【正文】 指汽車的加速能力。汽車的加速能力對汽車平均行駛速度有很大影響,它的評價指標(biāo)很多,但通用和統(tǒng)一的評價準(zhǔn)則還沒有。現(xiàn)今汽車領(lǐng)域通常用原地起步加速時間、超車加速時間、最大加速度和最高車速來表示汽車的加速性能。原地起步的加速時間是指用一檔起步,按最優(yōu)換檔時刻逐步換至最大檔位,油門保持全開,加速至某一預(yù)定車速所需的時間；超車加速時間是指用最大檔位由某一較低車速在油門全開情況下,加速至某一高車速所需要的時間。最大加速度是指汽車在行駛過程中從某一車速到另一車速用最短的超車加速時間時所能達到的加速度；最高車速指汽車行駛中的最大速度,在前文已經(jīng)有過介紹。根據(jù)加速性能的評價方法,在ADVISOR2002軟件中加速性能測試設(shè)置主要包括:(a)設(shè)置換擋延遲時間,；(b)設(shè)置動力系統(tǒng),可以選擇所有能源,也可只選電池單獨工作或只選發(fā)動機單獨工作；(c)設(shè)置加速時整車重量,可以使用當(dāng)前質(zhì)量,也可以根據(jù)實際情況選擇重新輸入質(zhì)量；(d)設(shè)置車輛動力性能要求,本文設(shè)置:輸入速度O至60mph、40至60mph和0至100mph等；(e)設(shè)置最大加速度和最大速度等。(2)爬坡性能測試汽車的爬坡性能是用滿載(或某一載重質(zhì)量)時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示。通常情況下,汽車必須保證以一定的車速來表明它的爬坡能力(通常是指汽車在最低檔時的最大爬坡度)。本文選用并聯(lián)式混合動力汽車以100km/h的速度進行爬坡時的最大爬坡度作為評價指標(biāo)。根據(jù)爬坡性能的評價方法,在ADVISOR2002軟件中爬坡性能測試設(shè)置主要包括:(a)設(shè)置爬坡基本參數(shù),可以設(shè)置行駛平均坡度、爬坡車速、持續(xù)時間和變速器檔位等；(b)設(shè)置動力系統(tǒng),可以選擇所有能源,也可只選電池單獨工作或只選發(fā)動機單獨工作；(c)設(shè)置爬坡時整車重量,可以使用當(dāng)前質(zhì)量,也可以根據(jù)實際情況選擇重新輸入質(zhì)量；(d)設(shè)置其它爬坡約束條件,可以設(shè)置最小與最大坡度限制、最小速度誤差和最小坡度誤差等。在加速度性能和爬坡度性能測試中,用戶還可以選取“Load PNGV”選項,以用來參照美國政府與美國三大汽車公司共同制定的試驗測試參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(目前世界上比較公認的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)),通過比較,從而完善自己的設(shè)置。綜合考慮并聯(lián)式混合動力汽車的整車性能要求和道路循環(huán)的特點,、加速度和最大爬坡度的試驗測試設(shè)置:圖45 加速度測試選項設(shè)置圖46 爬坡度測試選項設(shè)置并聯(lián)式混合動力汽車性能仿真結(jié)果如圖47：圖47 并聯(lián)式混合動力汽車測試結(jié)果表41 PHEV動力性仿真結(jié)果分析項 目仿真值設(shè)計值最高車速(km/h)≥160最大爬坡度（%）≥70100km/h 加速時間≤表42 PHEV經(jīng)濟性仿真結(jié)果分析項 目仿真值設(shè)計值燃油消耗量（L/100km）11≤ 本章小結(jié)本章著重介紹了電動汽車仿真軟件ADVISOR的各種仿真方法及特點，并將第三章設(shè)計的參數(shù)并輸入ADVISOR進行了仿真。在城市循環(huán)工況下進行了PHEV整車動力性、經(jīng)濟性能仿真，與設(shè)計值比較結(jié)果表明整車設(shè)計和參數(shù)匹配方案可行，且滿足動力性和經(jīng)濟性設(shè)計要求。第五章 混合動力汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化混合動力汽車,由于特殊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),獨特的能源構(gòu)成,這就使得其在參數(shù)匹配上存在著很大的優(yōu)化空間。本章將著重對并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化進行研究?；旌蟿恿ζ囍辽儆袃煞N能源系統(tǒng),那么如何合理的匹配各個驅(qū)動部件的功率構(gòu)成顯得至關(guān)重要。