【正文】 參考文獻(xiàn)[1] Andreas Patyk,Guido A cycle parison of the Envionmental ImPacts of conventional and E。在此論文的進(jìn)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(duì)尊敬的王老師致以最誠(chéng)摯的謝意。但總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于混合動(dòng)力汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)仍處于起步階段，尤其是我國(guó)在混合動(dòng)力汽車(chē)一些關(guān)鍵技上還存在許多技術(shù)問(wèn)題需要解決，比如：整車(chē)結(jié)構(gòu)布置，使其能夠進(jìn)一步降低能耗；提高燃油經(jīng)濟(jì)性并降低排放，使其更適合于大規(guī)模城市交通運(yùn)輸；如何在保證制動(dòng)安全的前提下，進(jìn)一步提高整車(chē)再生制動(dòng)能量的回收率；儲(chǔ)能元件的選擇與改進(jìn)，使其適應(yīng)長(zhǎng)距離的交通系統(tǒng)；電動(dòng)汽車(chē)的成本價(jià)格有待降低，性能也有待提高，使其能夠早日進(jìn)入千家萬(wàn)戶。（3）本文基于ADVISOR2002Autosize對(duì)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,顯著改善了車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性。(1)結(jié)合城市汽車(chē)運(yùn)行工況的特點(diǎn)和對(duì)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)形式的分析，選擇了并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、傳動(dòng)系和超級(jí)電容等關(guān)鍵部件進(jìn)行了選型和參數(shù)初步匹配。其次,本章對(duì)ADVISOR2002軟件再優(yōu)化方法進(jìn)行了描述,針對(duì)本設(shè)計(jì)自身的特點(diǎn),應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件重點(diǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部件功率進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,同時(shí)運(yùn)用優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行路況仿真模擬,得出結(jié)論:軟件優(yōu)化在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率參數(shù)優(yōu)化方面更勝一籌。本文只是選用ADVISOR 2002軟件對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的功率參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了研究。表53整車(chē)仿真結(jié)果優(yōu)化項(xiàng)目理論設(shè)計(jì)Autosize using Matlab優(yōu)化結(jié)果Autosize using VisualDOC優(yōu)化結(jié)果電池?cái)?shù)量302132發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率(kw)1028575電動(dòng)機(jī)最大功率(kw)273541最大爬坡度(%)7最高車(chē)速(km/h)百公里加速時(shí)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(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三種不同的參數(shù)優(yōu)化具有不同的優(yōu)點(diǎn)：(1)在最大爬坡度方面,三種匹配方法都基本上達(dá)到了本文的設(shè)計(jì)要求,完全能夠適應(yīng)城市道路的運(yùn)輸需求,但軟件優(yōu)化方法有一定的優(yōu)勢(shì)； (2)在加速性能方面,前者沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而后兩者都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,軟件優(yōu)化的最高車(chē)速要低于于理論設(shè)計(jì)方法；但考慮到汽車(chē)的在經(jīng)濟(jì)上的追求，稍微犧牲一點(diǎn)動(dòng)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(jì)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(dòng)系統(tǒng)的部件使用方面,軟件優(yōu)化的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率下降、發(fā)電機(jī)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(gè)重要收獲。