《某高速工況下的并聯(lián)式混合動力電動汽車混合度優(yōu)化研究》11000字（論文）

某高速工況下的并聯(lián)式混合動力電動汽車混合度優(yōu)化研究摘要為了對某PHEV混合度進行優(yōu)化，首先回顧了有關并聯(lián)式混合動力汽車的國內(nèi)外外文獻，在此基礎上，對某PHEV混合度方案進行了分析，確定了發(fā)動機的功率，電動機的功率還有電池組的組數(shù)，利用正交試驗的方法對該車混合度進行了優(yōu)化。介紹了實驗平臺ADVISOR2002的使用方法，設計出正交實驗表，然后利用仿真試驗平臺對某并聯(lián)式混合動力汽車在告訴工況下的燃油經(jīng)濟性與排放性進行了仿真試驗，通過試驗得到了使該車在高速工況下油耗與排放綜合性能最優(yōu)的混合度優(yōu)化；最后，對優(yōu)化后的并聯(lián)式混合動力汽車動力性進行了校核，結果表明，混合度得到優(yōu)化后的車輛動力性仍然滿足設計要求。本次的試驗對某PHEV混合度的優(yōu)化具有一定的實踐意義。關鍵詞：混合度；并聯(lián)混合動力汽車；正交實驗；仿真；優(yōu)化目錄TOC\o"1-3"\h\u14086第一章緒論 4230351.1研究的背景和意義 4106371.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 495251.2.1國外研究現(xiàn)狀 4307441.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 4243341.3研究的內(nèi)容與目標 614266第二章并聯(lián)式混合動力電動汽車結構與工作原理 7163142.1并聯(lián)混合動力電動汽車結構 74172.2并聯(lián)混合動力電動汽車工作原理 715977第三章某PHEV混合度的設計 841053.1某PHEV車輛性能指標 853603.2某PHEV動力系統(tǒng)主要參數(shù)的確定 891753.2.1發(fā)動機功率的確定 8157373.2.2電動機功率的確定 813.2.3電池組組數(shù)的確定 98911第四章基于正交試驗的某高速工況下的PHEV混合度的優(yōu)化 10289664.1正交試驗的設計原理 10163964.1.1正交設計概況 10192104.1.2正交試驗原理 1047834.1.3正交實驗目的 10212034.2仿真實驗平臺ADVISRO2002軟件簡介 1067554.2.1軟件概況 1010724.4.2工作原理 11153594.3PHEV混合度優(yōu)化的正交表試驗表的設計 12207034.3.1試驗因素和水平 12188244.3.2試驗方案 12136044.3.3試驗結果與分析 1516185第五章混合度優(yōu)化后的PHEV混合度的校核 1843985.1某并聯(lián)式混合動力的整車參數(shù) 1815065.2對動力性能的計算分析 18303395.2.1驅(qū)動力計算 18197335.2.2最高車速分析 19209685.2.3行駛阻力的計算 1925606第六章總結 2123899結束語 2225376參考文獻 24PAGEPAGE10第一章緒論1.1研究的背景和意義混合動力的電動車因其具備了超低污染、高燃料、節(jié)省能源、低油耗、使用時間和總成本不會遠遠高于傳統(tǒng)汽車以及連續(xù)駕駛行程相當傳統(tǒng)汽車的整體性能優(yōu)勢,正在進一步發(fā)展成為現(xiàn)代化城市生活環(huán)保型汽車的一種重要選擇?；旌蟿恿﹄妱榆嚫鶕?jù)驅(qū)動系統(tǒng)的設計和方案各種不同,大致可以劃分為串聯(lián)、混合、并聯(lián)和復合。所謂混合程度指的是混合動力電動汽車車載動力鏈中電機驅(qū)動系統(tǒng)的功率和輸出量之間所占動力來源總功率的百分比。本課題以某并聯(lián)式混合動力電動氣車的動力鏈為研究對象，研究其高速工況下的混合度優(yōu)化問題,該研究對常用工況為高速工況的并聯(lián)混合動力電動汽車的設計具有一定的參考意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀混合動力汽車在國外已研究多年,混合動力技術也在不斷發(fā)展和完善。其中混合動力的優(yōu)化設計研究由于技術保密而少有公布。因此,研究并探索混合動力系統(tǒng)在汽車中的最佳性能優(yōu)化和設計,這也是國內(nèi)企業(yè)自主研制的混合動力車輛的一項重要內(nèi)容[1]。