混合動(dòng)力汽車isg電機(jī)工作特性分析畢業(yè)論文

1、<p>　　混合動(dòng)力汽車ISG電機(jī)工作特性分析</p><p><b>　　第 1 章 緒論 </b></p><p>　　1.1概述 目前世界汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大難題是環(huán)境污染、石油資源匱乏，環(huán)保和節(jié)能是21世紀(jì)汽車技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，同時(shí)各國的排放法規(guī)也日趨嚴(yán)格?；旌蟿?dòng)力汽車(HEV)正是具有低污染、低油耗特點(diǎn)的新一代清潔能源汽車。

2、目前制造成本最低、最容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的是采用起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)一體化(ISG)技術(shù)的輕度混合動(dòng)力汽車(1SG-MHV)。它只需要對內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行改造，比較容易在現(xiàn)有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上實(shí)現(xiàn)，混合程度小、電機(jī)功率低，尤其適合在轎車上實(shí)現(xiàn)。 1.2 組成結(jié)構(gòu) ISG型輕度混合動(dòng)力汽車動(dòng)力單元主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、牽引電機(jī)、能量管理系統(tǒng)、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。 ISG-MHV中一般使用較低功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)榧铀俸团榔聲r(shí)并不只由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)提供

3、功率，而是由電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置及能量存儲(chǔ)單元(電池組、儲(chǔ)能飛輪或者超能電容器)與發(fā)動(dòng)機(jī)一起驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率一般在50 kW左右。 電機(jī)是電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心，電機(jī)的性能、效率直接影響電動(dòng)汽車的性能。此外，電機(jī)的尺寸、重量也影響汽車的整體效率。由于空間布置有限，最好采用扁平形結(jié)構(gòu)，同時(shí)功率不能太大，當(dāng)前成功開</p><p>　　上面4個(gè)單元都有各自的控制管理器。所有控制子系統(tǒng)通過CAN總線向多能源

4、動(dòng)力總成管理系統(tǒng)發(fā)送子系統(tǒng)運(yùn)行信息，同時(shí)接受多能源總成管理系統(tǒng)的控制命令，混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制協(xié)調(diào)通過多能源總成管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如圖1.1所示。 圖1.1混合動(dòng)力系統(tǒng)多能源總成管理系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的布置方式也不盡相同。一種是將電機(jī)直接安裝在內(nèi)燃機(jī)曲軸輸出端，并且ISG轉(zhuǎn)子要與曲軸固結(jié)，取代飛輪及原有的起動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)，如圖1.2所示。一種是在發(fā)動(dòng)機(jī)

5、前端用皮帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將ISG電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)結(jié)起來，并把起動(dòng)機(jī)同樣連接在ISG電機(jī)的機(jī)構(gòu)中，節(jié)省了內(nèi)部空間，如圖1.3所示。</p><p>　　圖1.2整車系統(tǒng)方案 </p><p>　　圖1.3外掛盤式電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連型ISG1.3 1SC功能分析 ISG-MHV可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起停、功率補(bǔ)償及高效大功率電能輸出功能。 </p><p>　　1.3.1

6、 自動(dòng)起停功能 傳統(tǒng)的車用起動(dòng)機(jī)只將內(nèi)燃機(jī)加速至起動(dòng)轉(zhuǎn)速(例如200r/min)，ISG作為電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)(通常加速時(shí)間僅為0.1～0.2 s)將內(nèi)燃機(jī)加速至怠速轉(zhuǎn)速(例如800r/min)，然后內(nèi)燃機(jī)才開始缸內(nèi)的燃燒過程。高轉(zhuǎn)速電起動(dòng)過程不僅降低了內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的燃料消耗，還改善了排放。自動(dòng)起停功能的實(shí)現(xiàn)過程如下：如果汽車較長時(shí)間處于空載狀態(tài)，例如在路口等紅燈時(shí)，內(nèi)燃機(jī)一直處于怠速，控制系統(tǒng)自動(dòng)使內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)IS

7、G也停止工作，需要起步時(shí)，ISG在0.1～0.2 s的短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)任務(wù)。在城市工況下，汽車不停地起步和停車以及內(nèi)燃機(jī)處于怠速的情況非常多，自動(dòng)起停系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)的特點(diǎn)避開了內(nèi)燃機(jī)低速起動(dòng)和長時(shí)間怠速，提高了整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。 1.3.2 功率補(bǔ)償功能 內(nèi)燃機(jī)在低速大負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能均不佳，通常情況下內(nèi)燃機(jī)在此工況下的轉(zhuǎn)矩輸出有限，如果需要內(nèi)燃機(jī)在低速大負(fù)荷時(shí)能夠提供較大的功率就必須選用更大

8、排量的內(nèi)燃機(jī)，這樣雖然滿足了動(dòng)力性要求，但犧牲了燃油經(jīng)濟(jì)性。ISG可以在內(nèi)燃機(jī)低速大負(fù)荷時(shí)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，提</p><p>　　圖1.4發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線 汽車巡航或以較低速度行駛時(shí)，如果此時(shí)蓄電池的荷電狀態(tài)值Bsoc低于其限定的最大值Bsoctop時(shí)，ISG轉(zhuǎn)換至發(fā)電機(jī)狀態(tài)，向電池組充電。但若此時(shí)蓄電池Bsoc等于或大于其限定值時(shí)，為了延長蓄電池的使用壽命，ISG不能向蓄電池充電。 當(dāng)汽車加

9、速或爬坡時(shí)，令I(lǐng)SG工作在電動(dòng)機(jī)工況，提供一部分輔助扭矩；但在1檔時(shí)，ISG均不助力。當(dāng)汽車處于怠速空載狀態(tài)時(shí)，內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)ISG也停止工作；需起步時(shí)，ISG作為電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)完成起步任務(wù)。當(dāng)汽車減速或制動(dòng)時(shí)，ISG處于再生制動(dòng)工況。 1.5 國內(nèi)外ISC研究現(xiàn)狀和實(shí)際應(yīng)用 在混合動(dòng)力汽車研究領(lǐng)域，日本汽車公司是國際混合動(dòng)力汽車制造企業(yè)的一個(gè)標(biāo)桿。上世紀(jì)90年代以來，國外所有知名汽車公司均投入巨資開始進(jìn)行電動(dòng)汽車和

10、混合動(dòng)力汽車實(shí)用車型的研發(fā)。從新世紀(jì)初開始，在“863”計(jì)劃的推動(dòng)下，中國汽車制造企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在混合動(dòng)力汽車方面也取得了很大的發(fā)展。下面對各國在ISG方面的研究和發(fā)展現(xiàn)狀作一個(gè)概括介紹。 本田自1999年11月開始在日本推出安裝ISG系統(tǒng)的混合動(dòng)力轎車Insigh</p><p>　　1.6.1 論文選題的意義 </p><p>　　混合動(dòng)力汽車動(dòng)力部件的合理選配，在很大程度上

11、影響了整車系統(tǒng)在節(jié)能和環(huán)保</p><p>　　方面的潛力發(fā)揮，ISG 系統(tǒng)作為一種輕度混合動(dòng)力系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)比較獨(dú)特，動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)選配與高混合比混合動(dòng)力汽車有較大差異，具有比較明顯的特點(diǎn)，因此有必要針對ISG 系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)匹配的研究。另外，ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)部件眾多，協(xié)調(diào)復(fù)雜，行駛路況和駕駛員操作的隨機(jī)性，不同駕駛習(xí)慣和風(fēng)格都給駕駛意圖判斷帶了困難為了克服這些困難，需要制定合適的控制策略以保證ISG

