基于全局優(yōu)化的插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)配置分析

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基于全局優(yōu)化的插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)配置分析

本研究的目的是分析插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)配置對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響?，F(xiàn)有的研究僅考慮了功率分流比和部件效率，主要集中于混合動(dòng)力系統(tǒng)或少量插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)，而本文研究增加了創(chuàng)新性。比較并分析了“series+α”插電式混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)分流方式：輸入分流（I/S）、串聯(lián)式輸出分流（S/O）和混聯(lián)式系統(tǒng)（S/P），這些系統(tǒng)由一個(gè)行星齒輪或正齒輪及離合器組成，當(dāng)前應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的車輛（如豐田普銳斯、雪佛蘭伏特、本田雅閣）中?？疾炝俗兯倨鳈C(jī)械損失對(duì)動(dòng)態(tài)規(guī)劃結(jié)果的影響，特別是使用功率分流比分析對(duì)行星齒輪的建模。通過分析特定駕駛循環(huán)下的理論系統(tǒng)效率和動(dòng)態(tài)規(guī)劃，考察每個(gè)插電式混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)串聯(lián)模式的效果。通過這個(gè)研究，根據(jù)駕駛條件和電池狀態(tài)（如充電消耗或充電保持）揭示了插電式混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。本研究的插電式混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)分析有助于為特定目標(biāo)選擇合理的系統(tǒng)配置。

本研究中，對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)的效率（輸入分流、串聯(lián)輸出分流及混聯(lián)）在穩(wěn)態(tài)條件和各種各樣駕駛條件下進(jìn)行了比較。穩(wěn)定狀態(tài)下，每個(gè)系統(tǒng)的變速器電力機(jī)械效率由速率比表示。在充電消耗模式，假定每個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)效率和再生數(shù)量相同，則系統(tǒng)效率由變速器機(jī)械效率決定。因此，S/P優(yōu)于S/O，由于S/P正齒輪效率比I/P更高，且S/O不同于I/P，S/O通過離合器與發(fā)電機(jī)斷開，所以輸入分流最差。

在充電保持模式下，I/S在低傳動(dòng)比（高車速）時(shí)獲得機(jī)械點(diǎn)；S/O在驅(qū)動(dòng)條件下獲得機(jī)械點(diǎn)；S/ P在駕駛條件下具有最高效率。因此，S/P在高車速及穩(wěn)定狀態(tài)（如高速公路）下獲益；I/S在低速或者高負(fù)荷（如交通擁堵、爬坡或攻擊性駕駛）的條件下更好；S/O在驅(qū)動(dòng)條件下（如郊區(qū)駕駛）更具優(yōu)點(diǎn)。

最重要的是，為了在特定駕駛條件下比較系統(tǒng)效率，將變速器機(jī)械模式應(yīng)用于動(dòng)態(tài)規(guī)劃。經(jīng)驗(yàn)證，傳動(dòng)比或輸入轉(zhuǎn)速函數(shù)中的機(jī)械損失會(huì)改變最優(yōu)控制結(jié)果。在充電消耗模式，S/P在變速器機(jī)械效率方面優(yōu)于I/S 1%～1.5%，S/O優(yōu)于I/S 0～1%。在充電保持模式，對(duì)于城市循環(huán)，I/S的系統(tǒng)效率比S/O和S/P高2%～3%。對(duì)于公路和US06循環(huán)，I/S 和S/P效率相近，S/P最差。

總之，對(duì)于偏重電力驅(qū)動(dòng)的插電式混合動(dòng)力汽車，混聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)輸出分流，其次是輸入分流。對(duì)于偏重混合驅(qū)動(dòng)的插電式混合動(dòng)力汽車，輸入分流和混聯(lián)優(yōu)于串聯(lián)輸出分流。

Insup Kim et al. Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 2013 World Barcelona, Spain-November 17-20,2013.

編譯：王欣欣