全球性石油危機以及嚴重的大氣污染促進了汽車的節(jié)約能源和環(huán)保性能越來越受到人們的重視,如何研究開發(fā)新型節(jié)能汽車和利用清潔能源作為汽車制造工藝中最主要的技術手段,而混合動力汽車則被廣泛地認為是目前汽車企業(yè)解決其節(jié)能與環(huán)保的最佳方法之一?；旌蟿恿Φ钠囆旭偩哂袃蓚€或者兩個以上的動力源,在汽車駛過程中通過動力源之間的相互切換或者相互配合,就可實現(xiàn)不同的工作模式從而達到節(jié)油環(huán)保的目的[2]。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀目前，關于混合動力汽車的研究主要集中在以下幾個方面。在混合動力系統(tǒng)的參數(shù)選擇方面:趙韓等人通過深入研究正交實驗所提供的設計概念和理論以及各種可能會影響這輛汽車的燃油消費量的因素,運用正交實驗來對各種影響因素之間的相互匹配關系進行了考察和優(yōu)化,以期達到減少實驗時間、縮短實驗次數(shù)和提高整輛汽車的動力特點和經(jīng)濟性的目標。利用正交表格對其主要的影響因素的匹配方法進行了優(yōu)化,得出各個影響因素的最優(yōu)水平,找出各個影響因素所受到的主次順序,完成了對混合動力學系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化[3]。陳有權等其他人研究發(fā)現(xiàn)在相同的設計工況下,采用了不斷改進的nsnsga-ⅱ分析算法對于不斷優(yōu)化新型混合空氣動力車型汽車的混合動力系統(tǒng)進行參數(shù)分析效果較好,混合動力車輛的動力系統(tǒng)參數(shù)匹配精度最高可達89%,且混合動力車輛的燃油消耗損失率最低為3.5%,提高了混合動力車輛的動力性能,為該領域的研究奠定基[4]。孫勇利用advisor和matlab/simulink軟件,對包括汽車、引擎、電機、蓄電池、變速器等各種動力系統(tǒng)零部件的結構圖進行了建模,并在不同的工況下運行和仿真,驗證了選型和參數(shù)匹配的正確和合理性[5]。林珺悠等研究人以一輛電動汽車系統(tǒng)整體的各個主要性能指標變量作為性能價值計算函數(shù),選擇一個混合度變量作為性能匹配系統(tǒng)設計中的變量,采用精度粒子群性能優(yōu)化分析算法對其變量進行了性能優(yōu)化,獲得不同變量權重精度系數(shù)下的性能優(yōu)化度和混合度。同時通過自動權衡汽車零部件的使用成本,進而根據(jù)需要選擇最佳柴油混合度對汽車零部件數(shù)量進行速度參數(shù)自動匹配,并先后在實踐中通過運用d-ad-visorr等仿真驗證軟件對汽車零部件速度進行了仿真驗證,結果顯示,與電動汽車高速優(yōu)化前的車速相比,最高純電動機的車速速度可以大幅提高19.7%,百公里平均油耗也可以減少了9.8%,排放量也可以減少了19.8%[6]。在混合度性能方面:王婷婷等人得出：隨著混合度的增加，混合動力車輛的經(jīng)濟性能呈現(xiàn)下降后上升的趨勢，基本在中重混合時，達到最省油的狀態(tài)；隨著混合度的增加，車輛的排放性能，均得到不同程度的提高。在典型工況時，NOx減少達1．42g/(kW·h)，CO可減少1g/(kW·h)，HC減少0．32g/(kW·h)，SOOT可減少0．049g/(kW·h)[7]。李小靜從瞬態(tài)燃油經(jīng)濟性、排氣管瞬態(tài)排放性和多個動態(tài)控制過程的駕駛性能出發(fā)建立綜合性的仿真平臺，并對模型做出綜合的仿真分析，驗證模型的準確性，為精確的進行能量管理控制提供良好的理論基礎[8]。在汽車控制戰(zhàn)略方面:將整車控制戰(zhàn)略作為新能源插電式混合動力小轎車的關鍵技術之一,已經(jīng)得到了廣泛研究[9]。基于規(guī)則的控制策略因其算法簡單、實時性好的優(yōu)點在工程中被大量采用[10-11],然而策略制定需要大量實驗和專家經(jīng)驗，無法適應工況變化，不能充分發(fā)揮插電式混合動力汽車的節(jié)能潛力。最優(yōu)控制策略利用優(yōu)化算法求解最小化目標函數(shù),可以實現(xiàn)整車能量最佳分配[12-13]，此類策略計算資源占用大,執(zhí)行效率不高,實時應用受到限制。基于學習的控制策略利用歷史或?qū)崟r數(shù)據(jù)進行學習應用，可以根據(jù)不同的行駛工況對控制策略參數(shù)進行自調(diào)整，優(yōu)化車輛運行以適應不同的駕駛工況[14]，但仍依賴專家經(jīng)驗和精確的系統(tǒng)模型。