12、 混合動(dòng)力系統(tǒng)在滿足駕駛需求（動(dòng)力性、駕駛平穩(wěn)性等）的前提下，合理分配各動(dòng)力部件的輸出，以求達(dá)到良好的整車性能要求。作為關(guān)鍵技術(shù)之一的控制策略早已成為研究混合動(dòng)力汽車的重要課題，本文以 ISG 系統(tǒng)實(shí)用性為突破口，主要研究了 ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)能量分配及控制算法在實(shí)車上的應(yīng)用。 </p><p>　　1.6.2 論文研究內(nèi)容 </p><p>　　本論文選題主要就ISG 混合動(dòng)力汽車的參

13、數(shù)匹配、建模與仿真、控制策略的制定</p><p>　　及優(yōu)化等方面進(jìn)行研究，目標(biāo)是為 ISG 混合動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)和試制提供理論依據(jù)。具</p><p>　　體技術(shù)路線和研究內(nèi)容如下： </p><p>　　（1）分析ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定本文ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。以預(yù)期的動(dòng)力性指標(biāo)和燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，通過汽車行駛方程式初選整車動(dòng)力系統(tǒng)主要部

14、件的參數(shù)，采取合理的優(yōu)化方法對選擇的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，最終確定各參數(shù)。 </p><p>　?。?）建立ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)各動(dòng)力部件的模型，最后根據(jù)整車的仿真模型。建模仿真是汽車動(dòng)力系統(tǒng)研發(fā)的重要手段。通過仿真分析可靈活調(diào)整設(shè)計(jì)方案，合理優(yōu)化參數(shù)，預(yù)測各種條件下的系統(tǒng)性能，另外通過建模仿真也是整車控制策略研究的必要手段。 </p><p>　?。?）系統(tǒng)分析基于邏輯規(guī)則的門限控制策略、模

15、糊控制策略和全局及瞬時(shí)優(yōu)化控制策略的控制算法及優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù) ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)，提出適合的控制算法。對控制策略進(jìn)行了仿真研究，檢驗(yàn)了控制算法的準(zhǔn)確性。 </p><p>　?。?）再生制動(dòng)是混合動(dòng)力汽車提高能量利用率，增加續(xù)駛里程的重要技術(shù)手段。在對汽車制動(dòng)動(dòng)力學(xué)和電機(jī)輸出特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出合理的再生制動(dòng)控制策略，給出控制算法，目標(biāo)是以滿足汽車制動(dòng)安全為前提，盡可能回收制動(dòng)能量。 &l

16、t;/p><p>　?。?）對混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力部件進(jìn)行臺(tái)架性能試驗(yàn)，以獲取建模和控制策略所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)對提出的控制策略進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)，就其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行測試，驗(yàn)證控制策略的有效性。</p><p>　　1.7本章總結(jié) 隨著石油能源日益緊缺，環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)以及排放法規(guī)要求不斷提高，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)必將迎來新的更大的挑戰(zhàn)。對各種新能源汽車的研發(fā)也是如火如茶，但也面臨著成本太高、基礎(chǔ)

17、設(shè)施薄弱、推廣困難等問題?；旌蟿?dòng)力汽車是對當(dāng)前所面臨問題的一個(gè)很好的過渡解決方案。其中ISG型的混合動(dòng)力方式是一個(gè)重要的研究方向。ISG混合動(dòng)力汽車屬于輕度混合動(dòng)力汽車，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低，適用于對價(jià)格較為敏感的經(jīng)濟(jì)型車，特別適合城市某些專用車，對特定行駛工況的燃油消耗量的減少有著突出作用。隨著ISG技術(shù)的不斷完善，相信將來會(huì)在越來越多的車輛上應(yīng)用。</p><p>　　第2章混合動(dòng)力汽車ISG電機(jī)啟停功能特性

18、分析</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　傳統(tǒng)的車用起動(dòng)機(jī)只將內(nèi)燃機(jī)加速至起動(dòng)轉(zhuǎn)速(例如200r/min)，ISG作為電動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)(通常加速時(shí)間僅為0.1～0.2s)將內(nèi)燃機(jī)加速至怠速轉(zhuǎn)速(例如800r/min)，然后內(nèi)燃機(jī)才開始缸內(nèi)的燃燒過程。高轉(zhuǎn)速電起動(dòng)過程不僅降低了內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)的燃料消耗，還改善了排放。自動(dòng)起停功能的實(shí)現(xiàn)過程

19、如下：如果汽車較長時(shí)間處于空載狀態(tài)，例如在路口等紅燈時(shí)，內(nèi)燃機(jī)一直處于怠速，控制系統(tǒng)自動(dòng)使內(nèi)燃機(jī)停止運(yùn)行，同時(shí)ISG也停止工作，需要起步時(shí)，ISG在0.1～0.2 s的短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)任務(wù)。在城市工況下，汽車不停地起步和停車以及內(nèi)燃機(jī)處于怠速的情況非常多，自動(dòng)起停系統(tǒng)利用電動(dòng)機(jī)快速起動(dòng)的特點(diǎn)避開了內(nèi)燃機(jī)低速起動(dòng)和長時(shí)間怠速，提高了整車燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能。節(jié)能減排是目前汽車技術(shù)重要任務(wù)，快速起停技術(shù)可以是車輛在擁堵或等紅燈時(shí)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)

20、機(jī)，當(dāng)駕駛員踩下離合器或油門或松開制動(dòng)踏板時(shí)又會(huì)自動(dòng)快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。相對與混合動(dòng)力汽車，快速起停技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)怠速停機(jī)功能。</p><p>　　2.2 ISG 電機(jī)起停功能特性分析仿真實(shí)驗(yàn)</p><p>　　根據(jù)華普弱混合動(dòng)力轎車SMA7150的相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)參數(shù)，運(yùn)行仿真后可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)速曲線如圖2.1所示。圖2.1中：曲線1為電機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)8

21、00r·min-1一時(shí)開始點(diǎn)火，因?yàn)殡姍C(jī)處于恒轉(zhuǎn)速控制狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過800r·min-1時(shí)，電機(jī)開始拖曳發(fā)動(dòng)機(jī)從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)l200r·min-1目標(biāo)轉(zhuǎn)速的時(shí)間較長，不利于發(fā)動(dòng)機(jī)快速啟動(dòng)；曲線2的控制過程為ISG電機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制將發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至點(diǎn)火轉(zhuǎn)速800r·min-1，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)，同時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制模式，給發(fā)動(dòng)機(jī)提供轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩由40N·m按線性遞減至0，發(fā)動(dòng)機(jī)

22、自點(diǎn)火開始對外輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)電機(jī)予以轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速升到1400r·min-1左右，由于電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1200r·min-1時(shí)退出工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)順利啟動(dòng)進(jìn)入自身EMS(engine management system)閉環(huán)控制，從該曲線可知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快地穩(wěn)定到預(yù)定的怠速轉(zhuǎn)速附近，發(fā)動(dòng)機(jī)EMS根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)，快速進(jìn)入怠速閉環(huán)控制；曲線3為發(fā)動(dòng)機(jī)普通啟動(dòng)方式，由于啟動(dòng)時(shí)的加濃噴油，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升

23、至150</p><p>　　圖2.1發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)速曲線</p><p><b>　　2.3 臺(tái)架試驗(yàn)</b></p><p>　　根據(jù)以上分析的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性，結(jié)合預(yù)定的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制策略，通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)一步分析和研究發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。該試驗(yàn)同樣分為上述3種情況進(jìn)行對比，轉(zhuǎn)速曲線如圖2.2所示。</p><p&g

24、t;　　圖2.2中：曲線1為電機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制方式，無轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償；曲線2為電機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制將發(fā)動(dòng)機(jī)拖轉(zhuǎn)到噴油轉(zhuǎn)速800r·min-1，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制，電機(jī)助力，轉(zhuǎn)矩值為40N·m，并開始轉(zhuǎn)矩遞減，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)1200r·min-1時(shí)電機(jī)助力轉(zhuǎn)矩為0；曲線3為傳統(tǒng)啟動(dòng)方式。</p><p>　　對比3種轉(zhuǎn)速曲線可知：曲線3即傳統(tǒng)啟動(dòng)方式，轉(zhuǎn)速瞬間超過1400r·min-1，然后再緩慢下降