圖54 Autosize using Matlab優(yōu)化過(guò)程曲線圖55 Autosize using VisualDOC優(yōu)化過(guò)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(jìn)行仿真,得出軟件參數(shù)優(yōu)化的整車(chē)測(cè)試結(jié)果。(3)動(dòng)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。下面對(duì)本設(shè)計(jì)的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行問(wèn)題描述:(1)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量:(a)發(fā)動(dòng)機(jī)功率,初始功率102KW,變化范圍64—140KW；(b)電動(dòng)機(jī)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)。本設(shè)計(jì)的具體參數(shù)優(yōu)化的設(shè)置如圖5圖53所示。其具體實(shí)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(jì)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(yùn)行仿真優(yōu)化；(6)一次仿真完成。在此，本人將分別應(yīng)用兩種優(yōu)化方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，完成發(fā)動(dòng)機(jī)功率、電動(dòng)機(jī)功率、發(fā)電機(jī)功率和電池個(gè)數(shù)等參數(shù)的合理匹配。綜合考慮本設(shè)計(jì)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(dòng)優(yōu)化方法,Autosize提供了兩種優(yōu)化方法Autosize using Matlab和Autosize using VisualDOC。但是,為了更好的對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)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(zhǎng)、費(fèi)用太高)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)的仿真優(yōu)化,將兩種方法優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行整車(chē)性能仿真,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析,希望能得出對(duì)本設(shè)計(jì)的整車(chē)研究有意義的結(jié)果。不同的優(yōu)化方法,將會(huì)產(chǎn)生不同的優(yōu)化結(jié)果。另一方面隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步,人們對(duì)節(jié)能減排的追求越來(lái)越高,只有恰當(dāng)合理的進(jìn)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。一方面從本文的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)中,能量由發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供。本章將著重對(duì)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行研究。在城市循環(huán)工況下進(jìn)行了PHEV整車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性能仿真，與設(shè)計(jì)值比較結(jié)果表明整車(chē)設(shè)計(jì)和參數(shù)匹配方案可行，且滿足動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要求。在加速度性能和爬坡度性能測(cè)試中,用戶還可以選取“Load PNGV”選項(xiàng),以用來(lái)參照美國(guó)政府與美國(guó)三大汽車(chē)公司共同制定的試驗(yàn)測(cè)試參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)(目前世界上比較公認(rèn)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)),通過(guò)比較,從而完善自己的設(shè)置。本文選用并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)以100km/h的速度進(jìn)行爬坡時(shí)的最大爬坡度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。(2)爬坡性能測(cè)試汽車(chē)的爬坡性能是用滿載(或某一載重質(zhì)量)時(shí)汽車(chē)在良好路面上的最大爬坡度表示。最大加速度是指汽車(chē)在行駛過(guò)程中從某一車(chē)速到另一車(chē)速用最短的超車(chē)加速時(shí)間時(shí)所能達(dá)到的加速度；最高車(chē)速指汽車(chē)行駛中的最大速度,在前文已經(jīng)有過(guò)介紹。現(xiàn)今汽車(chē)領(lǐng)域通常用原地起步加速時(shí)間、超車(chē)加速時(shí)間、最大加速度和最高車(chē)速來(lái)表示汽車(chē)的加速性能。(l)加速性能測(cè)試加速性能簡(jiǎn)單地說(shuō)就是指汽車(chē)的加速能力。