近年來,作為動力人工智能、機器人工學習和動力自動控制等多個領域的重要研究發(fā)展熱點之一的動力人工智能自動強化機器學習控制技術在我國混合能源動力智能控制產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略中已經(jīng)逐漸開始廣泛應用[15]。在能量管理方面:相比于傳統(tǒng)燃油汽車,并聯(lián)式混合動力汽車的動力源既包含發(fā)動機也包含電機,使其存在能量管理、模式切換控制、制動能量回收、電機的控制等問題,這些問題直接影響了并聯(lián)式混合動力汽車的使用經(jīng)濟性、排放量、行駛平順性等[16]。童毅等人主要研究了并聯(lián)式混合動力汽車以邏輯門限為參數(shù)的控制方法以及基于規(guī)律的能源管理戰(zhàn)略,根據(jù)混合動力發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)效率特點確定了邏輯門限控制參數(shù)閾值[17]。崔淑華等以駕駛員需求轉(zhuǎn)矩、動力電池SOC、加速踏板開度、車速等為邏輯門限參數(shù)[18]，張雄等以需求功率和動力電池SOC為邏輯門限參數(shù)[19]，鄭竹安等以汽車車速、爬坡度等為邏輯門限參數(shù)，研究了基于規(guī)則的能量管理策略[20]。張紅黨等研究了混合動力系統(tǒng)全局最優(yōu)控制，構建以系統(tǒng)工作效率最優(yōu)為目標的非線性規(guī)劃問題，基于貝爾曼最優(yōu)原理采用動態(tài)規(guī)劃算法求解最優(yōu)控制序列[21]。從以上綜述來看，我國對混合動力汽車的各個方面都進行了深入的研究與發(fā)展，在PHEV混合度的優(yōu)化方面得到了進一步的提升，但是還是缺少一些可行性的技術只是處于研究實驗階段。本文以課題某PHEV為主要研究對象,以提高動力能耗、燃油經(jīng)濟性作為其優(yōu)化方向和目的,利用電動汽車的研究軟件advisor2002為基礎的仿真模擬平臺,對該型電動汽車的各種混合程度系數(shù)進行了優(yōu)化和匹配,以尋求在典型的循環(huán)工況下該車各種混合程度的最佳匹配。1.3研究的內(nèi)容與目標以某類并聯(lián)式混合動力電動汽車的混合能源系統(tǒng)為主要研究對象,以提高動力特點、燃料經(jīng)濟性作為其優(yōu)化目標,利用電動汽車的正交優(yōu)化技術手段,以電動汽車的研究軟件advisor2002為基礎和仿真平臺,對該類電動汽車的混合能源系統(tǒng)進行了優(yōu)化和匹配,以尋求在典型的循環(huán)運行情況下該車系統(tǒng)中混合能源系統(tǒng)的最佳匹配。第二章并聯(lián)式混合動力電動汽車結構與工作原理2.1并聯(lián)混合動力電動汽車結構發(fā)動機和電機都跟后續(xù)傳動機構有機械連接是區(qū)分并聯(lián)方式最重要特征。并聯(lián)式HEV中兩動力源相互獨立，但以機械形式復合。驅(qū)動形式可單獨也可共同驅(qū)動車輛。在并聯(lián)連接中，既可以做電動機也可做發(fā)動機兩種工作模式的ISG電機以其優(yōu)越的工作特性被廣泛使用。連接結構文可分為單軸并聯(lián)和雙軸并聯(lián)兩種主要形式[22-23]。圖2-1單軸并聯(lián)式混合動力電動汽車結構示意圖單軸并聯(lián)式混合動力電動汽車配備雙離合，左邊第一個離合為電控離合，第二個離合可為機械式離合。通過兩離合的分離、結合來實現(xiàn)發(fā)動機和電機的轉(zhuǎn)矩輸出。雙軸并聯(lián)式混合動力電動汽車增加了力矩耦合器部件，用以耦合發(fā)動機和電動機輸出轉(zhuǎn)矩，輸出給變速箱以驅(qū)動汽車行駛[24]。2.2并聯(lián)混合動力電動汽車工作原理采用發(fā)動機和驅(qū)動電機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動車輪。發(fā)動機和驅(qū)動電機通常通過不同的離合器來驅(qū)動車輪，可以分別選擇采用發(fā)動機單獨工作驅(qū)動、驅(qū)動裝置電機單獨工作驅(qū)動或者可以是采用發(fā)動機與其他驅(qū)動裝置電機的并聯(lián)混合工作驅(qū)動三種混合工作驅(qū)動方法。例如,當發(fā)動機所提供的功率超過了車輛使用時所需要的驅(qū)動能力或功率,則驅(qū)動電機就會在汽車中繼續(xù)工作在一個驅(qū)動電機的狀態(tài),給發(fā)動力蓄電池進行充電。與傳統(tǒng)的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相比,它們在設計過程中需要兩個主要的驅(qū)動器件,即引擎發(fā)動機和驅(qū)動電機。