25、。</p><p>　　圖2.2發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程轉(zhuǎn)速變化</p><p>　　促使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速瞬間提升的原因就是過濃噴油，這個(gè)過程油耗高、排放差，這是混合動(dòng)力必然要解決的問題。曲線2中800r·min-1至1000r·min-1有一平臺(tái)期，然后迅速上升至1400r·min-1一左右，維持一段時(shí)間后迅速衰減，出現(xiàn)波谷，然后再緩慢上升。造成“平臺(tái)期”的原因是試驗(yàn)中用手

26、動(dòng)控制噴油信號(hào)，可能出現(xiàn)一些延時(shí)。但即使用軟件控制，也不可避免有幾十ms的延時(shí)。這個(gè)延時(shí)對啟動(dòng)控制來說不是很重要。曲線1中，轉(zhuǎn)速到達(dá)800r·min-1后，較長時(shí)間才升至1200r·min-1左右，即不助力的情況下，會(huì)延長啟動(dòng)時(shí)間。</p><p>　　通過對仿真曲線和試驗(yàn)曲線的對比后發(fā)現(xiàn)曲線2是所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程。當(dāng)然，如果對電機(jī)的補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩再做一下優(yōu)化，使得曲線2中的A段平臺(tái)期縮短，則可

27、以使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)既不缺乏動(dòng)力性又符合平順性。將噴油轉(zhuǎn)速設(shè)定在800r·min-1左右的原因是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)開始噴油后，EMS判斷直接進(jìn)入怠速工況的怠速閉環(huán)控制，這時(shí)的噴油量很小，噴油脈寬只有14ms左右，其噴油脈寬的變化與傳統(tǒng)方式的比較如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程噴油脈寬</p><p>　　圖2.3可知，發(fā)動(dòng)機(jī)并未出現(xiàn)啟動(dòng)加濃過程，而發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)初期排放

28、較差的原因是由于啟動(dòng)時(shí)的過濃噴油，取消了這一過程，就使得發(fā)動(dòng)機(jī)的排放大幅下降。</p><p><b>　　2.4本章小結(jié)</b></p><p>　　混合動(dòng)力汽車ISG電機(jī)在混合動(dòng)力汽車啟動(dòng)時(shí)減少了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)加濃噴油的過程，從而節(jié)省了由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)加濃噴油過程所浪費(fèi)的燃油量。</p><p>　　第3章ISG混合動(dòng)力汽車加速扭矩補(bǔ)償特性

29、分析</p><p>　　混合動(dòng)力汽車在節(jié)能減排方面體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。對于混合動(dòng)力汽車，為提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放，一般通過優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)策略使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，電機(jī)起消峰填谷作用。汽車在加速工況時(shí)，由于油門踏板突變，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于瞬態(tài)過程，ECU會(huì)立刻加濃噴油來滿足整車動(dòng)力性要求。而對于廢氣渦輪增壓柴油機(jī)來說，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于瞬態(tài)過程時(shí)，由于廢氣渦輪增壓器葉輪的慣性造成進(jìn)氣明顯滯后，因此在加速

30、過程中會(huì)導(dǎo)致排放和燃油消耗的上升。高壓共軌增壓柴油機(jī)可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況優(yōu)化來避免這種加濃噴油現(xiàn)象的發(fā)生，而裝用增壓柴油機(jī)的ISG混合動(dòng)力汽車在加速過程缺失的動(dòng)力可用電機(jī)助力來彌補(bǔ)，通過電機(jī)助力可以使發(fā)動(dòng)機(jī)盡快達(dá)到穩(wěn)態(tài)工況，縮短過渡工況時(shí)間。本研究針對這一問題制定了混合動(dòng)力汽車加速扭矩補(bǔ)償策略，并進(jìn)行了仿真研究。</p><p>　　3.1加速過程扭矩分析</p><p>　　共軌燃油系

31、統(tǒng)的工作流程見圖3.1。對于廢氣渦輪增壓柴油機(jī)來說，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于加速工況時(shí)，廢氣渦輪增壓器葉輪的慣性造成進(jìn)氣存在著明顯的滯后性，因此，為保證加速過程中的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性，在加速過程中就必須相應(yīng)地根據(jù)進(jìn)氣量對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行油量限制，在此過程中Te<Td_req(Td_req為駕駛員扭矩需求，t為實(shí)際發(fā)出的扭矩)，因此加速扭矩不足，從而影響了整車的動(dòng)力性.</p><p>　　圖3.1共軌燃油系統(tǒng)的工作流程簡圖&

32、lt;/p><p>　　3.2加速扭矩補(bǔ)償策略</p><p>　　研究表明，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩變化的時(shí)間常數(shù)明顯大于電動(dòng)機(jī)扭矩變化的時(shí)間常數(shù)，所以汽車加速時(shí)，可以實(shí)時(shí)采集整車需求扭矩與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出扭矩，不足部分可用電機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。扭矩協(xié)調(diào)控制算法為“離合器輸入端需求扭矩一發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩+電動(dòng)機(jī)的扭矩補(bǔ)償”，這就需要實(shí)時(shí)反饋發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)扭矩，可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型估算發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩來解決，發(fā)動(dòng)機(jī)

33、模型的輸人參數(shù)為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中通過傳感器實(shí)時(shí)測得的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門位置，通過發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型就可以計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)發(fā)出的扭矩。動(dòng)態(tài)扭矩補(bǔ)償控制算法見圖3.2。</p><p>　　圖3.2動(dòng)態(tài)扭矩協(xié)調(diào)策略算法</p><p>　　3.3 驅(qū)動(dòng)扭矩需求Td-rep的確定。</p><p>　　Td-rep反映了駕駛員對車輛驅(qū)動(dòng)扭矩的需求，在車輛行駛過程中，駕駛員的扭矩

34、需求主要是由基于油門位置和轉(zhuǎn)速的駕駛特性MAP圖(見圖3.3)來確定。</p><p><b>　　圖3.3駕駛特性圖</b></p><p>　　3.4電機(jī)目標(biāo)扭矩Tm-tar的確定</p><p>　　在車輛加速過程中，可以通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)助力來彌補(bǔ)整車需求動(dòng)力，電機(jī)的目標(biāo)扭矩為</p><p><b>　?。?/p>

35、3.1）</b></p><p>　　當(dāng)Tm-tar大于Tm-max。（Tm-max為電機(jī)的最大輸出扭矩)時(shí)，受電機(jī)功率限制，期望扭矩超過了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，電機(jī)無法提供期望驅(qū)動(dòng)扭矩，此時(shí)電機(jī)的目標(biāo)扭矩為</p><p><b>　　（3.2）</b></p><p>　　當(dāng)Tm-tar小于等于Tm-max時(shí)，電機(jī)完全有能力提供所需要

36、的期望扭矩，電機(jī)的目標(biāo)扭矩為</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　隨著時(shí)間t逐漸增加，Tm-tar會(huì)逐漸變小，直到滿足邊界條件Tm-tar小于σTd-rep(σ為扭矩補(bǔ)償結(jié)束條件系數(shù)，σ=4％)時(shí)，電機(jī)便停止扭矩補(bǔ)償。</p><p>　　3.5發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)扭矩Te的估算</p><p>　

37、　通過在Matlab／simulink環(huán)境下建立發(fā)動(dòng)機(jī)的平均值模型來反饋發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)扭矩，平均值模型見圖3.4。</p><p>　　圖3.4發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型</p><p>　　3.5．1壓氣機(jī)模型</p><p>　　采用simulink設(shè)計(jì)壓氣機(jī)模塊時(shí)，輸入量為增壓器的轉(zhuǎn)速和流量，輸出量為空氣出口的壓力、溫度及壓氣機(jī)消耗的扭矩，它們可由下面公式計(jì)算：</

38、p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中，T2為壓氣機(jī)出口溫度，T1為環(huán)境溫度，ηc為壓氣機(jī)效率，k為氣體比熱容比，Ttqc為壓氣機(jī)消耗的扭矩，nc為壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速，qmc為增壓器進(jìn)氣流量，Rg為氣體常數(shù)，Pz為壓氣機(jī)出口壓力，P1為環(huán)境大氣壓力，πb為增壓比。廢氣渦輪機(jī)的模型與壓氣機(jī)模型類似。</p><p>　　3.5.