一方面從本文的設(shè)計來說,在并聯(lián)式混合動力汽車中,能量由發(fā)動機和電動機共同提供。因此,在進行并聯(lián)式混合動力汽車的研制時,合理地匹配發(fā)動機、電動機以及電池組的功率關(guān)系,對于提高整個系統(tǒng)的效率有著至關(guān)重要的作用。另一方面隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展進步,人們對節(jié)能減排的追求越來越高,只有恰當(dāng)合理的進行參數(shù)匹配才能節(jié)省更多的部件材料、降低更多的燃油消耗。實現(xiàn)參數(shù)的最佳匹配優(yōu)化,一般有三種方法:(l)根據(jù)給定的整車參數(shù)和性能指標(biāo)要求,結(jié)合傳統(tǒng)的理論經(jīng)驗公式,計算出汽車所需得到的各動力總成參數(shù),完成優(yōu)化；(2)試驗分析法,對車輛各個系統(tǒng)部件進行路況分析是電動車輛設(shè)計的基礎(chǔ),經(jīng)過詳細的路況分析才能對部件提出合理的參數(shù)要求,完成參數(shù)優(yōu)化,設(shè)計出合乎使用條件的車輛；(3)計算機參數(shù)優(yōu)化,以計算機仿真軟件為平臺,通過對混合動力總成的仿真研究,確定各個部件的參數(shù)對汽車整體性能的影響,從而達到合理的優(yōu)化。不同的優(yōu)化方法,將會產(chǎn)生不同的優(yōu)化結(jié)果。在本文的設(shè)計中,本人在第三章已經(jīng)應(yīng)用了第一種方法,其優(yōu)化結(jié)果基本上達到了設(shè)計要求。但是,為了更好的對驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化進行研究,本人決定在第一種方法得出優(yōu)化結(jié)果的前提下,再應(yīng)用第三種方法(第二種方法周期太長、費用太高)利用計算機進行參數(shù)的仿真優(yōu)化,將兩種方法優(yōu)化的參數(shù)進行整車性能仿真,對仿真結(jié)果進行比較分析,希望能得出對本設(shè)計的整車研究有意義的結(jié)果。 ADVISOR參數(shù)優(yōu)化 ADVISOR優(yōu)化方法介紹現(xiàn)在計算機仿真技術(shù)發(fā)展迅猛,各種仿真優(yōu)化算法也應(yīng)運而生,鑒于本文篇幅有限,本人不可能把每種仿真匹配算法進行逐一介紹。綜合考慮本設(shè)計前文應(yīng)用ADVISOR 2002軟件的效果,決定還是應(yīng)用ADVISOR 2002軟件提供的(Autosize)自動優(yōu)化方法,Autosize提供了兩種優(yōu)化方法Autosize using Matlab和Autosize using VisualDOC。其中，Autosize using Matlab使用中分原理和Matlab內(nèi)部邏輯確定可接受的關(guān)鍵零部件參數(shù)范圍，而Autosize using VisualDOC使用VisualDOC優(yōu)化軟件得到需要的關(guān)鍵零部件參數(shù)進行參數(shù)優(yōu)化。在此，本人將分別應(yīng)用兩種優(yōu)化方法對參數(shù)進行優(yōu)化，完成發(fā)動機功率、電動機功率、發(fā)電機功率和電池個數(shù)等參數(shù)的合理匹配。軟件實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化的流程如圖51所示:圖51 優(yōu)化流程圖ADVISOR 2002軟件參數(shù)優(yōu)化方法的優(yōu)勢在于它并不要求用戶進行繁瑣的參數(shù)定義,它呈現(xiàn)給用戶的是方便易懂的優(yōu)化設(shè)置界面(圖52),可以看出其目標(biāo)函數(shù)和約束條件并不是以數(shù)學(xué)解析表達式的形式給出的,即設(shè)計變量和設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計變量和約束條件之間的數(shù)學(xué)關(guān)系是由軟件系統(tǒng)內(nèi)部早已確定的一種隱式的數(shù)學(xué)關(guān)系,用戶只需按著圖5圖53的界面設(shè)置數(shù)據(jù)變量、選擇優(yōu)化目標(biāo)和限制約束條件,然后運行系統(tǒng),仿真優(yōu)化就開始運行了。其具體實現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化的步驟如下:(1)Matlab工作空間的初始化；(2)根據(jù)設(shè)計情況設(shè)置優(yōu)化的參數(shù)變量；(3)設(shè)置參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)；(4)設(shè)置參數(shù)優(yōu)化的約束條件；(5)運行仿真優(yōu)化；(6)一次仿真完成。