而且,在相同的驅(qū)動性能要求下,由于兩個驅(qū)動電機系統(tǒng)和一臺發(fā)動機之間可以同時產(chǎn)生驅(qū)動力,并聯(lián)式要求使用串聯(lián)式驅(qū)動所需要的發(fā)動機和兩個驅(qū)動電機單獨產(chǎn)生的功率較小[24]。第三章某PHEV混合度的設計3.1某PHEV車輛性能指標某PHEV混合動力汽車的具體參數(shù)如下表所示表3-1整車參數(shù)滿載重量（N)空氣阻力系數(shù)迎風面積(m2)車輛巡航車速(Km/h)滾動阻力系數(shù)14740.42.41300.0093.2某PHEV動力系統(tǒng)主要參數(shù)的確定3.2.1發(fā)動機功率的確定雖然四缸混合燃氣動力柴油汽車車型具有雙混合動力系統(tǒng)來源并可進行四輪驅(qū)動,但由于汽車受到混合動力系統(tǒng)來源的嚴格限制,最主要的混合動力系統(tǒng)來源仍然只能是柴油引擎,所以其對發(fā)動機輸出功率的精準確定對于并聯(lián)式四缸混合燃氣動力汽油車型的整體設計至關重要。發(fā)動機的阻力功率相對偏大,其中的綜合燃油利用經(jīng)濟性和大氣污染物總體排放量因素相比就差,這樣的一種混合燃氣動力柴油車型的一些優(yōu)點就不明顯,甚至還很有可能會直接導致生產(chǎn)成本高;由于功率偏小,在制動阻力大和功率始終保持不變的實際條件下,其后備放在電池中的功率就小,電動機只有由于需要為我們車輛連續(xù)提供較多的阻力功率,這樣才可以能夠更好滿足某些類型車輛的連續(xù)行駛安全性能需求,電動機由于功率大所以就需要的后備電池的容量和后備數(shù)目就是也會隨之不斷增加,車輛的后備生產(chǎn)成本就是也會隨之不斷增加,同時也給我們車輛加大了在有限制的空見內(nèi)不能進行合理布置后備電池的困難,并且還很有可能直接限制電動機在車輛的連續(xù)使用行駛壽命里程[25]。從并聯(lián)式混合動力車輛的功能特點我們可知通常是由于發(fā)動機能夠提供車輛平均的行駛功率,因此其最大功率值的選定主要是應該充分考慮車輛在巡航和行駛過程中對功率的要求,一般建議選取發(fā)動機的最大功率:(3-1)式中：P1max為發(fā)動機最大功率,η為傳動系效率，G為整車滿載時總重，f為滾動阻力系數(shù)，u為車輛巡航時車速，CD為空氣阻力系數(shù)，A為汽車迎風面積。計算后可得P1max=40kw，但考慮到減少對電機功率的需求，提高發(fā)動機的動力性，最終確定發(fā)動機功率為45kw。3.2.2電動機功率的確定首先因為電動機和發(fā)動機同時工作來保證汽車行駛的最高車速，所以電動機的最大功率應滿足混合動力汽車最高車速，也就是發(fā)動機的最大功率與電動機最大功率之和至少等于混合動力最高車速時所需功率，其表達式為：（3-2）所以（3-3）計算可得出P2=83KW，所以電動機的功率最后可以得出是83KW。3.2.3電池組組數(shù)的確定蓄電池汽車攜帶時的容量必須不得超過一個大于或至少相當于對純電動汽車最大負載功率最低能耗所規(guī)定要求的整個蓄電池電動機組電容數(shù)。(3-4)式中Pemax為汽車最大阻力功率；Pbmax為一組電池模塊的最大放電功率;ηe為電機效率,ηec為電機控制器效率;N為單個電池組所包含的電池的數(shù)。（3-5)所以計算得出n=25由續(xù)駛里程選擇電池組的數(shù)目，在汽車充電前，蓄電池所攜帶的能量必須保證電動汽車能夠行駛一定的里程。所以電池組數(shù)目為：（3-6）式中，L為續(xù)駛里程（km）；W為電動汽車行駛1km所消耗的能量（kW）；Cs為單個電池的電容（A·h);Vs為單個電池的電壓（V）。所以計算得出n=20。從二者中選擇較大者確定電池組組數(shù)，所以n=25。第四章基于正交試驗的某高速工況下的PHEV混合度的優(yōu)化4.1正交試驗的設計原理4.1.1正交設計概況正交設計法是一種多因素優(yōu)化實驗設計的方法,也叫正交測試設計。它主要是從一個全面進行實驗的樣品和組成點中選取一部分具有代表性的組成點來做一個實驗,這些組成點都具有正交。其作用在于只用比較少的實驗次數(shù)即可以尋找到各個因素在水平之間的一種最優(yōu)配合或又將實驗成果通過計算來推斷得到一種最優(yōu)配合。4.1.2正交試驗原理正交實驗的設計方法是一種研究和處理各種因子的多要素實驗的科學技術方法,它是利用"正交表"為基礎來進行安排的[27]。正交儀表本身有3個很好的典型特征,即正交性、節(jié)約性和使用的方便。正交性是指正交量表中任意兩列縱向各種數(shù)碼的搭配時所出現(xiàn)的次數(shù)相等,保證了該實驗的典型性。