混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化匹配

牛軍青

摘 要 萬(wàn)有特性曲線是用來(lái)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行全面有效評(píng)價(jià)的一種很好的工具。本文結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)利用Matlab軟件，建立了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)模型，同時(shí)相應(yīng)的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性曲線進(jìn)行了繪制，確定了兩個(gè)衡量的目標(biāo)：第一，汽車原地起步進(jìn)行換擋加速所用的時(shí)間；第二，等速行駛中汽車的油耗狀況，并且分別建立了經(jīng)濟(jì)型、動(dòng)力性的目標(biāo)函數(shù)。運(yùn)用線性加權(quán)組合方式又將兩個(gè)不同的目標(biāo)函數(shù)合并轉(zhuǎn)換為一個(gè)單一的目標(biāo)函數(shù)，利用Matlab軟件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，找到混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)型的最優(yōu)化形式的匹配。

關(guān)鍵詞 混合動(dòng)力 電動(dòng)汽車 經(jīng)濟(jì)型 動(dòng)力型

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1建立混合動(dòng)力電動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的特性模型

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力源與傳統(tǒng)汽車不同，它是有兩個(gè)動(dòng)力源，分別是：電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，并且將二者的優(yōu)勢(shì)充分結(jié)合，充分發(fā)揮了其優(yōu)勢(shì)。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車根據(jù)其不同的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及動(dòng)力源數(shù)量，我們又將其分為三種：串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)這三種類型。

1.1建立發(fā)動(dòng)機(jī)外特性的數(shù)學(xué)模型

運(yùn)用曲線將發(fā)動(dòng)機(jī)功率Pe、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速n、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩Ttq及發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗率b的函數(shù)關(guān)系表示出來(lái)，這個(gè)曲線就被叫做發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的特性曲線。在具體的工作中，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門是全開(kāi)的狀態(tài)，那么這個(gè)曲線也可以稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)外特想曲線，具體的函數(shù)公式是：Pe=。

評(píng)價(jià)動(dòng)力汽車性能的標(biāo)準(zhǔn)是綜合了汽車的最高車速Uamax，最大爬坡度imax：，加速時(shí)間t這三個(gè)指標(biāo)來(lái)對(duì)氣息和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能進(jìn)行綜合評(píng)判的，可以運(yùn)用以下公式：

，

在這個(gè)公式中，Tm表示的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，nm所表示是的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，bo=443.52，b1= 0.16547，b2=3.160710-5，b3= 3.163510-9再結(jié)合汽車行駛阻力平衡力的有關(guān)方程方程：F1=Ff+Fi+Fw+Fj，我們可以得到：=Gfsin ++ m，我們可以最終推導(dǎo)出公式=[ Gfcos ]，其中Ff表示的是滾動(dòng)阻力， Fi表示的是坡度阻力， Fw表示的是空氣阻力，F(xiàn)j表示的是車輛加速阻力，表示的是整車的加速度，r為輪胎的半徑，Tm表示的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，Ttp表示的是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，ig表示的是變速比，io表示的是減速比， T表示的是傳動(dòng)率，G表示的是汽車的重力，f表示的是滾動(dòng)阻力系數(shù)， 表示的是坡度，CD表示的是空氣阻力系數(shù)，A表示的是迎風(fēng)面積，Ua表示的是車速， 表示的是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的換算系數(shù)。所以就有f（x1）=TS=T0+du，（注：T0表示為汽車起步加速的時(shí)間，Uamax表示的是加速的初速度，Uamix表示的是加速完成的末速度）。根據(jù)函數(shù)測(cè)定，汽車最佳的動(dòng)力性換擋的點(diǎn)是，加速度曲線焦點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)得汽車行駛車速，在遇到?jīng)]有交點(diǎn)的時(shí)候，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最大的時(shí)候切換高擋。根據(jù)繪制的曲線顯示，當(dāng)車速低于20千米每小時(shí)的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)力是不變的，車速不斷的增加，驅(qū)動(dòng)力開(kāi)始下降。跟發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也是有限制的，最高車速限制為每小時(shí)71千米。

1.2混合動(dòng)力電動(dòng)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的數(shù)學(xué)模型

我們?cè)谟?jì)算汽車燃油經(jīng)濟(jì)指數(shù)的時(shí)候通常按照等速百里行駛?cè)加土縼?lái)進(jìn)行衡量的。按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)折算成等速行駛百公里耗油量為QS=，p表示的是燃油的密度，單位表示是kg/L，ua表示的是車載等速行駛過(guò)程中的速度，g表示的重力加速度，b表示的是燃油消耗率表示單位是：g/（km h）。根據(jù)我們用Matlab軟件繪制的曲線圖來(lái)看，車輛的等速百里燃油的油耗量月底，汽車的經(jīng)濟(jì)性能就越好。但是，等速百里行車的燃油狀況并不能代表實(shí)際行車中的情況。在不同的地方各地設(shè)置了一些不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2基于Matlab建模的優(yōu)化匹配

2.1優(yōu)化匹配的配置情況

從利用Matlab軟件建立的萬(wàn)有特性曲線來(lái)看，汽車油耗量情況最好的時(shí)候是在發(fā)動(dòng)機(jī)中等轉(zhuǎn)速、中等轉(zhuǎn)矩的情況下工作時(shí)。所以，我們應(yīng)該在對(duì)汽車良好的性能保證的情況下，要經(jīng)可能的將汽車的燃油消耗率降低，以此來(lái)提高車輛整體的性能。

2.2具體優(yōu)化配置的控制方法

保證汽車有較好動(dòng)力的情況下，我們要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行提高，同時(shí)提高車輛的經(jīng)濟(jì)性，以所建立的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，將車輛原地起步換擋所用的時(shí)間和車輛行駛百公里耗油作為對(duì)車輛動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性衡量的兩個(gè)條件。然后再將其轉(zhuǎn)化為單一的函數(shù)目標(biāo)。（1）我們要建立汽車動(dòng)力性目標(biāo)函數(shù)為：=[ Gfcos ]，（2）我們要建立燃油經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)函數(shù)為：QS=，（3）我們要將二者轉(zhuǎn)化為單一目標(biāo)函數(shù)的公式為f（x）=w1f（x1）+w2f（x2），w1，w2分別表示的是動(dòng)力性加權(quán)因子和經(jīng)濟(jì)性加權(quán)因子，f（x1）=TS=T0+du，f（x2）=QS，（4）建立一定的約束條件：，代表的是要求最高車速，表示實(shí)際最高車速， *max表示的是要求爬的最大坡度， max表示實(shí)際爬的最大坡度。（5）根據(jù)函數(shù)公式，利用Matlab軟件進(jìn)行繪圖。根據(jù)圖象顯示，優(yōu)化匹配后，發(fā)動(dòng)機(jī)在中等轉(zhuǎn)速、中等轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候，耗油量相比以前而言是降低的，大約降低了13，汽車的經(jīng)濟(jì)性能也有明顯的好轉(zhuǎn)。在此區(qū)域內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比優(yōu)化前是增加了，大約增加了12kw左右，因此，我們可以說(shuō)這個(gè)區(qū)域內(nèi)是發(fā)動(dòng)機(jī)工作的最優(yōu)區(qū)域。

3結(jié)語(yǔ)

本文僅結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)型的優(yōu)化匹配進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探究。其中利用了Matlab軟件進(jìn)行了萬(wàn)有特性曲線的繪制，方法簡(jiǎn)單易行，希望可以為混合動(dòng)力汽車的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 宮喚春，孟靜.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化匹配[J].北京汽車，2013（06）.