混合动力汽车用行星齿轮结构参数优化及应用

外齿圈和太阳轮的齿数之比是行星齿轮机构的特征参数,确定该参数是动力系统匹配的重要部分,故需对该特征参数进行优化.首先,分析混合动力汽车对动力部件的性能要求,进行动力部件的选型设计,并制定混合动力汽车能量分配策略;然后,对包含行星齿轮机构的整车动力系统进行动力学和运动学分析,确定其动力学微分方程,建立描述行星齿轮机构特征参数与动力部件的最高转速和整车设计最高车速的函数关系,并仿真寻优;最后,在Advisor中仿真验证.结果表明,整车匹配合理,验证了寻优方法的正确性.     

混合动力汽车动力耦合行星齿轮系动力学模态

以混合动力汽车双排行星齿轮动力耦合机构为例,运用 UG 建立其三维实体模型,并在 ANSYS 中对动力耦合机构的两排斜齿行星齿轮系分别进行模态分析。通过对比分析两排行星齿轮系的固有属性,得出两行星齿轮系的振动都以行星轮的扭转或扭摆振动为主,且由于存在重根现象,固有频率相近的模态,其固有振型也相似。两斜齿行星齿轮系的固有频率都远大于混合动力汽车发动机、发电机和电动机对外输出的激振频率。可见,斜齿行星齿轮系作为混合动力汽车动力耦合机构,能够有效地避免与动力输入构件的共振。     

基于实车试验大数据分析的插电式混合动力汽车能量管理策略解析

以某先进的串并联混合动力系统为研究对象,提出一种插电式混合动力汽车能量管理策略的逆向解析方法。基于功率流和能量分析,设计试验解析流程,通过实车试验,分别完成对整车动力性、经济性测试及其性能影响分析,在此基础上制定插电式混合动力汽车的能量管理策略。最后基于MATLAB/Simiulink平台及其Simscape模型库,开发了基于实车试验大数据的串并联插电式混合动力汽车仿真平台,通过仿真与实车试验的对比分析,验证了解析策略的正确性。     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型。通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型,通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

新型功率分流混合动力系统能量管理预测优化

针对新型双模功率分流混合动力系统,为改善拟搭载样车的能量经济性,开发了基于模型预测控制的实时优化能量管理策略并进行了仿真验证。通过分析各动力源在不同工作模式下的转速转矩关系,建立了功率分流系统模型,通过分析该构型方案在不同功率分流模式下的机械点,得到系统效率随传动比的变化关系,并基于发动机稳态燃油消耗特性曲线建立了其数学模型,基于安时积分法建立了动力电池一阶等效模型。根据已有的发动机模型及动力电池模型,建立了功率分流混合动力系统短时域预测模型,预测了有限时域内电池荷电状态及发动机燃油消耗率的变化。最后,基于预测时域内等效燃油消耗最小提出系统在混合动力模式下发动机工作点的最优决策律,并基于该最优决策律开发功率分流混合动力系统模型预测能量管理策略,实现了各动力源转矩的实时最优分配。设置预测时域和控制时域均为3s,新欧洲行驶工况仿真结果表明,该控制策略可实现能量管理的实时滚动优化,其百公里油耗为4.95L,相比于基于规则能量管理策略下的百公里油耗5.364L,可提升整车大约7.7%的燃油经济性。     

功率分流式混合动力汽车复合电源系统设计

为解决功率分流式混合动力汽车单一蓄电池功率密度小、循环寿命短等问题,引入超级电容-蓄电池复合电源系统,利用AVL-Cruise/Simulink联合仿真平台搭建了功率分流式混合动力汽车的动力系统模型,在基于发动机最优工作曲线的能量管理控制策略中加入了复合电源功率分配策略,该功率分配策略能够缓冲起停发动机、制动工况下的电机工作时的大电流对电池的冲击,使电池尽可能工作在高效率区间来提高车辆的燃油经济性.在此基础上,对蓄电池组和超级电容进行了参数匹配,仿真结果表明蓄电池的放电过程得到了优化,所设计的复合电源系统能够提高车辆的燃油经济性.      

