混合動(dòng)力汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)化分析及優(yōu)化研究

摘 要：混合動(dòng)力汽車具備了傳統(tǒng)內(nèi)燃汽車和電動(dòng)汽車的兩類動(dòng)力源，動(dòng)力性能好，節(jié)能環(huán)保。因此，研究混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)向特性具有重要意義。本文通過(guò)研究混合動(dòng)力汽車不同速度下的動(dòng)力性能，在不同車速下進(jìn)行動(dòng)力切換，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化研究和策略控制。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力;動(dòng)力轉(zhuǎn)化;優(yōu)化研究

1 緒論

1.1 研究背景和意義

近幾年，隨著石油不斷消耗以及機(jī)動(dòng)車保有量迅速增加，氣候變暖使人類面臨的環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻。因此新能源汽車成為汽車領(lǐng)域研究和發(fā)展的方向，尤其是對(duì)混合動(dòng)力汽車及電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)。目前各大汽車企業(yè)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了混合動(dòng)力汽車，但汽車的燃油消耗依舊較高，開(kāi)發(fā)出動(dòng)力性能良好，低油耗節(jié)能環(huán)保的混合動(dòng)力汽車來(lái)取代傳統(tǒng)汽車，有很強(qiáng)的研究意義。

1.2 混合動(dòng)力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

近年來(lái)，混合動(dòng)力汽車是我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)[1]，如今新能源技術(shù)應(yīng)用、節(jié)能減排已經(jīng)成為社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn)話題，新能源技術(shù)在汽車上的應(yīng)用很好地契合了社會(huì)的發(fā)展需求。目前，我國(guó)在新能源汽車的研發(fā)過(guò)程中，確立了以混合電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車[2]、燃料電池汽車為主的研發(fā)布局，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研緊密合作，以動(dòng)力汽車整車為模型，進(jìn)行動(dòng)力性能與經(jīng)濟(jì)性能的仿真，對(duì)變速器速比進(jìn)行優(yōu)化，不斷提高汽車的經(jīng)濟(jì)性。

2 混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)及性能

2.1 混合動(dòng)力汽車的分類及特點(diǎn)

混合動(dòng)力汽車是指驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)或以上能夠同時(shí)運(yùn)作的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成的汽車[3]，汽車的功率是通過(guò)實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)由單個(gè)系統(tǒng)提供或多個(gè)系統(tǒng)共同提供。根據(jù)其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配置和組合方式不同，可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種形式，大部分混合動(dòng)力汽車都采用電力系統(tǒng)與熱能系統(tǒng)混合應(yīng)用的模式，通過(guò)電能或熱能作為汽車動(dòng)力從而驅(qū)動(dòng)汽車。

在目前所有的新能源汽車中，混合動(dòng)力汽車的發(fā)展被認(rèn)為是發(fā)展最好的?；旌蟿?dòng)力汽車能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)駕駛狀況來(lái)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)[4]，發(fā)動(dòng)機(jī)與蓄電池之間的不同組合形式，從而滿足驅(qū)動(dòng)車輛的功率需求。若汽車選擇復(fù)合動(dòng)力模式，可根據(jù)需求功率來(lái)調(diào)整不同系統(tǒng)的輸出功率，當(dāng)需求功率較大時(shí)，電池能夠?yàn)閯?dòng)力系統(tǒng)提供功率，當(dāng)需求功率較小時(shí)，多余的功率能夠輸入蓄電池作為儲(chǔ)備電能。

2.2 混合動(dòng)力汽車對(duì)動(dòng)力性能的要求

為了確?；旌蟿?dòng)力汽車合理的行駛性能，要求其具有高比能量，以確?；旌蟿?dòng)力汽車達(dá)到合理的行駛里程，具有高比功率，確保其加速和爬坡性能。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車完全由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)總成與電池組起提供電機(jī)所需要的電能，電池處于較高水平，對(duì)電池系統(tǒng)功率的要求與純電動(dòng)汽車相似，但容量要低。并聯(lián)式混合電動(dòng)車內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)都可以直接對(duì)車輪提供驅(qū)動(dòng)力，整車的駕駛要求可以由不同的動(dòng)力組合結(jié)構(gòu)來(lái)滿足。電池的容量可以更小，但是電池組瞬時(shí)提供的功率要滿足汽車加速或爬坡要求。

3 混合動(dòng)力汽車控制策略研究

3.1 混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力轉(zhuǎn)化優(yōu)化研究

汽車的產(chǎn)生和發(fā)展極大的影響了人們的生活方式和社會(huì)生產(chǎn)方式，針對(duì)目前汽車工業(yè)發(fā)展所引發(fā)的環(huán)境及資源問(wèn)題，必須開(kāi)發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保和使用替代能源的先進(jìn)技術(shù)，解決傳統(tǒng)汽車所帶來(lái)的問(wèn)題，必須滿足：減少能源消耗，降低成本，提高可靠性;減少或杜絕有害物質(zhì)的排放;降低體積質(zhì)量，減少阻力，提高整車及零部件性能，提高舒適性、安全性和機(jī)動(dòng)性的要求。混合動(dòng)力汽車可以滿足對(duì)汽車動(dòng)力性的要求[5]，且易于改進(jìn)，目前成為具有實(shí)用價(jià)值的新技術(shù)。

3.2 混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力匹配控制策略

傳統(tǒng)汽車傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)主要包括主減速器和變速器的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)，由于沒(méi)有變速器部分，所以主要是對(duì)主減速速比和行星排的齒圈齒輪比進(jìn)行匹配。它主要有最大和最小傳動(dòng)比，即滿足汽車行駛的最高車速所得出最小傳動(dòng)比與滿足汽車爬坡性能時(shí)的最高傳動(dòng)比。混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車有三個(gè)動(dòng)力輸出部件，即發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)與主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，工作狀態(tài)復(fù)雜，需要對(duì)各個(gè)動(dòng)力部件輸出動(dòng)力、動(dòng)力的復(fù)合及分配進(jìn)行控制。因此，對(duì)混合動(dòng)力汽車控制策略進(jìn)行研究并搭建控制策略[6]。

4 總結(jié)

本文講述了混合動(dòng)力汽車控制策略，首先根據(jù)所研究的混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車進(jìn)行了混合動(dòng)力汽車工作模式的選擇，及各個(gè)模式下的發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG電機(jī)、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及開(kāi)關(guān)條件，控制策略;其次進(jìn)行了混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出進(jìn)行了分析，建立了動(dòng)力部件轉(zhuǎn)矩輸出的控制策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭海龍.基于行駛狀況識(shí)別的混聯(lián)式HEV多模式能量控制策略研究[D].廣東：華南理工大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)科博士學(xué)位論文，2013.

[2]彭金雷.純電動(dòng)汽車整車控制策略研究[D].廣東：華南理工大學(xué)車輛工程學(xué)科碩士學(xué)位論文，2013.

[3]孫遠(yuǎn)濤，王亮，等.混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的研究[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，28（06）：21-28.

[4]周美蘭，張昊，等.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與仿真[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，16（04）：36-39.

[5]Tsutomu Tashiro. Power management of a hybrid electric vehicle during warm-up periodconsidering energy consumption of cabin heat components[J].IFAC-PapersOnLine.

[6]Zlatina Dimitrova，F(xiàn)ran?ois Marechal.Energy integration study on a hybrid electricvehicle energy system，using process integration techniques[J].AppliedThermalEngineering.

作者簡(jiǎn)介：郭建宏（1989-），男，甘肅張掖人，碩士研究生，研究方向：汽車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。