39、2增壓器動(dòng)力學(xué)模型</p><p>　　本模型中，不計(jì)摩擦損失和散熱損失，認(rèn)為渦輪機(jī)發(fā)出的扭矩全部用于壓縮空氣，則由牛頓第二定律可得增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)平衡方程</p><p><b>　　(3.2)</b></p><p>　　式中，Jtc為增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ntc為渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)模型與增壓器動(dòng)力學(xué)模型類似。</p>

40、<p>　　3.5.3中冷器模型</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　式中，T3為中冷器的出口溫度，ε為中冷器冷卻效率，Tw為冷卻水的進(jìn)口溫度，△p為空氣流過中冷器時(shí)的壓力降，△po為中冷器在設(shè)計(jì)工況下的壓力損失，qmo為中冷器的設(shè)計(jì)流量，p3為中冷器出口壓力。</p><p>　　3.5.4發(fā)動(dòng)機(jī)模型

41、</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)模型，由6個(gè)子模型組成：氣缸充氣效率、進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量流量、指示熱效率、平均排氣溫度、燃油流量、指示扭矩和摩擦扭矩。</p><p>　　3.5.4.1充氣效率ηv</p><p>　　充氣效率可視為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，由臺(tái)架試驗(yàn)可以測出部分轉(zhuǎn)速下的充氣效率，然后根據(jù)最小乘法擬合成整個(gè)轉(zhuǎn)速下的充氣效率曲線，ηv=f（n）</p>

42、;<p>　　3.5.4.2進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量流量qm3</p><p>　　對于4行程的增壓柴油機(jī)來說，其掃氣系數(shù)可近似為1，故可忽略殘余廢氣的影響，則進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量流量可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　式中，ρ3為進(jìn)入氣缸的空氣密度，V為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸排量，n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。&l

43、t;/p><p>　　3.5.4.3平均排氣溫度T4</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒情況比較復(fù)雜，很難通過熱力學(xué)第一定律精確計(jì)算平均排氣溫度T4，T4主要與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空燃比有關(guān)，因此，在處理T4時(shí)采用了MAP圖的方式，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空燃比為X，y坐標(biāo)，構(gòu)成三維T4的MAP圖，然后利用三維MAP圖插值計(jì)算每個(gè)工況下的T4。</p><p>　　3.5.4.4指示熱

44、效率ηi</p><p>　　指示熱效率縐是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空燃比的函數(shù)，同樣采取三維MAP圖插值計(jì)算ηi。</p><p>　　3.5.5供油系統(tǒng)模型</p><p>　　共軌式電控燃油系統(tǒng)是一種壓力一時(shí)間式的電控系統(tǒng)，其噴油量是共軌油壓與噴油持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。當(dāng)油壓一定時(shí)，噴油量與噴油脈寬近似于線性關(guān)系。本系統(tǒng)采用4個(gè)MAP來建立供油系統(tǒng)模型，即油量MAP、共軌油壓M

45、AP、噴油定時(shí)MAP和噴油脈寬MAP。其中，油量MAP由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門開度確定，共軌油壓MAP由轉(zhuǎn)速和油量確定，噴油定時(shí)MAP由噴油量和轉(zhuǎn)速確定，噴油脈寬MAP由共軌油壓和油量確定。實(shí)際應(yīng)用中，除了4個(gè)MAP還有其他物理量的補(bǔ)償量與限制量。</p><p>　　3.5.6 指示扭矩Ttqi和摩擦扭矩Ttqf</p><p><b>　　(3.5)</b></p

46、><p>　　式中，Ttqi為指示扭矩，HHlv為燃油的低熱值，qf為燃油質(zhì)量流量，F(xiàn)f為平均摩擦力，vm為活塞平均速度，Ttqf為摩擦扭矩。</p><p><b>　　3.6仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖3.4模型中的信號(hào)發(fā)生器用來模擬油門位置的突變過程(即加速過程)，階躍信號(hào)發(fā)生器ML用來模擬外界負(fù)載的變化。仿真初始值的設(shè)置：初始轉(zhuǎn)

47、速為1100r／min，外界負(fù)載ML為185.5 N·m，油門開度為40％。仿真時(shí)油門開度的變化見圖3.5，在仿真進(jìn)行2s時(shí)，油門開度由40％突變?yōu)?5％并保持到仿真結(jié)束。圖3.6示出有加速扭矩補(bǔ)償和無加速扭矩補(bǔ)償時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果。在外界負(fù)載固定為185．5N·ITI時(shí)，仿真進(jìn)行2 s時(shí)，由于油門開度由40％突變?yōu)?5％，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)從1 100 r／min加速并最終穩(wěn)定在2338 r／min，從仿真結(jié)果可以看出

48、：沒有加速扭矩補(bǔ)償時(shí)，當(dāng)仿真進(jìn)行8S時(shí)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，有加速扭矩補(bǔ)償時(shí)，仿真時(shí)間為5s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，縮短了加速時(shí)間。圖3.7示出了加速過程中需求扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩的仿真結(jié)果，在2s時(shí)由于油門突變，需求扭矩也相應(yīng)從185．5N·m突變?yōu)?71N·m，加速過程中發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩小于需求扭矩。圖3.8示出電機(jī)補(bǔ)償扭矩的仿真結(jié)果，由于電機(jī)扭矩的補(bǔ)償，使得發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際扭矩與電機(jī)扭矩之和滿足了需求扭矩，大大縮短了加速時(shí)間。<

49、/p><p>　　圖3.5 油門開度變化</p><p>　　圖3.6 轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.7發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩仿真結(jié)果</p><p>　　圖3.8電動(dòng)機(jī)扭矩的仿真結(jié)果</p><p><b>　　3.7本章總結(jié)</b></p><p>　　通過對裝備廢氣渦輪增壓

50、共軌柴油機(jī)的ISG混合動(dòng)力汽車的瞬態(tài)加速扭矩補(bǔ)償控制策略的研究，可以在滿足整車動(dòng)力性的同時(shí)，改善混合動(dòng)力車的燃油經(jīng)濟(jì)性．通過電機(jī)在加速時(shí)進(jìn)行加速扭矩補(bǔ)償，可以大大縮短加速時(shí)間，在滿足經(jīng)濟(jì)性和排放性的同時(shí)提高了加速性能；經(jīng)過電機(jī)的加速扭矩補(bǔ)償后，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的扭矩輸出可以實(shí)時(shí)滿足扭矩需求，在標(biāo)定駕駛特性MAP圖時(shí)就有了更大的靈活性。</p><p>　　第4章 ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與參數(shù)匹配</p&

51、gt;<p>　　ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期要解決的問題是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇和動(dòng)力部件的匹配。</p><p>　　本課題是以某一原型車的車體為基礎(chǔ)進(jìn)行的，原車的發(fā)動(dòng)機(jī)被取走，但車身和離合器</p><p>　　和變速器等部件被保留。本章介紹 ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的幾種典型結(jié)構(gòu)，對其主要的性</p><p>　　能特點(diǎn)進(jìn)行分析，根據(jù)其功能要求，確定本課題

52、的結(jié)構(gòu)組成；以滿足動(dòng)力性和燃油經(jīng)</p><p>　　濟(jì)性目標(biāo)為前提，利用參數(shù)匹配的基本原理和方法，對確定的ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行</p><p>　　部件選型和參數(shù)的初步匹配。 </p><p>　　4.1 ISG混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型 </p><p>　　ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)中，ISG電機(jī)的功率比發(fā)動(dòng)機(jī)功率要小得多，即整車混合比較<