基于系统效率的PHEV动力与控制参数优化

针对搭载无级变速器的单电机插电式混合动力汽车,提出了一种新的动力参数与控制参数设计方法.建立插电式混合动力汽车各工作模式的系统效率模型,得到基于系统效率的工作模式切换规律,并对模式切换曲线乘以控制参数以实现模式切换规律的调整.充分考虑燃油经济性的影响因素,以动力源功率、电池数目以及主减速器速比作为动力系统设计参数.利用Matlab/Simulink建立整车经济性仿真模型,构建"城市-城郊-高速-城郊-城市"综合行驶工况,以降低等效燃油消耗为目标,采用遗传算法对插电式混合动力汽车动力系统参数与模式切换规律控制参数进行综合优化.结果表明:采用本文所提出的方法能够优化出一组合理的动力与控制系统参数,使整车等效燃油消耗更低,比优化前的百公里等效油耗降低了7.2%.     

混合动力汽车扭矩管理策略

能量管理策略是混合动力汽车技术中研究的重要内容之一。该文提出的扭矩管理策略具有稳态能量管理策略的特征。在Matlab/Simulink仿真平台上建立了前向式混合动力汽车模型,并在模型基础上对驱动方式和制动方式下的扭矩管理策略进行了仿真分析。仿真结果表明,扭矩管理策略将扭矩作为最主要的控制变量,以内燃机稳态效率特性图为基础,可以实现对内燃机和电机输出动力的合理分配。扭矩管理策略综合考虑了驾驶员的需求以及混合动力汽车中多个部件的特性,是一种能量的优化管理方法,达到了提高混合动力汽车动力系统效率的目的。     

多排行星齿轮动力耦合器的构型综合方法

根据行星齿轮机构的结构特点,提出了新三色拓扑图表示方法.将变胞机构的构态变换方法应用于混合动力汽车动力耦合器的构型综合,并将动力耦合器的多排行星齿轮机构的构型综合问题转化为行星齿轮机构邻接矩阵的运算问题.通过各阶段矩阵运算,将单排行星齿轮机构的邻接矩阵转换成多排行星齿轮的联合矩阵和邻接矩阵,进而得到多排行星齿轮机构的拓扑图和构型综合方案,为后续构型方案的同构判断提供数学模型.以双排和三排行星齿轮构型综合为例,得出多款行星齿轮拓扑构型方案,验证了上述方法的有效性,并采用模糊一致矩阵的优选方法得到几款适用于混合动力汽车动力耦合器的新型基础构型方案.     

典型工况与工作模式下混联式混合传动系统振动分析

针对发动机、电动机和行星齿轮系等子系统组成的混联式混合动力驱传动系统,考虑动力控制策略以及典型运行工况,建立了混合动力驱传动系统扭转动力学模型,分析了纯电动、混合动力和停车充电工作模式下系统的固有特性和瞬态响应.研究发现,3个模式下系统的重根频率相同且只与行星齿轮系统的转动惯量和啮合刚度等参数有关,纯电动和停车充电模式下系统的非重根频率和振型均相近;整车加速度瞬态响应与激励源干扰力矩的频率成分相同,在启动电机工作阶段和停机阶段低转速运行时,转矩波动引起的整车纵向振动较大.模式切换造成激励源转矩突变,行星齿轮系统的角加速度波动幅值明显增大.     

轿车混合动力传动系统排放特性的仿真

节能和环保是新世纪人类急待解决的两大主要难题 由于轿车在全球汽车保有量中占有 80 %左右的比例 ,开发新型节能传动系统和清洁燃料已经成为当务之急 混合动力传动系统被认为是目前解决节能和环保问题的有效途径之一 本文在介绍总结传统混合动力传动系统的基础上 ,提出了一种新型的最小化形式轿车混合动力传动系统 介绍了其结构原理和控制策略 ,建立了最小化形式轿车混合动力传动系统排放特性的数学模型 利用编制的计算机仿真程序 ,对最小化形式混合动力传动系统轿车的排放特性进行了仿真 仿真结果显示 ,最小化形式混合动力传动系统能够有效减少废气排放     

并联式混合动力汽车机械式自动变速器换档策略

并联式混合动力汽车(Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV)档位决策作为能量管理策略的一部分,对整车动力性、经济性及排放性能有较大影响.混合动力汽车换档策略不仅要考虑发动机,还要考虑电机和电池系统的影响.基于电池电能的等效燃油概念,通过考虑电池充、放电过程中的能量损失,将充、放电生成或消耗的电能折算为等效燃油,由此得到不同档位时整车的综合燃油消耗,进而选取燃油消耗较小时的档位使整车经济性能指标达到最优.同时,该方法也通用于装备液力自动变速器(Automatic Transmission,AT)等有级式自动变速器的混合动力汽车换档策略制定.     