在Matlab主窗口中查看仿真優(yōu)化的結(jié)果,如果目標(biāo)實現(xiàn),則優(yōu)化完成；如果目標(biāo)沒有實現(xiàn),則返回2,繼續(xù)進行參數(shù)優(yōu)化。本設(shè)計的具體參數(shù)優(yōu)化的設(shè)置如圖5圖53所示。圖52 Autosize using Matlab優(yōu)化設(shè)置圖53 Autosize using VisualDOC優(yōu)化設(shè)置 傳動系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化為了便于分析比較及更好的對參數(shù)優(yōu)化進行研究,本人特別應(yīng)用ADVISOR 2002軟件參數(shù)優(yōu)化方法對并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)的功率參數(shù)進行了自動優(yōu)化研究。下面對本設(shè)計的參數(shù)優(yōu)化進行問題描述:(1)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計變量:(a)發(fā)動機功率,初始功率102KW,變化范圍64—140KW；(b)電動機功率,初始功率27KW,變化范圍24—48KW；(c)蓄電池節(jié)數(shù),初始節(jié)數(shù)30節(jié),變化范圍17—40節(jié)。(2)參數(shù)優(yōu)化目標(biāo):(a)燃油消耗最?。?b)電池個數(shù)最少；(c)發(fā)動機、電動機兩部件的功率最小。(3)動力性約束條件:(a)加速性能約束條件如表51；(b)爬坡性能約束條件如表52。表51 爬坡性能約束參數(shù)名稱具體數(shù)值速度100km/h坡度下限7%坡度上限30%初始SOC最小SOC系統(tǒng)能量使用發(fā)動機+電池表52 加速性能約束參數(shù)名稱具體數(shù)值換擋持續(xù)時間系統(tǒng)能量使用發(fā)動機+電池初始SOC0～100km/h～100km/h0～160km/h24s最高車速160km/h最大加速度在參數(shù)優(yōu)化過程中,ADVSOR 2002軟件還將并聯(lián)式混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化過程曲線圖顯示給用戶,圖5圖55即為本設(shè)計的傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化小結(jié)曲線。圖54 Autosize using Matlab優(yōu)化過程曲線圖55 Autosize using VisualDOC優(yōu)化過程曲線 優(yōu)化結(jié)果仿真分析將上節(jié)ADVISOR 2002軟件參數(shù)優(yōu)化得到的結(jié)果應(yīng)用第四章的UDDS循環(huán)路況進行仿真,得出軟件參數(shù)優(yōu)化的整車測試結(jié)果。圖54 Autosize using Matlab仿真結(jié)果圖55 Autosize using VisualDOC仿真結(jié)果同時,再將ADVISOR 2002軟件優(yōu)化的整車性能仿真結(jié)果圖47與圖5圖55進行比較,將整車仿真結(jié)果列于表53。表53整車仿真結(jié)果優(yōu)化項目理論設(shè)計Autosize using Matlab優(yōu)化結(jié)果Autosize using VisualDOC優(yōu)化結(jié)果電池數(shù)量302132發(fā)動機最大功率(kw)1028575電動機最大功率(kw)273541最大爬坡度(%)7最高車速(km/h)百公里加速時間(s)燃油消耗(L/100km)117尾氣排放(g/)COHCNOxPM000可以清楚的看出并聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)經(jīng)過三種不同的參數(shù)優(yōu)化具有不同的優(yōu)點：(1)在最大爬坡度方面,三種匹配方法都基本上達到了本文的設(shè)計要求,完全能夠適應(yīng)城市道路的運輸需求,但軟件優(yōu)化方法有一定的優(yōu)勢； (2)在加速性能方面,前者沒有達到設(shè)計要求，而后兩者都達到了設(shè)計要求,軟件優(yōu)化的最高車速要低于于理論設(shè)計方法；但考慮到汽車的在經(jīng)濟上的追求，稍微犧牲一點動力性是可以接受的； (3)在最主要的燃油消耗方面,在相同路況下,軟件優(yōu)化方法的100公里燃油消耗比理論設(shè)計的要低，且Autosize