【汽车设计与开发】并联混合动力汽车动力系统参数建模及仿真隗寒冰（重庆交通大学机电与汽车Ｉ程学院，重庆Ⅻ０口Ｎ摘要：选择一种现有成熟车型，设计成为并联混台动力汽车。在整车模拟分析软件ｃｎ蜥平台上对其摸鼠好析，在满足原有车ｉ动力性的要求下．Ｈ氓合动力汽车动力形、燃油经济性为设计目标对动力系统进行参教Ⅸ配设计关键词：挹合动力汽车；动力系统；仿真设计立麓际谤日：＾中圈分娄号：ｕ斯１１混舍动力电动汽车（ｐｍ，／ｌｅｌｈｂｉｄｉ誊喧号：１００６一ｗ０７忸ｌＤ８ｌｓｌ一∞２５—０３袁Ｉ常＊丰Ⅲ§粤教噩自女性要事ｄ∞晾”埘ｅ）是新老技术结合的最可行的产物，它同时具有纯电动汽车和传统内燃机汽车的优点，既具有纯电动汽车的高教串和低排雠蔬瓣“警“芽ｌ０７５Ｉ５５５放的性能，还具有传统内燃机汽车的行驶里程长和快建补充燃料的性能因此．在制氢拄木Ｉ业化实现之前，混音动力电动汽车成为当前解央节能、环保问题切实可行的有效方案当前，汽车行业开发混合动力汽车采取的普追方案是Ｈ某一种原ｉ车为基础，对其动力系统进行重新设计和改进设计的指导思想是Ｕ动力性和燃油经济性为±ｇ拄木指标，在满足动力性要求前提Ｔ使燃抽＆济性最大化，２协０牡０３１２亲热１鼗８：慧譬专：茅絮警７８５ｏｉ署热Ⅲ；］ｏ％盎２常规车型Ⅱ№＊真％＾在满尼性能要求的前提下使成车最小化＇１设计方案奉设计参考丰日ｈｕ鼬车型功力布置形式，选择一种现有成熟车Ⅲ，设计成为井联混合动力汽车（Ｐ｝彳吖），在整车模拟分析软件№平台ｔ对其模拟分析，在满足原有车型动力性的要求下，“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ｇ配设计毒３亩已徊］ｊ５－：所选某常规车型的主要劳致见表Ｉ参考‘轻型赫台动力汽车能量消耗量试验斤击）国家标堆，循环工况琏用ｎＰ一＂美国城市循环Ｉ况，对其进行性能仿真．掰相应的动匿＿８菩一匿目Ｉ力性盅济性和排放性结皋（袁２）”。’混台动力采用混联式结构，传动效率高，能量损戋较少，总体布置如图１所示审，埔ＨＥＶ＊自｝‰甚＊￥ｉ作者筒竹：魄幕球（Ｉ即一）．男．湖北壹陆＾肼师ｔ硬士，主要从事汽车动力掌艘电于控制斟混台动力电动汽车研究２唧布置方案和能量管理策略混合动力汽车不同ｆ纯电动汽车，它要珠电弛电量在循环Ｉ况的始末能够宴＆基本平衡，月Ｔ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台理的工况Ⅲ使发动机尽量工作在最佳经济Ｅ域，从而降低发动机燃油消耗率和碱步捧放在车辆制动时．电动机转换为发发动机最大功率只邴与电动机最大功率＾触之和至步等于混台最高车速时汽车所需功率只一，表遮式为只∞＋Ｐ＿限≥只－定功率为ｌＯｈ，最大功率为１１ｈ３．２（３）根据“上结论，结合谭研情况．选择某直巍电动机．暂２电机ｇ宅转速ｋ和重高转速虬蚶¨自定电动机的最高转建靳车身的尺寸、重量、内在损耗等都有直接的关辜．对传动系尺寸也有禳大的影响低速电动机扩大恒功辜Ｅ系敷口较小，额定转矩高，转子电藏大．电动机尺寸自重量较大，内在损耗也较大高速电动机有著与之帽反的优点，但和低速电动机相比．大口值电动机会增大传动幕的传动比，也会使驱动轴扭矩和齿轮鹰力增大但大口值是车辆起步加速和稳定运行所必需的所以在选择电动机时必须协调考虑电机最高转建、齿轮应力和传动系尺寸目前一般选用中高速电动机（最高转建在６电机回收制动能量培电池充电车设计所采用的能量管理策略与Ｈ岫№混台动力汽车娄似在车辆启动或节气门全开加速时，发动机和电动机同时工作，共同丹担驱动车辆所需的动力；车辆正常行驶时。电动机关用．慢幽发动机Ｉ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“一部分通过电动机转化为电能蛤蔷电池克电；车辆制动或磕速行驶时，电动机工作ｆ发电机模式，口过功率转换器培蓄电池充电０００・１５∞Ｏ以血）．