53、;/p><p>　　小，而ISG電機(jī)的體積也不大，這樣的特點(diǎn)使得ISG系統(tǒng)布置自由度較大，因此，可</p><p>　　以根據(jù)整車結(jié)構(gòu)的安排需要靈活安排電機(jī)的位置，一般不至于對整車的結(jié)構(gòu)安排造成</p><p><b>　　很大影響。 </b></p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同汽車的整體布置結(jié)構(gòu)ISG與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接

54、有直接和間</p><p>　　接兩種方式。其中的直接方式是指發(fā)動(dòng)機(jī)與ISG電機(jī)同軸，工作時(shí)二者的輸出扭矩在</p><p>　　同一軸上耦合，經(jīng)過耦合后的總轉(zhuǎn)矩輸入到變速器沿傳動(dòng)軸傳送到驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車行</p><p>　　駛。這種聯(lián)接方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)之間一般裝有離合器，在必要時(shí)用來切斷發(fā)</p><p>　　動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)的動(dòng)

55、力傳輸。直接式結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、耦合直接，傳動(dòng)</p><p>　　效率高，但由于電機(jī)布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器之間，對于改裝車容易受到整車布置結(jié)構(gòu)</p><p>　　的限制。直接式ISG混合動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1直接式ISG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 圖4.2間接式ISG系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p>

56、<p>　　間接方式中發(fā)動(dòng)機(jī)與 ISG 電機(jī)一般通過皮帶聯(lián)接，也稱為 BAS（ belt-driven alternator starter ），其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 4.2所示。間接式聯(lián)接多用于傳統(tǒng)汽車的改裝，其主要特點(diǎn)包括：1 、布置靈活，可以根據(jù)原車的空間布置找到合適的電機(jī)安裝位置，使其能與發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶連接傳輸動(dòng)力，不需要對原車的結(jié)構(gòu)做大的改動(dòng)，降低了改裝成本；2、皮帶具有質(zhì)量輕的特點(diǎn)，與齒輪傳動(dòng)相比，大大降低了動(dòng)力總成

57、的質(zhì)量。但皮帶彈性較大，影響了發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)間的動(dòng)力傳輸效率，造成一定的能量損失。 </p><p>　　上面簡單介紹了ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)方式的選定還</p><p>　　需要考慮經(jīng)濟(jì)性要求等因素。考慮到本課題整車的布置空間較大，衡量各種因素，最</p><p>　　后確定使用直接聯(lián)接的結(jié)構(gòu)方式。電機(jī)直接連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端，電機(jī)轉(zhuǎn)子與

58、發(fā)</p><p>　　動(dòng)機(jī)曲軸固結(jié)，取代了發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和原有的起動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)。 </p><p>　　4.2 動(dòng)力總成的選型 </p><p>　　課題中需要選擇的動(dòng)力部件是與整車性能關(guān)系最大的發(fā)動(dòng)機(jī)、ISG 電機(jī)和動(dòng)力電</p><p>　　池三大部件。本節(jié)主要根據(jù)ISG 混合動(dòng)力汽車的工作特性要求對動(dòng)力元件的選型方案</p>

59、<p><b>　　進(jìn)行分析。 </b></p><p>　　動(dòng)力部件的選型與ISG 混合動(dòng)力汽車控制策略有很大的關(guān)系，關(guān)于控制策略，本</p><p>　　文將在以后的章節(jié)里專門討論，這里不再深入探討。發(fā)動(dòng)機(jī)是混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵零</p><p>　　部件。與傳統(tǒng)汽車不同的是，混合動(dòng)力汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)不要求過高的比功率和很好的動(dòng)<

60、;/p><p>　　態(tài)響應(yīng)特性，在設(shè)計(jì)和匹配時(shí)，可以按最高熱效率的原則進(jìn)行，從而可以進(jìn)一步提高</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)效率。在并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車中通常采用由發(fā)動(dòng)機(jī)提供車輛行駛平均動(dòng)力，動(dòng)</p><p>　　力電池組—電機(jī)系統(tǒng)提供輔助動(dòng)力的控制策略。在這樣的控制策略下，汽車行駛的大</p><p>　　部分時(shí)間里由發(fā)動(dòng)機(jī)為汽車提供主要行駛動(dòng)力

61、，能夠承擔(dān)主要驅(qū)動(dòng)力?；旌蟿?dòng)力汽車</p><p>　　中發(fā)動(dòng)機(jī)處于頻繁的“開關(guān)”狀態(tài)，因此要求發(fā)動(dòng)機(jī)的控制策略比較成熟并容易改進(jìn)。</p><p>　　另外在選擇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)還要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)、可靠性、使用壽命、維護(hù)成本、</p><p>　　運(yùn)行成本以及安全性能等因素。 </p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)的種類多種多樣，根據(jù)目前的資料，應(yīng)用

62、于混合動(dòng)力汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)主要有：</p><p>　　汽油機(jī)、柴油機(jī)、轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。這幾種發(fā)動(dòng)機(jī)各有優(yōu)</p><p>　　缺點(diǎn)，作為HEV的車載動(dòng)力源，雖然都有一定的應(yīng)用價(jià)值，但是從內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷</p><p>　　程看，汽油機(jī)和柴油機(jī)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而且應(yīng)用范圍最廣，在采用了先進(jìn)的制</p><p>　　造工

63、藝和先進(jìn)的電子控制技術(shù)以后，其熱效率、機(jī)械性能、排放性能、尺寸及成本等</p><p>　　綜合性能較高，因此在目前成熟的HEV中大多仍采用這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然汽油機(jī)和</p><p>　　柴油機(jī)由于在性能、尺寸和成本等方面的不同，適用的具體車型也有一定的區(qū)別。鑒</p><p>　　于此，本文選擇四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的主動(dòng)力源。 </p&g

64、t;<p>　　ISG 混合動(dòng)力汽車中的電機(jī)作為輔助動(dòng)力源為汽車提供輔助動(dòng)力，應(yīng)同時(shí)能夠?qū)?lt;/p><p>　　現(xiàn)雙向控制，不僅能為汽車提供輔助動(dòng)力，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電機(jī)的功能，把多余的</p><p>　　能量及時(shí)回收為動(dòng)力電池充電儲(chǔ)備能量。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要具有高扭矩密度、寬調(diào)速范</p><p>　　圍和高可靠性，除此之外還希望具有質(zhì)量輕、成本低、電

65、輻射小等特點(diǎn)。由于ISG 混</p><p>　　合動(dòng)力汽車中的電源功率十分有限，因此電機(jī)的扭矩- 轉(zhuǎn)速特性應(yīng)根據(jù)汽車起動(dòng)、爬坡、</p><p>　　加速和恒速行駛等不同階段分為恒扭矩區(qū)和恒功率區(qū)。在某些行駛工況下（如城市工</p><p>　　況）汽車頻繁起停工作區(qū)域?qū)挘?qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行于低速大扭矩工況，因此電機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　

66、不但在額定運(yùn)行時(shí)效率要高，并且要有盡可能寬的高效率區(qū)。目前在混合動(dòng)力汽車中</p><p>　　使用的電機(jī)主要有直流電機(jī)、交流異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等。其中</p><p>　　永磁同步電機(jī)與其他類型的電機(jī)相比具有更高的扭矩密度、功率密度和效率，更適合</p><p>　　于混合動(dòng)力汽車的應(yīng)用，具有極好的應(yīng)用前景。在選擇電機(jī)時(shí)還應(yīng)考慮ISG 系統(tǒng)的如&

67、lt;/p><p><b>　　下2 個(gè)特點(diǎn)： </b></p><p>　　1、ISG 電機(jī)直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)力輸出端，取代飛輪的作用，擬選用的ISG</p><p>　　電機(jī)外形尺寸與普通電機(jī)相比應(yīng)該具有較大的徑向尺寸和較小的軸向尺寸，以增加發(fā)</p><p>　　動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并使得系統(tǒng)軸向布置更加緊湊。 <

