转矩haose100

2020年11月Nov.
2020第41卷第6期Vol.
41No.
6doi:10.
3969/j.
issn.
1671-7775.
2020.
06.
005开放科学(资源服务)标识码(OSID):混合动力物流车动力系统匹配及仿真赵尚义1,郑青星2,3,刘豪森2,3(1.
柳州五菱汽车工业有限公司,广西柳州545000;2.
武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉430070;3.
武汉理工大学汽车零部件技术湖北省协同创新中心,湖北武汉430070)摘要:以一款传统后轴驱动柴油物流车为原型,在保证动力性的前提下,为了改善整车排放性能,降低燃油消耗,设计了一款搭配汽油机的混合动力物流车.
通过理论匹配计算设计了新的动力系统,同时制定了合理的动力分配控制策略.
利用AVLCruise软件搭建了整车模型,进行了加速与爬坡仿真试验,并基于CWTVC工况进行了循环工况仿真分析,得到了整车动力性仿真结果及经济性仿真结果.
最后基于多目标粒子群算法,在保证电池SOC(stateofcharge)平衡前提下,对整车结构参数及控制参数等进行了优化.
结果表明:理论匹配计算结果较合理,设计的混动车优化前,爬坡性能、加速性能以及最高车速均满足动力性能指标,整车燃油消耗较原车降低了28.

00%;优化后,整车综合能耗较优化前降低了15.
00%.
关键词:混合动力汽车;动力系统参数匹配;Cruise仿真;多目标粒子群算法;参数优化中图分类号:U462.
3文献标志码:A文章编号:1671-7775(2020)06-0648-07引文格式:赵尚义,郑青星,刘豪森.
混合动力物流车动力系统匹配及仿真[J].
江苏大学学报(自然科学版),2020,41(6):648-654.
收稿日期:2019-08-26基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFB0103900)作者简介:赵尚义(1970—),男,湖南邵东人,高级工程师(zhaoshangyi@wuling.
com.
cn),主要从事技术质量管理及新能源汽车研发管理的研究.
郑青星(1994—),男,河南登封人,博士研究生(1142600428@qq.
com),主要从事新能源汽车动力系统结构与驱动控制策略的研究.
MatchingandsimulationofpowersystemofhybridelectriclogisticsvehicleZHAOShangyi1,ZHENGQingxing2,3,LIUHaosen2,3(1.
LiuzhouWulingAutomobileIndustryCo.
,Ltd.
,Liuzhou,Guangxi545000,China;2.
HubeiKeyLaboratoryofAdvancedTechnologyforAutomotiveComponents,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,Hubei430070,China;3.
HubeiCollaborativeInnovationCenterforAutomotiveComponentsTechnology,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan,Hubei430070,China)Abstract:Toimprovevehicleemissionperformanceandreducefuelconsumption,ahybridvehiclewithgasolineenginewasdesignedonthepremiseofensuringthepowerwithatraditionalrearaxledrivendieselvehicleasprototype.
Anewpowersystemwasdesignedbytheoreticalmatchingcalculation,andareasonablepowerdistributioncontrolstrategywasformulated.
ThewholevehiclemodelwasbuiltbyAVLCruise,andtheaccelerationandclimbingsimulationexperimentswerecarriedout.
BasedonCWTVC,thecyclesimulationanalysiswascarriedouttoobtainthedynamicperformanceresultsandeconomicresults.
Accordingtothemultiobjectiveparticleswarmoptimization(MPSO)algorithm,thevehiclestructureparametersandcontrolparameterswereoptimizedonthepremiseofbatterystateofcharge(SOC)balance.
Theresultsshowthatthetheoreticalmatchingcalculationresultsarereasonable.
Beforeoptimization,theclimbingperformance,theaccelerationperformanceandthemaximumspeedcanmeet第6期赵尚义等:混合动力物流车动力系统匹配及仿真649thedynamicperformanceindex.
Thefuelconsumptionofthedesignedhybridvehicleis28.
00%lowerthanthatoftheoriginalvehicle.
Afteroptimization,thecomprehensiveenergyconsumptionofthewholevehicleis15.
00%lowerthanthatbeforeoptimization.
Keywords:hybridelectricvehicle;powersystemparametermatching;Cruisesimulation;MPSO;parameteroptimization由于能源危机和环境问题的日益严峻,传统燃油物流车已经无法满足人们的各项需求,新能源物流车因此得到极大的发展[1].
物流车作为运输车型,需要有较好的动力性能,还需要较好的续驶里程来提高运输效率.
纯电动物流车由于充电设备普及度较低,续航里程难以满足要求,实现起来有一定的难度.
目前,集传统燃油车和电动车优势于一身的混动物流车是一种合理的解决方案,在动力性不输燃油车的情况下,能满足严格的排放法规,经济性方面也有提升.