本文的主要目的是確定混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是否能滿足并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)的要求及前文所初步確定的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)技術(shù)要求，本文選用美國(guó)城市循環(huán)工況(UDDS)，其循環(huán)示意圖如下。因此,首先應(yīng)該找到符合汽車(chē)行駛的路況進(jìn)行模擬。 。 。 。在經(jīng)過(guò)控制策略的設(shè)計(jì)后，即可進(jìn)行混合動(dòng)力汽車(chē)仿真計(jì)算。圖42 仿真工況參數(shù)設(shè)定界面(3)仿真結(jié)果顯示界面：該界面如圖43主要用于各種仿真分析結(jié)果的數(shù)據(jù)查看，通過(guò)下拉菜單，選擇要查看的結(jié)果變量，結(jié)果主要是以時(shí)間為橫軸的曲線來(lái)描述和ADVISOR預(yù)定的圖形來(lái)顯示，ADVISOR的仿真結(jié)果包括：1）仿真參數(shù)圖：顯示部件參數(shù)值隨仿真時(shí)間的變化情況；2）仿真結(jié)果報(bào)告：包括燃料消耗、行駛距離、有害氣體排放、加速度和爬坡能力報(bào)告；3）能量消耗圖：顯示各個(gè)部件在能量再生模式或作功模式下的能量輸入、輸出，以及損失能量和效率；4）仿真對(duì)比：使用這個(gè)功能可以同時(shí)打開(kāi)測(cè)試數(shù)據(jù)文件和仿真結(jié)果文件，將它們顯示在同一坐標(biāo)圖上進(jìn)行對(duì)比；5）重放功能，在可視化的GUI上動(dòng)態(tài)顯示仿真結(jié)果，其界面與交互式仿真的GUI相同。用戶應(yīng)定義仿真項(xiàng)目：1）仿真工況：提供道路循環(huán)、多重循環(huán)和測(cè)試過(guò)程三種仿真工況來(lái)仿真車(chē)輛的性能；2）加速度性能仿真：該功能可以仿真以三組從初速度加速到末速度所需要的最短時(shí)間、某一時(shí)間段內(nèi)車(chē)輛行駛的最大距離、行駛某一段距離所需要的最短時(shí)間、最大加速度和最大速度；3）爬坡能力仿真：在設(shè)置車(chē)輛速度、持續(xù)時(shí)間、質(zhì)量和多能源動(dòng)力系統(tǒng)等參數(shù)后，仿真出車(chē)輛在給定速度下的爬坡性能；4）參數(shù)研究：該功能可以選擇一至三個(gè)部件參數(shù)，分析這些參數(shù)對(duì)車(chē)輛的燃料經(jīng)濟(jì)性和有害氣體排放等性能的影響；5）計(jì)算輔助電器的負(fù)荷：該功能可以計(jì)算車(chē)輛上輔助電器的能源消耗。軟件主要是基于MATLAB語(yǔ)言的GUI(Graphical User Interface)編程實(shí)現(xiàn)，零部件的數(shù)據(jù)M文件，通過(guò)MATLAB中腳本文件的調(diào)用，使各個(gè)主程序的調(diào)用運(yùn)行。另外，ADVISOR 軟件界面介紹，界面主要分為三大部分：(1)整車(chē)參數(shù)設(shè)定界面：該界面如圖41主要用于整車(chē)所有參數(shù)的設(shè)定，包括整車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)、三元催化劑、電動(dòng)機(jī)、變速箱、扭矩合成器、車(chē)輪和附件等車(chē)輛系統(tǒng)。ADVISOR通過(guò)設(shè)計(jì)者所建立的物理模型，結(jié)合各種行駛工況和經(jīng)過(guò)測(cè)試的各總成來(lái)建立的實(shí)際的或研發(fā)的HEV模型。第四章 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析如今汽車(chē)設(shè)計(jì)技術(shù)的最大特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)模擬在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的大量應(yīng)用，它不僅縮短了新車(chē)型的研發(fā)周期，還可以驗(yàn)證、評(píng)價(jià)新穎設(shè)計(jì)方法的合理性、有效性，如應(yīng)用于HEV技術(shù)開(kāi)發(fā)方面的仿真軟件有：美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的高級(jí)汽車(chē)仿真器ADVISOR、Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的MARVEL和DURHAM大學(xué)開(kāi)發(fā)的JANUS等。取=27KW，=，代入式312得： 容量的確定假設(shè)在城市工況UDDS下純電動(dòng)行駛時(shí)，電機(jī)一直以功率=，則有如下計(jì)算公式： (313) (314)式中：E為電容容量，KWh； T為行駛時(shí)間，h； S為純電動(dòng)最大行駛里程，km； 為UDDS下平均車(chē)速，km/h。本文匹配根據(jù)電動(dòng)機(jī)的主要功能—城市工況UDDS下能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)工作模式，并且純電動(dòng)行駛里程不少于32km來(lái)進(jìn)行計(jì)算。功率通過(guò)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)可以計(jì)算出。