using VisualDOC優(yōu)化方法得到的100公里燃油消耗更低；在尾氣排放方面,前兩種匹配方法的仿真結(jié)果基本相同，最后一種方法的尾氣排放明顯得到改善； (4)在驅(qū)動系統(tǒng)的部件使用方面,軟件優(yōu)化的發(fā)動機最大功率下降、發(fā)電機最大功率升高,這就使得燃油消耗變小,節(jié)省了資源成本,這是軟件優(yōu)化的一個重要收獲。其實,還有很多先進的軟件算法,可以對驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)進行優(yōu)化,當(dāng)然應(yīng)用不同的算法優(yōu)化的結(jié)果也一定各不相同。本文只是選用ADVISOR 2002軟件對傳動系統(tǒng)的功率參數(shù)優(yōu)化進行了研究。本章對并聯(lián)式混合動力城市汽車的驅(qū)動系統(tǒng)進行了參數(shù)優(yōu)化的研究,其主要內(nèi)容總結(jié)如下:首先,本章簡要的介紹了參數(shù)優(yōu)化的基本理論,為下文的進一步展開奠定了基礎(chǔ)。其次,本章對ADVISOR2002軟件再優(yōu)化方法進行了描述,針對本設(shè)計自身的特點,應(yīng)用計算機軟件重點對驅(qū)動系統(tǒng)的部件功率進行了參數(shù)優(yōu)化,同時運用優(yōu)化的結(jié)果進行路況仿真模擬,得出結(jié)論:軟件優(yōu)化在驅(qū)動系統(tǒng)功率參數(shù)優(yōu)化方面更勝一籌。第七章 全文總結(jié)本文對PHEV的動力系統(tǒng)構(gòu)型選擇及參數(shù)匹配、整車及動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件建模仿真、基于ADVISOR2002Autosize對整車動力系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化。(1)結(jié)合城市汽車運行工況的特點和對混合動力結(jié)構(gòu)形式的分析，選擇了并聯(lián)式混合動力驅(qū)動結(jié)構(gòu)，并對發(fā)動機、電機、傳動系和超級電容等關(guān)鍵部件進行了選型和參數(shù)初步匹配。（2）在基于MATLAB/SIMULINK環(huán)境下的在ADVISOR軟件中建立了混合動力汽車的仿真模型，該模型能夠比較準(zhǔn)確的預(yù)測實際混合動力汽車的動力性和燃油經(jīng)濟性，并對其動力性和經(jīng)濟性進行仿真分析。（3）本文基于ADVISOR2002Autosize對汽車傳動系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進行了優(yōu)化,顯著改善了車輛燃油經(jīng)濟性?；旌蟿恿ζ嚨拈_發(fā)將成為二十一世紀(jì)汽車工業(yè)發(fā)展的最大亮點，它是緩解當(dāng)前能源危機切實可行的方案。但總的來說，對于混合動力汽車的研究和開發(fā)仍處于起步階段，尤其是我國在混合動力汽車一些關(guān)鍵技上還存在許多技術(shù)問題需要解決，比如：整車結(jié)構(gòu)布置，使其能夠進一步降低能耗；提高燃油經(jīng)濟性并降低排放，使其更適合于大規(guī)模城市交通運輸；如何在保證制動安全的前提下，進一步提高整車再生制動能量的回收率；儲能元件的選擇與改進，使其適應(yīng)長距離的交通系統(tǒng)；電動汽車的成本價格有待降低，性能也有待提高，使其能夠早日進入千家萬戶。致 謝本文是在王永寬老師的悉心指導(dǎo)下完成的，王老師為了課題的研究提出了很多指導(dǎo)性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多寶貴的指導(dǎo)和幫助。在此論文的進展期間，導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和辛勤培養(yǎng)使我不斷地提高專業(yè)理論水平，在此，我對尊敬的王老師致以最誠摯的謝意。同時，感謝機械工程學(xué)院所有老師陪我們度過了人生中最重要的四年。參考文獻[1] Andreas Patyk,Guido A cycle parison of the Envionmental ImPacts of conventional a