68、/p><p>　　2 、ISG 電機(jī)轉(zhuǎn)子要與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸固結(jié)，待選電機(jī)轉(zhuǎn)子不宜采用勵(lì)磁繞組，因?yàn)?lt;/p><p>　　如果徑向尺寸較大，勵(lì)磁繞組在較大離心力的作用下容易松脫，因此電機(jī)轉(zhuǎn)子必須為</p><p><b>　　永磁體。 </b></p><p>　　考慮到ISG 電機(jī)的以上特點(diǎn)，本課題在選擇電機(jī)時(shí)選擇了永磁同步電機(jī)

69、，其幾何形狀為軸向小徑向大的圓盤形狀。 </p><p>　　動(dòng)力電池是混合動(dòng)力汽車的基本組成單元，其性能直接影響到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能，</p><p>　　從而影響整車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放?；旌蟿?dòng)力汽車對動(dòng)力電池的性能要求與純電動(dòng)汽</p><p>　　車有很大不同，在純電動(dòng)汽車中，電池?cái)?shù)量多，重量能占整車總重量的30% ～40% ，</p><p&

70、gt;　　因而對電池的功率密度要求較為寬松；而混合動(dòng)力汽車的電池體積和容量都要小得</p><p>　　多，一般只有純電動(dòng)汽車電池的1/15 ～1/20 ，因而電池工作負(fù)荷大，對功率密度要求</p><p>　　較高。所以通常把動(dòng)力電池分為電動(dòng)汽車用的高能量電池和混合動(dòng)力汽車用的高功率</p><p>　　電池兩類，以滿足各自對電池的不同要求。車用動(dòng)力電池在混合動(dòng)力

71、汽車上應(yīng)用的最大特點(diǎn)為非完全充電和非完全放電，電池經(jīng)常處于充電或放電狀態(tài)，即經(jīng)常有能量的</p><p>　　消耗和補(bǔ)充，這會(huì)對電池的壽命造成一定的影響。圖2.3 給出了鉛酸電池（Pb-AGM</p><p>　　和Pb-flooded）、鋰離子電池（Li-lon）、鎳氫電池（NiMH）三種電池 SOC 與循環(huán)次數(shù)</p><p>　　的關(guān)系趨向。從圖中可以看出，在

72、這三種常用的電池中，鎳氫電池的壽命是最長，電</p><p>　　池非完全充放電對鎳氫電池的壽命影響不大。鎳氫電池還具有很好的耐過充電特性和</p><p>　　良好的使用安全性，其充電效率幾乎達(dá)到100%，有利于混合動(dòng)力汽車的再生制動(dòng)。</p><p>　　與鋰離子電池相比，鎳氫電池生命周期內(nèi)能量成本也偏低（表2.1）；相比鉛酸電池，</p><

73、;p>　　鎳氫電池具有更高的比能量和比功率，以及接收大電流變化的能力。因此選用鎳氫電</p><p>　　池作為儲(chǔ)能裝置，可以更好地回收制動(dòng)能量，提高峰值功率，改善瞬態(tài)輸出特性，進(jìn)</p><p>　　一步提高混合動(dòng)力汽車的機(jī)動(dòng)性?；阪嚉潆姵氐闹T多優(yōu)點(diǎn)，本課題最終選用鎳氫電</p><p><b>　　池作為動(dòng)力電池。</b></

74、p><p>　　圖4.3各種電池的壽命曲線</p><p>　　表4.1電池性能比較</p><p>　　4.3 ISG混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的確定 </p><p>　　本文需要確定的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)和 ISG 電機(jī)功率、電池的容量等。在汽車設(shè)計(jì)初期，確定動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的方法是：根據(jù)現(xiàn)有的整車參數(shù)和預(yù)期達(dá)到的動(dòng)力性指標(biāo)通過汽車行駛方程式

75、對汽車參數(shù)進(jìn)行初步選定，然后綜合考慮其他因素最后確定整車的參數(shù)。本文原車型保留的整車技術(shù)參數(shù)如表2.2所示：</p><p>　　表4.2原車的整車技術(shù)參數(shù)</p><p>　　設(shè)計(jì)的ISG 混合動(dòng)力汽車要求達(dá)到的性能指標(biāo)為： </p><p>　　汽車的最高車速要求大于130 km/h ；汽車由靜止?fàn)顟B(tài)以最大加強(qiáng)速度（包括選擇</p><p&g

76、t;　　合適的換檔時(shí)機(jī)）加速至100km/h 需要的加速時(shí)間小于27s；汽車能夠達(dá)到的最大爬坡度大于60% ；汽車以90km/h的速度行駛的油耗小于13.0L/100km。 </p><p>　　上面所列的性能指標(biāo)中前三條是動(dòng)力性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)ISG 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系</p><p>　　統(tǒng)參數(shù)的主要依據(jù)，而第四項(xiàng)指標(biāo)是汽車的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，在設(shè)計(jì)初期可首先不加考慮，</p>

77、<p>　　而在以后的參數(shù)優(yōu)化中作為優(yōu)化的約束條件。 </p><p>　　汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)一般方法是根據(jù)汽車行駛方程式進(jìn)行初選，混合動(dòng)力汽車在整</p><p>　　體外觀上與內(nèi)燃機(jī)汽車是相同的，輪胎與地面相互作用的力學(xué)過程也沒有本質(zhì)的區(qū)別，汽車行駛方程為[46]：</p><p><b>　　(4.1)</b></p>

78、<p>　　式中：m為整車質(zhì)量kg；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；α 為坡道角；CD為空氣阻力系數(shù)；A為汽車迎風(fēng)面積m2；δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；g為重力加速度，m/s2 ；a 為汽車加速度，m/s2。</p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)：</b></p><p>　　動(dòng)力部件參數(shù)匹配需要對其功率進(jìn)行選擇，將式2.1轉(zhuǎn)化為功率平衡為：</p>

79、<p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　式中：ηT為動(dòng)力系統(tǒng)的傳動(dòng)效率。</p><p>　　4.3.1發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定 </p><p>　　由汽車行駛方程式，根據(jù)汽車行駛阻力大小能夠確定汽車驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)功率參</p><p>　　數(shù)。但是由于待定的 ISG 混合動(dòng)力汽車屬于雙能源系統(tǒng)，發(fā)

80、動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩個(gè)動(dòng)力源均</p><p>　　能輸出驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，如何分配二者的驅(qū)動(dòng)力大小，使整個(gè)系統(tǒng)匹配最佳目前沒有很確定</p><p>　　的方法，一般方法是根據(jù)整車結(jié)構(gòu)預(yù)估二者功率。根據(jù) ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)，發(fā)</p><p>　　動(dòng)機(jī)是主要?jiǎng)恿υ矗峁┲饕?qū)動(dòng)力，而電機(jī)是輔助動(dòng)力源，只是在必要時(shí)提供輔助</p><p>　　驅(qū)動(dòng)力

81、。由此可以確定二者功率參數(shù)的匹配原則：發(fā)動(dòng)機(jī)功率滿足汽車在平坦路面上</p><p>　　以一定的經(jīng)濟(jì)巡航車速勻速行駛的需求，電機(jī)功率滿足加速和爬坡的額外功率需求。</p><p>　　按照此原則，由汽車行駛方程式求得的發(fā)動(dòng)機(jī)功率為：</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p>　　在計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)功率時(shí)

