統(tǒng) HEV概念： “混合動力汽車” 是指以 “油電” 混合作為能源組合方式，整車采用發(fā)動機(jī)和電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的汽車。 在開始階段，比亞迪在 20xx 年推出了一款 TX2 雙模電動車，這款汽車具有純電動和混合動力兩種模式，可以通過家庭電網(wǎng)進(jìn)行補充充電來在純電動模式下運行，也可以通過在加油站補充加油提高它的續(xù)航能力。瑞典的沃爾沃汽車公司開發(fā)了一款插電式混合動力卡車，該車型是基于沃爾沃 FL6 改裝而成的，最高車速達(dá) km/h90 。第三代 Prius 插電式混合動力，整車搭載了高性能的鋰離子動力電池，額定電壓為 345V，電池容量達(dá)到 hA15? ，可以通過普通的居民用電為其進(jìn)行補充充電。通用汽車公司在 20xx 年 9 月發(fā)布了的雪佛蘭 4 座插電式混合動力汽車 Volt 的量產(chǎn)車型，在 20xx 年下半年該系列車型在美國底特律的整車工廠生產(chǎn)發(fā)售 [6]。 表 純電動汽車、燃料電池電動汽車和混合動力汽車的特點 2 近年來插電式混合動力汽車（ Plugin Hybrid Electric Vehicle: PHEV） 是大家研究的一個新方向。隨著人民生活條件的改善，道路的服務(wù)水平不斷提高，隨之而來的是汽車總量的迅速增加，汽車尾氣排放量將會急劇增多。國際能源機(jī)構(gòu)對能源消耗分布的的統(tǒng)計結(jié)果表明：全球的交通運輸領(lǐng)域在石油的消耗占所有行業(yè)石油消耗量的一半以上，并且呈現(xiàn)明顯的增加趨勢，預(yù)計到 2020 年將占全球石油總消耗的 %65 以上。在此基礎(chǔ)上，提出了一種由行星齒輪組件和齒輪副組合而成的動力耦合裝置，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同耦合方式間的自由切換。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 中文題目 插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)耦合機(jī)理研究 英文題目 A research on the principle of dynamic coupling system in the plugin hybrid electric vehicles 吉林大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）承諾書 本人鄭重承諾：所呈交的學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行實驗、設(shè)計、調(diào)研等工作基礎(chǔ)上取得的成果 。為了驗證此種耦合裝置對提高整車動力性和經(jīng)濟(jì)性的效果，進(jìn)行了整車仿真分析。全球機(jī)動車的保有量也在逐年增加，在 20xx 年的銷售統(tǒng)計中，已經(jīng)超過了十億輛，每年都在以三千萬輛的速 度增長，預(yù)計到本世紀(jì)中葉將達(dá)到三十五億輛。目前，汽車尾氣排放已成為影響各城市大氣污染程度的關(guān)鍵因素之一。插電式混合動力汽車（ PHEV）是指具有大容量動力電池并且可以利用外界電網(wǎng)對動力電池進(jìn)行補充充電的混合動力汽車。 3 圖 美國插電式混合動力汽車 Volt 雪佛蘭 Volt 電動汽車發(fā)動機(jī)和電池之間采用的是串聯(lián)的方式，發(fā)動機(jī)輸出的動力不是直接用來驅(qū)動車輛前行，發(fā)動機(jī)發(fā)出的動力用來為動力電池發(fā)電，動力電池通過線控傳動技術(shù)帶動電機(jī)驅(qū)動車輪前進(jìn)。這款車在城市循環(huán)工況下純電動行駛里程為 25 km，純電動行駛時最高車速可達(dá) 100 km/h[8]。大眾汽車公司與德國政府制 4 定了共同開發(fā)插電式混合動力汽 車的新能源合作計劃， 20xx 年大眾公司成功研發(fā)出第六代高爾夫插電式概念車。駕駛者通過簡單的操作，即可輕松實現(xiàn)純電動和混合動力兩種模式之間的自由切換。 動力總成是混合動力汽車最為核心的總成部件，它是汽車上用來存儲、傳遞和轉(zhuǎn)化能量并且為車輛提供符合驅(qū)動要求功率的所有裝置或機(jī)構(gòu)的總稱，具體包括車載能源、動力裝置、傳動機(jī)構(gòu)和其他輔助裝置四個部分。因此，插電式混合動力的動力電池組的容量比較大，驅(qū)動電機(jī)的功率比較大，而發(fā)動機(jī)的排量相對于常規(guī)的混合動力汽車來說比較小。由于驅(qū)動系統(tǒng)最末端只有一條能量提供路線，如果電力驅(qū)動系統(tǒng)出現(xiàn)故障，車輛將不能正常運行。當(dāng) 汽車減速制動時，發(fā)動機(jī)停止工作，此時車輪帶動電機(jī)進(jìn)入再生發(fā)電模式為動力電池充電。 