但如果超級(jí)電容容量越大，重量也就會(huì)隨之變大，會(huì)影響到汽車(chē)的動(dòng)力性能，所以，確定超級(jí)電容的容量要注意權(quán)衡以上一些因素，做到同時(shí)兼顧汽車(chē)的動(dòng)力性要求，又要滿足其提供電功率的需要?；谏鲜龇治鰟t初步可以確定電動(dòng)機(jī)的功率=10275=27KW。在3220r/min時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率為=75KW,完全能滿足此車(chē)正常行駛功率需求；(3)在上述轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩基本不變，而且輸出最大扭矩；(4)在上述范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的和值都處于相對(duì)較低的范圍，有利于發(fā)動(dòng)工作性能和壽命。并選擇了功率為102KW的奇瑞SQR48F發(fā)動(dòng)機(jī)。其次按等比級(jí)數(shù)分配傳動(dòng)比的的變速器在換擋過(guò)程中可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率，提高汽車(chē)的動(dòng)力性。根據(jù)表31參數(shù)，本文設(shè)計(jì)變速器檔位數(shù)為5檔，且各檔比以等比級(jí)數(shù)分配。但是由于檔位的增加會(huì)使變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，特別是操縱機(jī)構(gòu)會(huì)很復(fù)雜。檔位數(shù)越多會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)更長(zhǎng)時(shí)間工作在高功率區(qū)內(nèi)，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率利用率。綜合上述，=。（1）滿足最大爬坡度的要求：汽車(chē)想要達(dá)到最大爬坡度時(shí)，車(chē)速必然較低，此時(shí)可忽略空氣阻力，最大傳動(dòng)比應(yīng)滿足： (38) 所以， (39)由技術(shù)要求可知，=100km/h , ,代入已知參數(shù)可得： = 6（2）滿足附著條件的要求，即牽引力要小于附著力: (310)式中：為前驅(qū)動(dòng)橋質(zhì)量，kg； 為附著系數(shù)。 (36)所以， (37)根據(jù)表31以及其他已知數(shù)據(jù)可求得： 最大傳動(dòng)比的確定 最大傳動(dòng)比是變速器的頭檔速比與主減速比的乘積。 主減速器速比的確定的選擇首先應(yīng)滿足車(chē)輛最高行駛速度要求，即： (34)式中：為發(fā)動(dòng)機(jī)最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，r/min ； 為車(chē)輪滾動(dòng)半徑，m 。整車(chē)的最大爬坡度決定了最大速比，而整車(chē)的最高車(chē)速則制約了最小速比。表32 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)型 號(hào)奇瑞SQR48F排 量標(biāo)定功率102KW(5750r/min)最大扭矩182 N參考市場(chǎng)上現(xiàn)有型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)最后可選擇功率為102的奇瑞SQR48F汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)此關(guān)系可得=2875～4107r/min 之間。m 要求與之間有一定差值，如果它們很接近，將導(dǎo)致直接檔的最低穩(wěn)定車(chē)速偏高，使汽車(chē)通過(guò)十字路口時(shí)換擋次數(shù)增多。m ； 為轉(zhuǎn)矩適應(yīng)性系數(shù)（—）； 為最大功率轉(zhuǎn)速，r/min 。這種情況下，整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)除克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力外的其他驅(qū)動(dòng)力全部用來(lái)克服坡度阻力，此時(shí)其加速阻力可忽略不計(jì)。又因?yàn)楸拒?chē)沒(méi)有給定具體最高車(chē)速，所以用滿足在車(chē)速=100km/h最大爬坡度要求的功率來(lái)修正由式（31）所得發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率。取車(chē)速 =160km/h ，并把整車(chē)的參數(shù)代入式(31)中得：= = KW由式（31） 。(5),。(3)車(chē)速在100km/% 。）12質(zhì)量分布（%,前/后）58/42(1)城市工況UDDS下能夠?qū)崿F(xiàn)純電動(dòng)工作模式，并且純電動(dòng)續(xù)駛里程不少于32km 。 混合動(dòng)力客車(chē)基本參數(shù)和性能指標(biāo) 整車(chē)基本參數(shù)表31 PHEV的整車(chē)基本參數(shù)序號(hào)項(xiàng) 目參數(shù)和指標(biāo)1整車(chē)整備質(zhì)量（kg）19352最大總質(zhì)量（kg）24903前輪距（mm）15624長(zhǎng)寬高（mm）4576185016815軸距(mm)27076車(chē)輛迎風(fēng)面積（m2）7滾動(dòng)阻力系數(shù)8風(fēng)阻系數(shù)9最小離地間隙(mm)17510接近角（176。(3)在汽車(chē)正常運(yùn)行的前提下，鎳氫電池充、放電電流不能超過(guò)其允許范圍