笔者以一款传统柴油物流车为原型,根据其性能指标重新设计一款混动物流车,并匹配相应的发动机、电动机、电池和传动系统.
通过在AVLCruise软件中进行仿真计算分析,验证该混动车的可行性与合理性.
通过Isight与Cruise对整车结构参数及控制参数进行优化,得到更优的结果.
1混动车整车参数在原传统物流车基础上进行设计,部分整车参数沿用原车参数,加速时间、最大爬坡度以及最高车速等性能指标以原车指标为目标值.
整车参数如下:汽车整备质量为3400kg;满载质量为4950kg;迎风面积为5.
8m2;轴距为2750mm;轮胎半径为350mm;风阻系数为0.
4;滚动阻力系数为0.
015;整车机械传动效率为0.
9.
动力性性能指标如下:最高车速≥90km·h-1;0-50km·h-1加速时间≤9s;车速为20km·h-1时的满载最大爬坡度≥20%.
2整车动力系统参数匹配2.
1整车功率需求匹配根据整车动力性指标,即最高车速、最大爬坡度以及加速性能,分别计算得到需求功率P1,P2,P3,在此基础上确定需要的总功率[2].
以最高车速计算,由功率平衡方程可得P1=1ηT(mgf3600vmax+CDA76140v3max),(1)式中:ηT为整车机械传动效率;m为汽车总质量;g为重力加速度;f为滚动阻力系数;CD为风阻系数;A为迎风面积;vmax为最高车速.
以最大爬坡度计算,可得P2=1ηT(mgfcosα3600vα+CDAv3α76140+mgsinα3600vα),(2)式中:α为最大爬坡度;vα为爬坡车速.
以加速性能计算,根据加速性能确定的功率为P3=13600ηT(mgfv1.
5+CDA21.
15*2.
5v3+δmvdvdt),(3)式中:v为车辆的实时车速.
计算得P1=45kW,P2=108kW,P3=86kW.
汽车总功率Ptotal≥max(P1,P2,P3).
考虑到汽车风扇空调等用电件的消耗及各部件的能量损失,总功率需预留10%~20%.
最终选定Ptoatal=130kW.
2.
2发动机选型与参数设计为满足动力性指标,汽车在发动机单独驱动时能达到最高车速,选定一款功率为93kW的四缸四冲程汽油机,其参数如下:发动机排量为1.
8L;最大转矩为170N·m,对应转速为4000r·min-1;最大功率为93kW,对应转速为5600r·min-1.
2.
3驱动电动机选型与参数设计由于电动机在汽车起步、加速以及爬坡等情况下需要与发动机共同驱动车辆达到动力性指标,最终选定一款峰值功率为42kW的永磁同步电动机.
电动机的参数如下:额定电压为320V;最大转矩为163N·m;最大转速为7300r·min-1;最大功率为42kW,对应转速为4000r·min-1;额定功率为22kW,对应转速为1200r·min-1.
2.
4动力电池选型及参数设计动力电池的选型和设计也是动力系统匹配的重要一环[3].
按照所选择的电动机的额定电压,选取磷酸铁锂电池,电池的额定电压为320V,最大电压为350V.
结合电动机额定功率Pm,计算得电池额定放电电流为68.
75A.
设计中,电动机的作用是削峰填谷,因此电动机以及电池的持续工作时间及电池容量都要求较低.
假设电池每次工作时按额定放电650第41卷电流连续放电15min.
电池的额定容量为C=It,(4)式中:I为放电电流;t为连续放电时间.
计算后确定的电池额定容量为15.
625A·h.
2.
5传动系统参数设计2.
5.
1主减速器传动比设计主减速器传动比范围[4]为i0≤0.
377nemaxrvmax,i0≥0.
377neprvmax,(5)式中:nemax为发动机最高稳定转速;nep为发动机最大功率点的对应转速;r为车轮滚动半径.
根据式(5)选择主减速器传动比i0=4.
556.
2.
5.
2最大传动比设计最大传动比是变速器1挡的传动比i1,即i1≥mgfcosα+sin()αrTmaxi0ηT,(6)式中:Tmax为汽车输出最大转矩,取333N·m.
为满足汽车最大爬坡度要求,据式(6)计算得i1≥2.
62.
参考传统车和电动车的变速箱挡位设计[5],最终确定变速器挡位为5挡,各挡传动比如下:1挡传动比i1为4.
313;2挡传动比i2为2.
330;3挡传动比i3为1.
436;4挡传动比i4为1.
000;5挡传动比i5为0.
789;倒挡传动比iR为3.
250.
3动力系统控制策略设计3.
1控制策略设计原则对混合动力汽车进行合理的控制策略设计,可以在满足动力性要求的前提下改善整车经济性能.
为了合理利用电动机和发动机,根据不同行驶情况下的负荷需求,划分了不同的工作模式,制定了基于规则的控制策略[6].