節(jié)約性主要表現(xiàn)為將一些材料按照全部的組合當中選取一些材料進行了實驗,就會使我們能夠很好地反映整個實驗的結果。便捷性主要體現(xiàn)在我們可以通過正交量量表簡單而直觀的去研究某一個因子,其他的不予以考慮。基于正交表的以上幾種優(yōu)點,利用它們已經(jīng)能夠篩選出一組代表性較強的少數(shù)實驗,來計算求得最優(yōu)或者是更優(yōu)的一組方案[28]。4.1.3正交實驗目的最優(yōu)化是指高效率地找到問題所在的一定情況下的最佳理解,混合動力車輛的設計也是有著最優(yōu)化所在的要求。而最優(yōu)化的問題根據(jù)數(shù)學模型中是否已經(jīng)得到了認識或者是否有可以求導,一般又劃分為兩類:計算最優(yōu)化導數(shù)法與試驗性最優(yōu)化/直接法。由于大多數(shù)現(xiàn)實中遇到的問題都是沒有一個可以被應用于求導的規(guī)律數(shù)學模型,特別是對于混合動力汽車這類非線性復雜、無限制的多自由度系統(tǒng),一般都只能采取試驗性最好和優(yōu)化的方法進行設計。而進行正交式試驗的設計方法就是進行離散式優(yōu)化的基本方法,它從正交式的性、均勻表角度出發(fā),利用拉丁方、正交式量表、均勻式量表作為主要的工具,實施各種廣義式的試驗,直接找到最優(yōu)點，因此它對混合動力汽車的設計非常適合。4.2仿真實驗平臺ADVISRO2002軟件簡介4.2.1軟件概況仿真軟件advisor，它是英文advancedvehiclesimulator(一種先進的通用汽車運動仿真儀)的一個英文拼音縮寫。對該套解決軟件的深入研究和測試開發(fā)工作旨在為促進美國能源部對用于混合能源動力汽車驅(qū)動技術合同的具體項目管理進行有效率的管理。該平臺于1994年11月開始建設并于1998年1月被正式批準指定命名為maadvisor[29]。該軟件在國內(nèi)外的chryslercorp,generalmotorscorp,argonnenationallaboratory,universityofmaryland等一些其他的研究機構中得到了普遍的運行和應用。在國內(nèi)，隨著混合動力汽車的深入研究，ADVISOR也逐漸的被各汽車廠商和高等院校應用和進一步開發(fā)。它的圖形界面使得操作方便,用戶可以在不必再修改源代碼的前提下,也就是能夠自行修改一輛汽車模型的各個主要參數(shù)。區(qū)別于其他汽車仿真軟件，其最大的特點是：代碼完全免費公開。目前公布的最新免費版本是2002版本。我們可以利用它作為一種模擬和仿真來對研究純電動汽車、串聯(lián)式或者是并聯(lián)式混合動力電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機。它的仿真結果分為燃油消耗量、尾氣中有害氣體排放值、加速和爬坡度性能測試等。4.4.2工作原理advisor的系統(tǒng)軟件仿真系統(tǒng)主要由控制輸入輸出腳本、仿真系統(tǒng)模型、輸出輸入腳本以及過程控制器四個大部分共同結構組成[30]。各部分作用分別為：輸入輸出腳本:主要含義是說它具備兩個基本功能,第一個就是直接定義一個基于工作地址空間的輸入變量,第二個就是直接調(diào)用其它的變量輸入輸出腳本或者文件。這主要是對包括車輛類型和動力系統(tǒng)結構在內(nèi)的車輛定義文件和車輛組成部件的數(shù)據(jù)文件進行的操作。仿真模型：這部分是由一系列Simulink保存的文件組成。其中涵蓋了車輛各部件的計算公式或者數(shù)據(jù)。更是整車仿真能得以搭建的關鍵所在?？刂颇_本：這是該軟件的核心部分。軟件所要實現(xiàn)的仿真功能和軟件自身運行的控制程序全部都在控制腳本中。advisor系統(tǒng)軟件的仿真工作過程是因為:由控制中心對其所在地的控制腳本進行做第一時間步的輸入,即涵蓋了對于車輛自身及路況信息的測試路況,輸入地腳本在確定并獲得上述信息后,根據(jù)各個零部件的數(shù)學模型進行仿真,來計算出每一輛車在這段時間內(nèi)所需要做出的實際反饋,可從每一輛車輛的實際駕駛速度、燃料消耗量、蓄電池組荷電狀態(tài)等獲取響應結果。至此我們要完成一個小時時間步的計算,然后再轉(zhuǎn)入第二個小時時間步的操作。以時間步為單位順序計算，一直到整個循環(huán)測試路況的完成。直觀的仿真結果是通過輸出腳本來完成的。曲線和工作點的繪制使結果分析變的簡單。ADVISOR2002軟件的仿真數(shù)據(jù)流程圖見圖4-1。