扩大恒功率系数口一般在４－６相应地，电动机额定转速为３动力元件的选择及参数匹配等ｆ儿：％一印（４）本研究选择电动机的最高转速虬一为８咖ｔ／ｒｍｎ，口各参散匹配的基奉步骤是①发动机功率，＠电机各参４．即额定转建‰为２０３０∥一圈２目圈３分剐为此电动机的扭矩特性和效率散（包括电动机瓿定功率‘、额定转速“、最高转速心一）；０电池参数选择（功率厦容量）；０传动系的传动比３ｌ盘动机功率舶选择选择发动机的功宰是租关键的一十ｇ节如果发动机功事选择过大，车辆燃油女济性和捧放性能就得不到改善；发动机功率偏小，后备功率兢会小，Ｒ不能满足车辆动力性要求在设计常规汽车时，通常从保证汽车璜期帕最高车速来韧步选择发动帆的功率．即Ｂ一＝去【；舞“。＋杀岔“ｏ】（１）式（”中：只叫为发动机最大功宰．＂为传动系效率；ｍ为为空气阻力幕散；＾为汽车迎风面积奉设计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建行驶时的功率需求，辅汽车总质量，，为车轮滚动阻力系敷‰为最高车速；“保在《航车速‰下，发动机能Ｉ作在最佳＆井Ｂ式（２）为车连在＊下发动机应提供的行驶功卓ｔ＝古（焉＊＋者盎一）率之Ⅻ应该是发动机Ｉ作在＆济Ⅸ能输出的功率奉设计选定某汽袖发动机，最大功率为＂ｋＷ３２电机●数的盎捧３（：）障了车辆行驶需求的功率蚪，发动机单独驱动车辆句建行驶时迁应有为电池充电的１０％左右的功率裕量、１％一２％的胜功率幡量批附件功率（特别是有空谓时）这些功３３电蕾●披的■定电弛用来向电动机提供电力功率的．所咀它必须满足电动机工作的要求电携在Ｔ同的荷电状态（ｓｏｃ）下对应２１电机＃定功率‘∞《择电机额定功率％要综合ｅ定的发动机功率来考虑．不同的内阻和雌睦功率．在ｓｏｃ工作Ｂ内峰值放电功率＊须太于电动机的最大功卓另外，电弛总电量也要满２汽车连续加速和爬坡时电动机做功的需求．即电池在ｓｏｃｌ主要“捕足混合动力汽车捏合最高车建的要求来碡定，即隗寒冰：并联混合动力汽车动力系统参数建模及仿真－●—一ＩＩＩＩ＿２７Ｉ・ｏ！＿！——，—！・！作区内所能提供的电量必须大于电动机持续做的总功．本设计所选镍一氢电池组ＳＯＣ在充电内阻０．２一Ｏ．８ｋｇ．图４为蓄电池的内阻模型．电池由一个开路电压和一个内阻串联构成，它反映了蓄电池组电路的参数．在模型中，忽略了充电和放电时引起的电压的变化，并假定电池的开路电压是与ＳＯＣ和温度有关、与时间无关的函数【６】．ｎ，平均值为０．６ｎ，放电内阻平均值为０．４０，总电压的平均值为１２０Ｖ，总能量２．４ｋＷ・ｈ，总容量１６Ａｈ，总质量３ｌ图４蓄电池等效模型４．２燃油经济性４仿真结果分析通过利用上述仿真模型对并联混合动力汽车仿真计算，可得到并联混合动力汽车的动力性（加速时间、最高车速和最大爬坡度），以及在ＳＯＣ最大化控制策略和模糊逻辑控制策略下的ＦＩＩ町５实验循环的百公里油耗、发动机、电机在其特性图中的工作点、电池电荷量变化等结果．根据这些结果可以分析混合动力系统机构参数及控制策略设计的合理性．４．Ｉ动力性仿真由表４结果可知，对于并联混合动力汽车，不管是采用ＳＯＣ最大化控制策略还是模糊逻辑控制策略，其百公里油耗均有不同程度的降低，燃油经济性都有所改善，而在起停频繁的城市循环下尤其明显，如在兀聊５城市循环下，相比原车有２８．８％（ＳＯＣ最大化控制策略）和２１．２％（模糊控制策略）的提高．表４唧燃油经济性能仿真结果＼＼≠型＼循环ＰＨＶＰＨＶ（ＳＯＣ最大化策略）４．７４．４（模糊策略）５．２４．７唧虽然动力性稍有降低，但还是满足提出的动力性要求，这说明动力系统各参数匹配对动力性而言比较恰当．对于燃油经济性，如表３所示，汽车空载、半载和满载的仿真结果均有所改善．从表３可以看出，通过ｃ血∞仿真分析，改装后的唧５城市Ｉ盯Ｐ７５高速公路在起停频繁的城市循环下，原车发动机大多以节气门部分开度运转，发动机工作点多分布于最佳经济区以下，而不论是采用ＳＯＣ最大化控制策略还是模糊逻辑控制策略的ＰＨＶ发动机工作点大都处于经济区域；另一方面，并联混合动力汽车发动机尺寸相比原车有所减小，且工作点优于原车，故较之原车燃油经济性有明显改善．