82、，所取的巡航經(jīng)濟(jì)車速應(yīng)該依據(jù)汽車的動(dòng)力性能要求而定。</p><p>　　一般來說，經(jīng)濟(jì)巡航車速不等于最大車速，因?yàn)閷?shí)際上汽車很少以最高車速行駛，尤</p><p>　　其在我國更是如此。我國城市車輛的平均行駛車速僅在 20 ~30 km/h之間。但如果經(jīng)濟(jì)巡航車速取值太小，則發(fā)動(dòng)機(jī)功率將偏小，也不符合實(shí)際汽車的情況，因?yàn)槠囋谛旭倳r(shí)，除了行駛阻力功率以外，還應(yīng)當(dāng)加上附件功率（特別是有空調(diào)

83、時(shí)）、1%~2%的爬坡功率裕量和 10% （經(jīng)驗(yàn)值）的充電功率裕量。也就是說，將經(jīng)濟(jì)巡航車速簡單確定為一個(gè)數(shù)值來計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大小是不合理的。綜合考慮汽車在行駛過程中的行駛阻力功率加上空調(diào)、坡度和充電裕量，巡航功率P 實(shí)際是一個(gè)功率帶。應(yīng)保證這一功率帶穿越發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性圖上經(jīng)濟(jì)性較好的區(qū)域。圖4.4 為某一發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性及巡航功率帶示意圖。</p><p>　　圖4.4 發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性及巡航功率帶示意圖&l

84、t;/p><p>　　從圖4.4 中可以看出，在對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)匹配時(shí)，通過設(shè)置功率帶可以更好的</p><p>　　反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間，這樣對于提高整車的燃油經(jīng)濟(jì)性是有利的。 </p><p>　　本文在選擇系統(tǒng)的巡航經(jīng)濟(jì)車速時(shí)，考慮到整車系統(tǒng)的特點(diǎn)和預(yù)期的行駛功率，</p><p>　　初步確定巡航經(jīng)濟(jì)車速為整車要求的最高車速。因?yàn)榻又€有

85、對發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化</p><p>　　選擇，在設(shè)計(jì)初期按最高車速確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率參數(shù)合理的。</p><p>　　4.3.2 ISG 電機(jī)參數(shù)的確定 </p><p>　　ISG 混合動(dòng)力汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)承擔(dān)主要的驅(qū)動(dòng)功率，加上整車的結(jié)構(gòu)考慮，不需要</p><p>　　大功率的電機(jī)。一般來說，隨著電機(jī)功率的增大，汽車的經(jīng)濟(jì)性也會(huì)隨著提高。但

86、是</p><p>　　隨著ISG 電機(jī)功率的增大，所需電池組數(shù)目也必須增多。這樣既增加了整車重量，也</p><p>　　增加了整車的制造成本。ISG 電機(jī)功率的取值應(yīng)在滿足整車節(jié)能目標(biāo)值的前提下，從</p><p>　　經(jīng)濟(jì)性和制造成本兩方面均衡考慮。 </p><p>　　在確定ISG 電機(jī)參數(shù)時(shí)需要考慮以下幾個(gè)因素[49]：在汽車加速

87、和爬坡時(shí)助力、確</p><p>　　保發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速匹配和與電池充放電匹配。具體來說，ISG 系統(tǒng)要求電</p><p>　　機(jī)能夠短時(shí)間（一般不超過 0.4s ）起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，因此要求電機(jī)必須具有低速大轉(zhuǎn)</p><p>　　矩的特性以提供啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩克服發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻力矩；功率補(bǔ)償要求在汽車加速或爬坡需</p><p>　　要大功

88、率時(shí)電機(jī)能夠提供一部分功率，彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的不足，因此要求電機(jī)具有較</p><p>　　大的峰值功率；另外，由于ISG 電機(jī)需要與發(fā)動(dòng)機(jī)在同軸上耦合，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也需與</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)匹配。根據(jù)ISG 電機(jī)工作條件，需要確定的ISG 電機(jī)的參數(shù)包括：額定功率、最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　ISG 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm_max 主要用

89、于滿足汽車的爬坡度要求，計(jì)算如下：</p><p><b>　　(4.4)</b></p><p>　　確定ISG 電機(jī)的額定功率主要考慮的因素有：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況很差時(shí)，電機(jī)可</p><p>　　以短時(shí)間驅(qū)動(dòng)汽車行駛，另外汽車加速時(shí)和爬坡時(shí)需要提供輔助功率驅(qū)動(dòng)汽車行駛。</p><p>　　由于在實(shí)際駕駛過程中，駕駛

90、員一般不會(huì)在爬坡的時(shí)候加速，因此汽車很少同時(shí)出現(xiàn)</p><p>　　加速和爬坡兩種工況，這樣在估算 ISG 電機(jī)額定功率的時(shí)候可以分別估算，最后取二</p><p>　　者之間的最大值作為估算值。這樣計(jì)算的電機(jī)功率值一般較大，能夠包含純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)</p><p>　　的功率需求，根據(jù)汽車加速確定的電機(jī)額定功率為：</p><p><b&

91、gt;　　(4.5)</b></p><p>　　根據(jù)汽車爬坡確定的電機(jī)額定功率為：</p><p><b>　　(4.6)</b></p><p>　　ISG 電機(jī)的額定功率為：</p><p><b>　　(4.7)</b></p><p>　　ISG 混合動(dòng)

92、力系統(tǒng)中，ISG 電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)在同軸上進(jìn)行轉(zhuǎn)矩合成，工作時(shí)電機(jī)與發(fā)動(dòng)</p><p>　　機(jī)之間轉(zhuǎn)速比為1，ISG 電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)等于或大于（主要考慮ISG 電機(jī)的功率儲(chǔ)</p><p>　　備）發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速，即：</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　式中：nm_max 、ne_max

93、 分別為電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速。 </p><p>　　適用于電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)外特性為：在額定轉(zhuǎn)速 nr 以下，電動(dòng)機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩模式工</p><p>　　作，額定轉(zhuǎn)速 nr 以上，以恒功率模式工作。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，稱為</p><p>　　電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β[50] 。對電機(jī)參數(shù)影響很大，在最大轉(zhuǎn)速確定的基礎(chǔ)上，隨 β</p><

94、;p>　　值增大，額定轉(zhuǎn)速越低，對應(yīng)的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩越高。考慮到ISG 電機(jī)在低速時(shí)需要大</p><p>　　轉(zhuǎn)矩起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此 β 值可以取的大一些。但是隨著值的增大，對電機(jī)支撐要求也</p><p>　　隨之增大。另外，大轉(zhuǎn)矩需要較大的電機(jī)電流和電子設(shè)備，增加了功率變換器矽鋼片</p><p>　　的尺寸和損耗，所以必須協(xié)調(diào)考慮選定的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所要求的電

95、機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和電子設(shè)</p><p>　　備損耗來最終確定電機(jī)的β 值大小。就目前來看，擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β 一般選擇在4~6</p><p>　　之間。確定了β 值后，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為:</p><p><b>　　(4.9)</b></p><p>　　4.3.3 電池參數(shù)的確定 </p><p>

96、;　　ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)中，由于 ISG 電機(jī)功率較小，相應(yīng)電池的容量也可以較小，但</p><p>　　由于電池充放電很頻繁，因此對電池充放電性能要求較高。電池參數(shù)的選擇包括電壓</p><p>　　等級(jí)和電池容量的選擇。 </p><p>　　在電機(jī)控制中通常采用IGBT做為功率變換器（逆變器）中的通斷開關(guān)，電池最大</p><p>　

97、　充電電壓為[51-52]：</p><p><b>　　(4.10)</b></p><p>　　式中：Umax_IGBT 為逆變器暫態(tài)的最大過電壓；ηt 為逆變器暫態(tài)的最大過電壓與充電直流電壓之比，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，取值范圍是1.5到2。這樣由電池充電上限電壓和額定電壓之間的比值ηB可計(jì)算出電池額定電壓U為：</p><p><b&g