电动汽车驱动电机和传动系统的参数匹配

探讨了电动汽车传动系统的传动比和挡位数确定原则，指出电动机额定功率或转矩、转速必须与传动系统参数合理匹配．并以某型号电动汽车为研究对象，计算并分析了五挡手动变速器中两个挡位，即二挡和三挡的驱动力一行驶阻力平衡图，提出了去掉笨重的机械齿轮变速器而代之以固定速比减速器的单挡驱动传动方案，理论上可以减轻整车质量，增加续驶里程．应用电动汽车仿真软件Advanced Vehicle Simulator（ADVISOR）对整车动力性和续驶里程进行了仿真，初步验证了文中提出的传动系统参数确定原则和方法的正确性．     

Parameters matching and optimization of parallel hybrid electric vehicle powertrain

Aiming at the development of parallel hybrid electric vehicle (PHEV) powertrain, parameter matching and optimization are presented. According to the performance of PHEV, the optimization range of engine, motor, driveline gear ratio and battery parameters are determined. And then a two-level optimization problem is formulated based on analytical target cascading (ATC). At the system level, the optimization of the whole vehicle fuel economy is carried out, while the tractive performance is defined as the constraints. The optimized parameters are cascaded to the subsystem as the optimization targets. At the subsystem level, the final drive and transmission design are optimized to make the ratios as close to the targets as possible. The optimization result shows that the fuel economy had improved significantly, while the tractive performance maintains the former level.     

行星齿轮混合动力汽车驱动模式的切换规则

描述了行星齿轮结构混合动力汽车中央控制器的功能,建立了不同驱动模式之间的切换图.为了提高计算速度,对动态规划算法进行了简化和改进,减少了动态规则离散化产生的网格点.通过对动态规则计算结果的分析,得到了行星齿轮结构混合动力汽车不同驱动模式之间的切换规则.     

基于速度预测与自适应差分进化算法的混合动力汽车能量管理策略

为提高单行星排构型的混合动力汽车（hybrid electric vehicle, HEV）的燃油经济性,降低车辆燃油消耗量,提出了一种基于门控循环单元神经网络（gated recurrent unit neural network, GRU-NN）速度预测模型与自适应差分进化（adaptive differential evolution, A-DE）算法的能量管理策略,在模型预测控制（model predictive control, MPC）框架下预测未来车辆的行车速度,将整个工况内的全局优化求解问题转化为在预测时域内的局部优化求解,以发动机燃油消耗量最低与行车过程电池荷电状态（state of charge, SOC）平衡为目标,利用A-DE算法实现预测域内的最优控制序列求解。仿真结果表明,在实车采集的道路工况下,基于GRU-NN与A-DE算法的能量管理策略相较于ECMS燃油消耗量减少了4.55%,相较于动态规划燃油经济性达到了93.04%。     

串联混合动力汽车的能量管理策略

以串联混合动力汽车为研究对象,采用“系统建模-策略开发-仿真验证”的思路对能量管理策略进行了研究,建立了动力系统各关键部件的模型.将功率分配系数作为控制变量,以燃油经济性作为控制目标建立了一种基于逻辑门限与模糊算法的能量管理策略;以US06作为循环工况,在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真,结果表明,所提出的能量管理策略正确有效,可以实现良好的燃油经济性,与传统的开关式能量管理策略相比,可以降低油耗113%.     

基于多目标优化的混合动力系统DOH参数匹配

以一款并联式混合动力系统为研究对象,提出一种基于混合度(DOH)进行动力性、经济性、排放性的多目标优化参数匹配方法。建立综合整车各性能指标为价值函数,选定DOH为匹配设计变量,采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization ,PSO)进行优化,获得不同权重系数下的优化DOH,同时权衡部件成本进而选定最佳DOH进行参数匹配,并开展回归实验验证,其结果表明：和优化前相比,最高车速提高了19.7%,每加仑行驶的里程提高了10.9%,排放量降低了19.8%。