圖4-1ADVISOR2002仿真軟件數(shù)據(jù)流程圖4.3PHEV混合度優(yōu)化的正交表試驗表的設計4.3.1試驗因素和水平根據(jù)上述計算可以得出如表4-1的因素水平表4-1因素水平表水平因素A發(fā)動機功率B發(fā)電機功率C電池組組數(shù)123A1=45A1=47A1=49B1=83B2=85B3=87C1=25C2=27C3=294.3.2試驗方案由于這種混合動力的汽車主要是由柴油渦輪增壓發(fā)動機與電動機兩個主要的動力來源共同提供驅(qū)動,因此它的結構比由單個驅(qū)動力來源(引擎)共同提供驅(qū)動能量的傳統(tǒng)汽車結構更加復雜。傳統(tǒng)的汽車裝置設計通常從其驅(qū)動能力性的設計指標入手,基于這種設計確定了發(fā)動機的最大功率。而對于混合動力的汽車,雖然也可由動力性來確定其總功率要求,但發(fā)動機和電動機功率到底分別選擇多少,還有電池容量、電壓等級如何選擇等問題都是混合汽車設計需要考慮的問題。如何進行優(yōu)化設計,是混合動力技術的核心和重要內(nèi)容。要確定某一最優(yōu)方案,一般要借助于仿真設計。在國外,大多也是通過這種仿真的方法來設計混合動力汽車。對于以上3個影響因素3個水平的實驗,,如要求做全面的實驗,要求每人做33=27次的實驗,根據(jù)上述確定的影響因素,為了進一步降低仿真實驗的次數(shù),我們選擇L9(34)混合正交表,其中9為總共進行仿真的次數(shù),可以盡量降低試驗進行仿真的次數(shù)。將3因素3水平帶入到advisor2002仿真軟件中，如圖4-4所示圖4-4高速工況下并聯(lián)式混合動力汽車速度曲線變化圖選擇高速工況后繼續(xù)運行，可以看到高速工況下并聯(lián)式混合動力汽車的油耗和排放如圖4-5所示。圖4-5并聯(lián)式混合動力汽車的油耗和排放曲線圖從中圖可以看出油耗為6L/100km,HC排放為0.458，CO的排放為6.556，NOX的排放為0.396，所以根據(jù)公式：排耗=0.4HC+0.4CO+0.3NOX，可以得出排耗為2.92L。最后實驗結果=油耗+排耗=6L+2.92L=8.92L。重復進行9次實驗后最終可以得出正交實驗表如表4-2所示表4-2并聯(lián)式混合動力汽車正交表實驗號因素ABC電動機功率發(fā)電機功率電池組組數(shù)實驗結果燃油消耗率Y（%）1234567891(45)1（83）1（25）12(85)2(27)13（89）3（29）2(47)122232313(49)133213328.929.329.339.249.249.389.399.439.42T127.5727.5527.73T227.8627.9927.98T328.2428.1327.961239.199.189.249.289.199.329.419.379.32R0.220.190.084.3.3試驗結果與分析表3-3所需要設計的混合正交量表同樣要求滿足正交量表的三種基本特征,即正交性、均衡分散性及其與綜合的可比性。因此,后續(xù)仿真設計的結果我們可以直接與下面的表格相對應地進行比較,挑選最優(yōu)的一組解決方案。通過對仿真軟件advisor進行了仿真,并把測試的結果直接寫在了試驗指標欄內(nèi),即圖表的末尾一列。該仿真的結果為soc經(jīng)過統(tǒng)一校驗后得到的值,因此該指標的值與實際相比具有高度可比性。表中T1、T2和T3這三行數(shù)據(jù)分別表示為各個影響因素相同水平的結果之和，然后對T1、T2和T3這三行分別除以3，得到三行新的數(shù)據(jù)`T1、`T2和`T3，表示各因素在每一水平下試驗結果的平均數(shù)。表4-2中最后一行R是極差，它是`T1、`T2和`T3各列三個數(shù)據(jù)的極差，即最大數(shù)減去最小數(shù)。進一步可以畫出A、B、C三個因素的對實驗結果的影響趨勢圖，如圖4-4、4-5、4-6所示圖4-6A因素水平趨勢圖圖4-7B因素水平趨勢圖圖4-8C因素水平趨勢圖從圖中可以看出，第1號燃油消耗率最小，為8.92%，但是第1號試驗A1B1C1不一定是最佳方案，還可以通過進一步的分析極差尋找出可能的更好方案。從表4-2中我們可以清楚地看出，A因素的極差R=0.22大最大，說明A因素對燃油消耗率的影響程度最大；B因素的極差R=0.19，說明B因素對燃油消耗率有一定的影響，但是影響基本很小；C因素的極差R=0.08最小，說明C因素對燃油消耗率的影響程度最小。從綜合比較來看，選擇A1B1C1更合適，同時滿足了燃油經(jīng)濟性?