98、t;　　(4.11)</b></p><p>　　電壓等級(jí)過高對系統(tǒng)的絕緣要求也大大提高，同時(shí)電池組串聯(lián)的單體數(shù)量增多，</p><p>　　對電池一致性要求也增加。根據(jù)國內(nèi)外混合動(dòng)力汽車的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，目前開發(fā)的混合動(dòng)</p><p>　　力汽車電壓等級(jí)一般都在400V以下。 </p><p>　　電池組容量的選擇應(yīng)視具體混合動(dòng)力汽

99、車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置、工作模式和控制策略而</p><p>　　定。但確定方法比較復(fù)雜，首先應(yīng)選定一種具有代表性的汽車行駛循環(huán)工況，對所設(shè)</p><p>　　計(jì)的動(dòng)力部件參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，電池組的容量應(yīng)使電池組的荷電狀態(tài)值SOC 在整個(gè)</p><p>　　動(dòng)態(tài)變化過程中處于適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)。對電池組容量的初步選擇可只以功率需求確</p><p>

100、　　定，對于ISG 汽車來說，電池組的主要作用還是作為一種能量調(diào)節(jié)裝置，因此其容量</p><p>　　大小應(yīng)滿足汽車行駛過程中的ISG 電機(jī)的最大峰值功率需求（P m_max ）。由于電池組在提供峰值功率的狀態(tài)下，其放電效率（ηd ）比較低，因此實(shí)際電池組的容量應(yīng)按能提供Pm_max / ηd 的功率選取。 </p><p>　　根據(jù)上述參數(shù)匹配方法，根據(jù)要求達(dá)到的動(dòng)力性指標(biāo)，初步確定了

101、各部件的參數(shù)，</p><p><b>　　具體如下： </b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)功率92kW；ISG 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1700rpm 、額定功率 16kW；最大轉(zhuǎn)速大于</p><p>　　4000rpm ；電池額定電壓大于280V，電池容量8Ah 。 </p><p>　　4.4 動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)的優(yōu)化 &l

102、t;/p><p>　　根據(jù)2.3 節(jié)的方法，能夠得到發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池功率等相關(guān)主要參數(shù)值，但是</p><p>　　僅僅根據(jù)這個(gè)結(jié)果選擇發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池等參數(shù)，只能得到滿足混合動(dòng)力汽車動(dòng)力</p><p>　　性能要求的匹配參數(shù)，而按照動(dòng)力性能要求得到的匹配參數(shù)未必就是汽車燃油經(jīng)濟(jì)性</p><p>　　的最佳匹配參數(shù)。實(shí)際上對于混合動(dòng)力汽車

103、這種復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)，影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)</p><p>　　性的因素很多，并且各種因素往往交織在一起，必須分析清楚各部件參數(shù)在怎樣的組</p><p>　　合下才能使整車燃油經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，這也是本文ISG 混合動(dòng)力部件系統(tǒng)參數(shù)匹配的主要</p><p>　　目的。本節(jié)將在 2.3節(jié)動(dòng)力部件參數(shù)初步匹配的基礎(chǔ)上，探討 ISG 混合動(dòng)力動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的問題，通過優(yōu)化，最終

104、確定整車的各動(dòng)力部件參數(shù)。 </p><p>　　目前，動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化一般借助于仿真設(shè)計(jì)。通過設(shè)置不同參數(shù)組合，借助于</p><p>　　仿真模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析確定最終的參數(shù)。不過如果參數(shù)組合很多，這種方法</p><p>　　往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很難找到最佳結(jié)果，需要尋求一種更簡便、直觀的設(shè)計(jì)方法降低仿真</p><p>　　次數(shù)。本文

105、根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用正交優(yōu)化方法對ISG 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力部件</p><p>　　參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，縮短了優(yōu)化時(shí)間，大大提高了優(yōu)化效率。 </p><p>　　特別需要說明的是，動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化和控制策略優(yōu)化是一個(gè)交互的過程，本文</p><p>　　為介紹方便，將這兩部分內(nèi)容分別敘述，而本章中的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化，也是基于一</p><p&g

106、t;　　定的控制策略進(jìn)行。本節(jié)對動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化采用了基于規(guī)則的邏輯門限控制策</p><p>　　略，控制策略的具體內(nèi)容將在第 4 章給出。另外，仿真是在北京城市循環(huán)工況下進(jìn)行</p><p>　　的，北京城市循環(huán)工況如圖2.5所示。</p><p>　　圖4.5 北京城市循環(huán)工況 </p><p>　　北京城市循環(huán)工況的的主要指標(biāo)為：路

107、程 5.46km，最大車速 71.95 km/h ，平均車速17.55 km/h ，平均加速度0.288m/s2，平均減速度-0.38m/s2。</p><p>　　4.4.1 參數(shù)優(yōu)化的方法 </p><p>　　ISG 混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵部件參數(shù)優(yōu)化是一個(gè)多目標(biāo)、多變量的優(yōu)化問題，其中目</p><p>　　標(biāo)包括動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性。在這個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題中，由

108、于各目標(biāo)彼此之間相</p><p>　　互矛盾，很難使它們同時(shí)達(dá)到單目標(biāo)最優(yōu)解。因此，在本文參數(shù)匹配設(shè)計(jì)中，對該問</p><p>　　題的處理方法是，以汽車動(dòng)力性作為約束條件，即在滿足循環(huán)工況動(dòng)力性要求前提下，</p><p>　　優(yōu)化混合動(dòng)力汽車關(guān)鍵部件參數(shù)，使汽車燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)，也就是將多目標(biāo)優(yōu)化</p><p><b>

109、　　轉(zhuǎn)為單目標(biāo)優(yōu)化。 </b></p><p>　　正交試驗(yàn)方法[53-55]（orthoplan ）是利用正交表（orthogonal table ）科學(xué)地安排和分析多因素試驗(yàn)的方法，對于多方案尋優(yōu)問題非常適合。正交試驗(yàn)方法以正交性、均</p><p>　　勻性為基礎(chǔ)，利用拉丁方、正交表、均勻表等作為工具來設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，實(shí)施廣義試</p><p>　　

110、驗(yàn)。通過正交試驗(yàn)，通過少量仿真就可以找到最優(yōu)方案，因此它對ISG 混合動(dòng)力汽車</p><p>　　這樣的動(dòng)力部件較多、參數(shù)影響各異的系統(tǒng)選優(yōu)非常適合，可以減少大量的仿真工作，</p><p><b>　　縮短選優(yōu)時(shí)間。 </b></p><p>　　上節(jié)對ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力部件參數(shù)進(jìn)行的初選，已經(jīng)考慮了動(dòng)力性的約束條</p>

111、<p>　　件。本節(jié)將進(jìn)一步分析ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)，以整車燃油經(jīng)濟(jì)性為優(yōu)化目標(biāo)，選擇對系</p><p>　　統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性有較大影響的參數(shù)[56]作為正交試驗(yàn)的因素，并確定各因素的水平數(shù)。根</p><p>　　據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，提出ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)基本正交優(yōu)化和綜合正交優(yōu)化過程，</p><p>　　建立了混合正交試驗(yàn)表，并通過模擬試驗(yàn)和

112、結(jié)果的極差分析來最終確定一組最佳的</p><p>　　ISG 混合動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力部件參數(shù)。 </p><p>　　4.4.2 確定試驗(yàn)因素及水平 </p><p>　　ISG 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化，就是在保證動(dòng)力性要求的前提下確定各動(dòng)力部</p><p>　　件的參數(shù)，使其在北京城市循環(huán)工況下的燃油消耗最小。但實(shí)際上影響混合動(dòng)力汽車<

113、;/p><p>　　燃油經(jīng)濟(jì)性的因素較多，對于本文的ISG 混合動(dòng)力汽車來說，在對其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時(shí)</p><p>　　主要考慮了三方面因素，選擇了三個(gè)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這三個(gè)參數(shù)包括：混合</p><p>　　度（Hyb）、電池容量（C）、電池組電壓等級(jí)（V）。混合度Hyb 定義為電機(jī)功率P m 占</p><p>　　混合動(dòng)力系統(tǒng)總功率P