并联型混合动力牵引车动力系统参数匹配与优化

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1选题的背景和意义第1章绪论随着科学技术的进步与经济的发展，汽车工业在当代世界经济活动中发挥了巨大的作用，是当今世界最大、最重要的行业之一。汽车的发展不仅推动了社会的进步，促进了经济的发展，而且缩短了人们之间的距离，改变了人们的生活方式。但是，汽车在给人们带来便利、推动经济和社会发展的同时，也带来能源危机与环境污染两大问题。在节能和环保成为现代汽车工业面临的主要挑战之际，发展高效、清洁、经济和安全的新能源汽车成为21世纪汽车工业发展的目标，电动汽车显然是替代当前燃油汽车的最佳解决方案。一般地，电动汽车可分为纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力汽车三大类

2、。其中，纯电动汽车由于现阶段存在动力电池的续驶里程短和成本高等问题，其市场化推广进程缓慢。燃料电池电动汽车在开发低成本的燃料电池系统、高效燃料处理器和稳定的整车控制器等关键技术方面仍未取得突破性进展，大批量投入市场也需要很长时间。在这种情况下，“准绿色”的混合动力汽车成为新能源汽车中最具有产业化和市场化前景的车型。混合动力装置发挥了燃料发动机持续工作时间长、动力好的特点，又可以发挥纯电动汽车无污染、低噪声的优点。混合动力汽车作为提高传统汽车运输生产率，降低燃油消耗，并改善车辆排放性能的重要课题之一，世界各大汽车制造商和研究机构已经开展了数十年的研究，混合动力系统的布置方案和选型原则

3、基本达成了共识，并形成完整的汽车开发基础理论知识。当前，混合动力汽车的开发主要集中在对混合动力系统的动力总成设计和参数优化方面，这些设计和优化【1】包括以下方面：11混合动力系统的动力总成参数匹配设计(1)发动机的选型——汽油机与柴油机的选择；发动机使用特性的选择和排量的选择；(2)电动机／发电机的选择——电机的动力性能设计，高速与低速电机的选择，过载系数的选取；(3)动力电池组的选型——电池类型的确定，电池的容量、输入与输出功率的设计，功率密度和循环寿命的选择；(4)传动系型式及参数的选择——变速器的型式、速比范围、档位数、速比间隔；液力变矩器型式及尺寸；驱动桥的类型及尺寸等。武

4、汉理工大学硕士学位论文2)混合动力系统的各子系统参数和控制器参数优化由于混合动力汽车是由多个部件构成的复杂系统，尤其当采用不同的控制策略时，子系统及控制器的参数对整车的动力性、部件性能、燃油经济性和排放性能均产生重大的影响。(1)动力总成各子系统参数的优化匹配，包括发动机、电机和电池的动力参数在满足车辆性能的前提下更合理地匹配；(2)根据采用的具体的控制方法，在初步设定控制参数的基础上，基于实际工况，以现代工程优化算法对其进行演算、优化。混合动力汽车的动力性与燃油经济性，以及排放性能的好坏，在很大程度上取决于发动机性能、电力系统特性、传动系型式及控制器参数的选择，即取决于混合动力系

5、统参数合理匹配的程度。即使一台具有良好性能的发动机，如果没有一个与之合理匹配的电力系统、传动系统，尤其是控制系统，也不能充分发挥其节油减排的性能。能与发动机合理匹配的混合动力系统可以使发动机经常在其理想工作区附近工作，这样不仅可以减少燃油消耗，改善尾气排放，还可以减轻发动机磨损，提高其使用寿命。然而，在混合动力汽车研发的过程中，由于专业分工过细，往往存在着这样的情况：即动力总成部门着重于发动机与电机和动力电池组的匹配与布置，主要考虑发动机、电机和电池的单个部件对整车的性能影响；在选用传动系统时，主要是根据空间方位和动力性能来选取变速器和驱动桥等。但是，如果不将发动机、电机、动力电池

6、组和传动系统视为一个相互耦合的综合体进行合理匹配，任何一个部件的性能改进完全有可能由于另一部件的匹配不当而造成整体性能未获得应有的改进；其中的关键是动力总成参数的“匹配”问题。控制器设计部门主要侧重于基于车辆工作状况，选用较为合理的控制策略。针对不同的控制策略，每种控制方法都有一定的控制参数，这些控制参数对混合动力汽车的动力性能、经济性和排放性能产生影响。往往控制器的初始参数是设计者人为设置的，并没有经过车辆在实际环境运行的检验和修正，无法保证其对整车性能的影响是最优的。文献资料表明【2卅：目前大部分混合动力系统的参数匹配与优化往往局限于两个方面：一是仅对动力总成的参数匹配进行优化

7、；二是仅对控制器的参数进行优化。孤立地从任一方面对混合动力系统进行参数优化，一般也能有效地提高整车性能，并改善其尾气排放状况。因此，混合动力系统的高度非线性和相互之间的复杂耦合关系，使得通过采用合理优化算法对混合动力系统的动力总成和控制器参数同时进行优化，将对改善整车的动力性、经济性和排放性能有更大的潜力，这是一个值得进一步研究的课题。2武汉理工大学硕士学位论文1．2混合动力系统优化的研究概况通常对混合动力汽车的动力性、燃油经济性及排放性能的评价，是在进行实车道路试验