；旌隙葍?yōu)化后的PHEV混合度的校核5.1某并聯(lián)式混合動力的整車參數(shù)某并聯(lián)式混合動力的整車參數(shù)如表5-1所示表5-1某并聯(lián)式混合動力汽車整車技術參數(shù)參數(shù)數(shù)值整車滿載總質(zhì)量/kg1474迎風面積A/m22.4空氣阻力系數(shù)CD0.4滾動阻力系數(shù)f0.009車輪滾動半徑Rr/m0.28傳動系統(tǒng)總效率ηT0.925.2對動力性能的計算分析5.2.1驅(qū)動力計算當某并聯(lián)式混合動力汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速特性，主減速比，變速器的傳動比，傳動效率，車輪半徑，空氣阻力系數(shù)，汽車迎風面積以及汽車質(zhì)量等初步確定后，便可通過分析判斷在附著性能良好的各種典型道路(鋼筋混凝土,瀝青路面)上的駕駛能力,即可判斷汽車在各個節(jié)氣門完全開啟時所有可能會達到的最高車速,加速度能力,爬坡度控制能力。為了清晰而形象地描述出汽車在道路中行駛過程中的受力狀態(tài)及其均衡關系,一般都是將這種汽車的行駛方程式采用圖解方法的形式來對其進行分析。（5-1）式中，Ttq表示發(fā)動機轉(zhuǎn)矩，ig表示變速器的傳動比，i0表示主減速器的傳動比，η表示傳動系的機械效率。5.2.2最高車速分析最高車速指的是某并聯(lián)式混合動力汽車行駛于良好路面上所能達到的最高的穩(wěn)定車輛行駛速度。根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的轉(zhuǎn)換關系求出Ua，發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度的之間的關系為（5-2）式中，Ua為汽車行駛速度，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r為車輪半徑，ig為變速器傳動比，i0為主減速器傳動比。5.2.3行駛阻力的計算1.滾動阻力的計算公式為：式中Ff為滾動阻力，G為混合動力汽車的重力，f為滾動阻力系數(shù)2.空氣阻力的計算公式：0.032Ua2式中，F(xiàn)w為空氣阻力，CD為空氣阻力系數(shù)，A為迎風面積（m2）。利用MATLAB繪制驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖和功率平衡圖，并以它來確定汽車的動力性。圖5-1為某PHEV混合動力汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖圖5-1汽車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖從圖上可以清楚的看出不同車速時驅(qū)動力和行駛阻力之間的關系。汽車以最高檔行駛時的的最高車速，可以直接在圖上找到。顯然，F(xiàn)t5曲線與Ff+Fw曲線的交點便是Umax。因此，驅(qū)動力和行駛阻力相等，汽車處于平衡狀態(tài)。圖中最高車速為170km/h，滿足試驗動力性要求。第六章總結混合燃油動力車(HEV)因其能夠采用不同的燃油能量綜合轉(zhuǎn)換控制裝置方式來組合作為柴油混合汽車動力燃油來源,能夠有效率地提升汽車燃油的綜合利用率,從而已經(jīng)發(fā)展成為了能夠解決我國大氣污染、能源產(chǎn)業(yè)資金短缺等重大問題的最具巨大市場潛力的能源車型。混合度的研究更是系統(tǒng)匹配中的基礎,它與動力源中的功率分配以及車輛性能的好壞有著很大的關系。為了大大提高在高速運行工況下使用并聯(lián)式混合動力汽車的動力效率和電動機的經(jīng)濟性,我們分別對于混合動力汽車的發(fā)動機功率,電動機的功率以及動力電池組組數(shù)等問題進行了研究和做出相應優(yōu)化分析并通過advisor仿真平臺設計出正交實驗表格,從中篩選出最優(yōu)化的匹配方案,從而大大提高了這種并聯(lián)式混合動能力汽車的燃油經(jīng)濟性。由此可見本實驗方法在改善混合動力車輛的燃油經(jīng)濟性方面具有重要意義。結束語畢業(yè)設計即將圓滿結束,在各位老師的悉心引領與指導和自己各位同學的支持與幫助之下,我自己也對于混合動力汽車的設計進行了更多嶄新的理解與認知,對于混合動力汽車的設計也進行了更深一步的理解與認識,對于混合動力汽車中各種混合程度的優(yōu)化也能夠了解得更為清晰透徹。通過這次的畢業(yè)設計,我對自己進入大學四年以來在課程中所學到的知識也有了進一步的理解。畢業(yè)設計,幫助我鞏固了大學四年的知識,認清自己。同時,還有效地幫助我們徹底改掉一些人在處理事務上懶散的壞毛病。