表３眦Ｖ性能仿真结果６结论混合动力汽车对比常规车型的优势在（下转第４２页）４２Ｉ■四川兵工学报Ｍａｔｌａｂ模型进行长安某自动变速器轿车的动力性、经Ｉｌ＿＿＿ｌｌ●ｌＩｌ＿＿＿＿＿●ｌ＿●ＩｌＩ＿ｌ＿ｌ＿●●＿＿Ｉ＿＿－４．２济性的仿真计算使用上面的Ｍａｔｌａｂ模型进行长安某自动变速器（ＡＴ）轿车的动力性经济性仿真计算，并将计算结果与试验进行对比．图３是长安某轿车的满油门加速性能的计算结果与试验的对比图．：瓷邑京：曼三三角廿图５工况油耗仿真与试验的对比从以上的仿真结果与试验数据对比分析，动力性、经济性的仿真与试验的曲线是基本吻合的，说明Ｍａｔｌａｂ的液力自动变速器（ＡＴ）车动力性、经济性仿真模型的仿真计算精度高，能满足仿真的要求．图３满油门加速性能仿真与试验的对比图４是欧洲进行油耗试验的ｌ、ｆＥＤＣ循环工况图．图５是用Ｍａｎａｂ油耗模型仿真欧洲ＮＥＤＣ工况油耗的仿真结果与试验结果对比图．参：考文献：［１］会志生．汽车理论［Ｍ］。北京：机械工业出版社，１９鹎。［２］邓定瀛．自动变速器原理与运用［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社．２．００２．［３］喻凡，林逸．汽车系统动力学［Ｍ］．北京：机械工业出版社．２００５．图４欧洲麟循环工况（上接第２７页）于发动机能更多地工作在经济区域以及能对制动能量回收，因而比常规车型更省油．本研究建立了并联混合动力汽车各主要机构的仿真模型，并采用仿真方法连接各机构模型构成并联混合动力汽车整车仿真模型．对仿真结果动力性和经济性能仿真分析，结果验证了改装后的并联混合动力汽车确实比常规车型具有更好的燃油经济性，也说明了动力系统参数选择的正确性．【３］何仁．汽车传动系最优匹配评价指标的探讨［Ｊ］．汽车工程。１９９６（１）：５５．［４］ＷｏｎｇＫＴ，ＹＳＯｖｅｒｖｉｅｗ０ｆｐｏｗｅｒｍ蚰昭删ｉｎｏ鼬ｒｏｌｓｍａｌｌｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ［Ｊ］．ＥｎｅｒｓｙＦＧ，ＦｒａｎｋＡＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄＭａｎａｇｔｍ把ｎｔ。２００２（４３）：１９５３一１９醴．［５】ＨａｒｍｏｎＡ。Ｊ０日ｌｌｉＳＳ．Ｔｈｅｎｏｆａｐａｒ－ａｌｌｅｌｈｙｂｒｉｄ－ｅｌｅｃｔｒｉｃｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｕｓｉｎｇａｕｎｍａｎｎｅｄＣＭＡＣＮｅｕｒａｌＮｅｔＷｏｒｋ［Ｊ］．Ｎｅｕｒａｌ参考文献：［１］余志生．汽车理论［Ｍ】．北京：清华大学出版社，加０３．［２】彭涛，陈全世．并联混合动力电动汽车动力系统的参教匹配［Ｊ】．汽丰工程。２０ｃ１３：６９．Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，２０晒（１８）：７７２．［６］ｌｅｅ。Ｈ－Ｄ。ｓｌｌｌ．Ｋ－Ｓ．Ｆｕｆｆｉｙ－ｌｏｇｉｃ－ｈａ∞ｄｔｏｒｑｕｅ∞加ｆｏｌｍｍｅｇｙｆｏｒｐａｒａｌｌｅｌ・ｔｙｐｅＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ０１１ｈ州ｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｎｍｉｃｓ，１９９ｓ（４）：６２５．并联混合动力汽车动力系统参数建模及仿真
作者：作者单位：
隗寒冰
重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆 400074
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