圖 混聯(lián)式 PHEV 的結(jié)構(gòu)簡圖 混聯(lián)結(jié)構(gòu)的動力耦合裝置的驅(qū)動模式的控制策略是：在汽車低速小功率行駛時，動力系統(tǒng)采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn) 行耦合輸出動力，充分消耗動力電池儲存的能量，從而獲得較好的排放性能；當(dāng)汽車高速大功率行駛時，動力系統(tǒng)則采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動，為車輛提供足夠的功率，獲得較好的動力性。動力耦合裝置中最為典型的是豐田 Prius 采用 THS ）（ S ys te m H yb r id T oy ot a 混聯(lián)式結(jié)構(gòu)，通過使用精密的行星齒輪組對發(fā)動機(jī)和動 力電池的輸出的功率進(jìn)行重新分配，通過與太陽輪相連的電機(jī)來不斷調(diào)整發(fā)動機(jī)負(fù)荷的波動。 動力耦合系統(tǒng)的分類 動力耦合裝置根據(jù)能量源耦合方式的不同可以分為電電耦合裝置和機(jī)電耦合裝置，一般串聯(lián)混合動力電動汽車采用的是電電耦合，并聯(lián)結(jié)構(gòu)和混聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合動力汽車中，采用的是機(jī)電耦合結(jié)構(gòu)。 根據(jù)式（ 22）、（ 23）可知，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩 1T 、 2T 之間沒有固定的數(shù)量關(guān)系，可以分別獨立控制，從而使得發(fā)動機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)矩不受車輛負(fù)載轉(zhuǎn)矩和路面載荷的影響。 （ a） (b) 圖 轉(zhuǎn)速耦合原理簡圖 行星齒輪機(jī)構(gòu)通常是由一個太陽輪、一個結(jié)合齒圈、一個行星架和若干行星輪組成的輪系結(jié)構(gòu)，其中太陽輪、齒圈和行星架可以看做動力耦裝置的三個端口組件，根據(jù)行星齒輪轉(zhuǎn)速耦合原理，轉(zhuǎn)速耦合裝置的運動關(guān)系可表示為： 2231133 ii ??? ?? （ 24） 根據(jù)功率守恒原理，同時得出它們之間的轉(zhuǎn)矩 關(guān)系如下： 1331221 i Ti TT ?? （ 25） 式中 13i 、 23i 為轉(zhuǎn)速耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，是與結(jié)構(gòu)和幾何形狀設(shè)計相關(guān)的常數(shù)。 在車輛高速運行時，為了控制發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速始終工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)域，此時齒圈與電動機(jī) MG2 脫離嚙合，直接與驅(qū)動橋相連，發(fā)電機(jī) 1MG 工作在電動機(jī)狀態(tài)，1MG 和發(fā)動機(jī)構(gòu)成單行星排的轉(zhuǎn)速耦合裝置，通過不斷調(diào)節(jié) 1MG 的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)而平衡車輛運行中載荷的波動，使發(fā)動機(jī)保持在經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)區(qū)域 [1719]。還可以通過連續(xù)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)車速的無極變化，因此采用轉(zhuǎn)速耦合裝置的混合動力汽車不需要安裝無級變速器就可以實現(xiàn)整車的無級變速。為探究混合動力汽車的 動力耦合方式及其工作方式具有很好的研究價值。 為了方便比較，需要把對時間積分的發(fā)動機(jī)油耗計算轉(zhuǎn)化為對距離積分的，把式（ 33）帶入（ 32）即有： dsubPss aee?? 01000Q （ 34） 。 動力電池的能量密度是動力電池輸出的能量與所占體積的比值，即單位體積的電池能夠提供的能量。 同理轉(zhuǎn)換到對距離的積分， soc 表達(dá)式為 mas00 u I ( s ) O CS O C Ｑ?? ? (39) 汽車行駛動力學(xué)模型 在對汽車進(jìn)行使用性能分析時離不開對汽車的動力系統(tǒng)進(jìn)行建模，建模過程中最關(guān)心的是車輛速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和動力系統(tǒng)需求轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。 插