從最初一開始的搜集資料,整理好所有的資料,到進行方案的比較,確定解決辦法,再到下手就開始準備進行軟件下載、數(shù)據(jù)庫的查找和正交實驗表格的制作,每一個步驟都是環(huán)環(huán)相扣,緊密的銜接,其中任何一個簡單的步驟如果產(chǎn)生了遺漏或者是差錯,就可能會為以后的制作工程帶來很多的麻煩。而且我自己動手操作的能力及資料找尋的能力也是在設計過程中得到了提升。在這次畢業(yè)設計中很多的數(shù)據(jù)、公式、計算等方法都是需要我自己先去耐心的查找尋找專門的書籍,搜集材料,設計中有時候就是需要我們應該用到仿真軟件這樣的地方,也就是說我們必須先自己學習和熟悉,然后把它們應該如何操作,然后把它們應該運用到實際設計中。最后在匯總這兩個階段的時間,就是需要把前期的各個階段實驗記錄下來認真做好。畢業(yè)設計圓滿結束了,通過這次畢設我深刻地切身體會和看到了學習掌握設計專業(yè)知識的重大意義和極其重要性,畢業(yè)設計不僅僅的說是一次有效地活動能夠有效地來幫助自己重新檢查一下大學四年這段時間的專業(yè)實踐和理論學習所得結論,更有價值的說還是一次大型畢業(yè)設計活動能夠有效地可以幫助我們更加明確地重新認識自己,磨練了廣大學生的思考意志與學習耐性,這對于我日后的教學工作和在校學習以及生活都將一定會給我?guī)砭薮蟮纳鐣绊?。畢業(yè)設計的不僅使我的專業(yè)知識進一步得到了提升,而且也讓我明白了將來從事專業(yè)工作的艱難性,我希望在今后踏入社會的大門可以讓我獲得更多的社會經(jīng)驗,找到更多適合本專業(yè)的學習方法,也可以掌握更多的專業(yè)知識技能,為祖國的汽車行業(yè)做出自己的一份貢獻!參考文獻[1]曾小華，王慶年，王偉華，等.正交優(yōu)化設計理論在混合動力汽車設計中的應用[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37(5):26-28.[2]邢忠義.基于混合度的重度混合動力汽車參數(shù)匹配[J].機械傳動，2015,(5)：179-183.[3]趙韓，代康偉，張炳力，等．基于正交實驗方法的SHEB動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2008，31(3):323-326.[4]陳有權,范麗丹,張國福,等.改進NSGA-Ⅱ算法的液壓混合動力車輛動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J].2020.11:179-182+187.[5]孫勇．混合動力汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及優(yōu)化研究[J],2021,01:84[6]林歆悠，薛瑞，馮其高，等.混合動力系統(tǒng)多目標優(yōu)化的混合度參數(shù)匹配方法[J].福州大學學報(自然科學版),2016,4（1）:81-88.[7]王婷婷，孫強，王凝露，等.基于重型并聯(lián)混合動力車輛混合度的性能分析[J].內(nèi)燃機與動力裝置.2013,(05):5-8+2.[8]李小靜，混合動力汽車多目標綜合性能評價仿真平臺研究[J].2016.6:81-85錢立軍，荊紅娟，邱利宏.基于隨機模型預測控制的四驅(qū)混合動力汽車能量管理［J］.中國機械工程，2018，29(11):1342-1348.[10]TORRESJL,GONZALEZＲ,GIMENEZA,etal.Energymanagementstrategyforplug-inhybridelectricvehicles.Acomparativestudy[J]AppliedEnergy，2014,113:816-824.[11]PENGJK，F(xiàn)ANH，HEHW,etal.Arule-basedenergymanagementstrategyforaplug-inhybridschoolbusbasedonacontrollerareanetworkbus［J］.Energies,2015,8:5122-5142.[12]解少博,陳歡,劉通,等.基于DP-ECMS的插電式混合動力城市客車能量管理策略研究［J］.汽車工程,2017,39(7):736-741．[13]GUOLL,GAOBZ,GaoY，etal.OptimalenergymanagementforHEVsineco-drivingapplicationsusingbi-levelMPC［J].TransactionsonIntelligentTransportationSystems，2017，18(8):2153-2162.[14]LIWM,XUGQ,XUYS.Onlinelearningcontrolfor