混合動力汽車動力系統(tǒng)匹配研究

楊彩虹 海有科 穆華輝 馬寧

摘要：首先對混合動力汽車三種動力傳輸方式的結(jié)構(gòu)與特點進行分析，然后對動力系統(tǒng)中關鍵部件發(fā)動機與電動機選擇進行優(yōu)選，最后通過ADAMS虛擬仿真軟件對某混合動力汽車發(fā)動機與電動機進行動力學仿真分析。另外，在驗證匹配設計的可行性、合理性的同時，提出了一套科學合理的方法。

關鍵詞：混合動力汽車；前懸架；虛擬仿真；動力系統(tǒng)匹配

中圖分類號：U463? 收稿日期：2023-03-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.005

1 混合動力汽車結(jié)構(gòu)與特點

混合動力汽車通過發(fā)動機與電動機相互配合給汽車提供動力。經(jīng)過多年的發(fā)展，動力混合系統(tǒng)已經(jīng)成為從最開始的離散結(jié)構(gòu)發(fā)展為高集成化的系統(tǒng)［1］。該系統(tǒng)按照動力傳輸方式可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點如表1所示。

2 混合動力汽車基本參數(shù)

混合動力汽車的性能取決于動力系統(tǒng)參數(shù)設計與匹配，主要包括發(fā)動機、電動機、電池[3]。通常電池的選型較為固定且簡單，而對發(fā)動機、電動機進行參數(shù)選擇較為復雜多樣。

2.1 發(fā)動機參數(shù)選擇

首先混合動力汽車的動力輸出如果是長距離行駛過程，必須保證燃油發(fā)動機單獨工作時提供汽車前進的所需動力，以及汽車功率的平衡，如圖2所示。

式中，[ηr]為傳動效率；[ma]為汽車質(zhì)量；g為重力加速度；[fr]為滾動阻力系數(shù)；[CD]為風阻系數(shù)；A為汽車迎風面積。

2.2 電動機參數(shù)選擇

混合動力汽車在純電動模式下必須保證電動機可靠、有效的工作，以及在動力轉(zhuǎn)化過程中的高可控性、高容錯能力。對此考慮其功率和扭矩兩個主要參數(shù)的配合，要求電動機在轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，電動以恒扭矩進行動力輸出；電動機在轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速時，電動以恒功率進行動力輸出。驅(qū)動電機的動力特性如圖3所示，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速特性如圖4所示。

3 某混合動力汽車動力匹配系統(tǒng)的虛擬樣機建模

首先在SolidWorks軟件環(huán)境下繪制混合動力汽車傳動系統(tǒng)實體模型[4]，如圖5所示。

然后所建立實體模型導入ADAMS虛擬仿真軟件。導入后定義模型材質(zhì)、定義之間約束關系，除了添加輪齒之間的嚙合力外，還要添加各種轉(zhuǎn)動副、固定副等其他必要的運動副。系統(tǒng)模型導入流程如圖6所示。

4 某混合動力汽車動力匹配系統(tǒng)仿真分析

混合動力汽車啟動加速過程中，發(fā)動機和電動機共同提供動力，對發(fā)動機轉(zhuǎn)速輸出與混合動力汽車電動機轉(zhuǎn)速輸出[5]。本文進行了仿真分析，曲線如圖7所示。其中藍色曲線轉(zhuǎn)速為電動機輸出轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速相反。

由圖7可知，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)數(shù)曲線轉(zhuǎn)速0～2.5 s時急劇升高，在2.5 s后逐步趨于平滑上升，在10 s后趨于平滑。電動機輸出轉(zhuǎn)速藍色曲線在0～7.5 s時呈現(xiàn)上趨勢，在7.5 s后逐步趨于下降趨勢；但是轉(zhuǎn)速一直為反向轉(zhuǎn)速。經(jīng)過匹配合成后混合動力的輸出轉(zhuǎn)速從0～15 s一直成平滑上升趨勢，說明該動力匹配裝置匹配設計合理。

5 結(jié)語

在研究某混合動力汽車時，首先對動力系統(tǒng)中關鍵參數(shù)進行分析，最后利用ADAMS軟件對該混合動力汽車啟動加速過程中發(fā)動機與電動機兩個因子進行動力學仿真分析，最后表明該混合動力汽車動力系統(tǒng)設計科學合理。由于時間及試驗條件限制，本文對動力匹配的其他工況暫沒有進行深入研究，但是對混合動力汽車相關研究提出了一套科學合理的方法，有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張凡混合動力汽車參數(shù)匹配及控制策略研究[D]保定：河北大學，2019

[2]紀承乾淺談混合動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀[J]汽車文摘，2021（8）：27-33

[3]張書誠，魯磊，劉成電動汽車電動機工作參數(shù)的優(yōu)化設計[J]黃山學院學報，2022，24（5）：17-19

[4]趙陳闖基于西安工況的混合動力汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究[D]長安：長安大學，2017

[5]吳曉亮，付景順，孫志強單軸并聯(lián)混合動力汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J]汽車實用技術，2021，46（22）：88-91

作者簡介：

楊彩虹，女，1987年生，講師，研究方向為交通運輸。