1、本科毕业设计（论文）题目混合动力传动系统的设计姓名专业车辆工程学号指导教师二。二二年五月摘要IABSTRACTI第1章绪论11.1 研究背景与意义11.2 国内外研究现状11.3 混合动力汽车的结构特点31.3.1 串联式混合动力电动汽车31.3.2 并联式混合动力电动汽车31.3.3 混联式混合动力电动汽车41.4 研究的主要内容51.5 本章小结5第2章并联式混合动力电动汽车传动系统优化设计62.1 并联混合动力汽车分动箱设计62.2 扭矩耦合式62.3 单轴式扭矩耦合传动62.4 双轴式扭矩耦合传动72.4.1 牵引力耦合式82.4.2 转速耦合式82.5 传动方案设计102.6 本章小
2、结11第3章并联式混合动力电动汽车动力参数匹配123.1 总成部件参数匹配123.1.1 发动机参数设计123.1.2 电动机参数设计153.1.3 蓄电池参数设计173.1.4 传动系统传动比参数设计173.1.5 分动箱参数设计183.2 参数匹配结果综述203.3 本章小结20第4章并联混合动力电动汽车仿真224.1 仿真软件advisor介绍224.2 仿真过程234.2.1 整车参数设置234.2.2 循环工况设置244.2.3 加速度和坡度设置254.3 仿真结果264.4 本章小结27第5章全文总结285.1 主要完成工作285.2 研究展望28参考文献30致谢32摘要随着全球石
3、油资源的开采利用，环境污染问题也越发严重。汽车作为人们日常生活不可或缺的代步工具，己经越来越多的被广泛应用，随之而来的排放问题也受到人们的高度重视。传统汽车的排放性能优化已经接近瓶颈，而新能源混动车型的出现比较好的解决了环保排放问题与性能问题无法兼得的问题。本文对并联混动车型的传动系统进行设计研究，对混动汽车的核心动力参数进行匹配，结合美国的城市循环工况图，利用软件对整车的排放性与经济型进行验证，以期达到设计要求。本文对混动新能源车型的发展现状进行了介绍分析，对国内外发展的优缺点予以详细解析，对我国发展新能源有很好的借鉴意义。介绍了不同类型的混动车型的特点，并结合各自的优缺点预选了驱动的动力方
4、案。然后选取2015款捷达车型结合现有原始数据，对核心动力总成进行参数的匹配。然后在MATLAB环境下基于ADVISOR软件，对驱动系统进行仿真模拟。结合美国的城市循环工况对车辆的油耗燃油经济性进行验证，结果表明实现了节能减排的目的，证实了方案设计的可行性。关键词：混合动力；advisor；仿真；MATLABABSTRACTAtpresent,withtheadvancementoftechnology,theresearchonhybridvehiclesisgraduallydeepened,mainlybecauseithasgoodemissions,andthefuelconsump
5、tionisgreatlyreduced,andthemileagecanalsobewellguaranteed.Thetransmissionsystemisthecorepartoftheautomobile.Afteranalysis,itisfoundthatthetransmissionsystemparametershaveanimportantimpactontheperformanceofthevehicle.Therefore,thispaperoptimizesthecalculationofthetransmissionsystemparameters.Theoptim
6、izationofhybridvehicletransmissionsystemparametersbelongstothecategoryofmulti-objectiveoptimization.Onthisbasis,objectivefunctionsandconstraintsareestablished.Theobjectivefunctionisselectedasemissionandeconomy,andthecorrespondingmodelisestablishedwiththeconstraintsofgrade,maximumvehiclespeedandtrans
7、missionspeedratioasconstraints.Inthispaper,thegeneticalgorithmisselectedastheoptimizationalgorithm,butthetraditionalgeneticalgorithmiseasytofallintothelocaloptimalsolution,andsometimestheglobaloptimalsolutioncannotbeobtained,sotheimprovedgeneticalgorithmisusedforoptimizationcalculation.Foracertainty
8、peofparallelhybridvehicleinthisarticle,accordingtothevehicleparameters,theMfileofthecorrespondingcomponentismodifiedintheadvisorsoftwaretoestablishasimulationmodel.InMATLAB,bycallingtheadv_no_guifunctionintheadvisorsoftware,combinedwithgeneticalgorithmtoachievejointoptimizationsimulationcalculation,
9、andfinallygetamoreidealsetofoptimalsolutions.Theresultsofoptimizationaresubstitutedintotheestablishedmodelforsimulation,andcomparedwiththeresultsbeforeoptimization,whichprovesthecorrectnessofoptimization.Keywords:geneticalgorithm,advisor,simulation,MATLABII混合动力传动系统设计第1章绪论1.1 研究背景与意义随着全球石油资源的开采利用，随之而
10、来的环境问题也愈发严重。而作为人类最常用的出行代步工具汽车，随着数量的持续增加，其污染问题也受到世界各国的重视。为了缓解环境污染与汽车的排放问题，世界各国陆续出台了相关政策。比如法国已经确定从2040年开始全面停止出售汽油车和柴油车，英国将从2040年起全面禁售汽油车和柴油车，荷兰要求从2025年开始禁止在本国售卖传统汽车，还有挪威德国也已经确定了本国对传统燃油汽车的禁售令，除了上述几个确定的国家外，美国、印度、比利时、瑞士、瑞典等国则是正在计划传统燃油汽车禁售令的发布。可以说随着环境污染问题的日益严重，传统燃油车的时代将会被取代，而取而代之的则是新能源车。但是新能源车按照动力源又分为纯电动、
11、与混动。纯电动汽车由于电池技术上的问题,长距离里程续航问题尚无法解决，尤其是充电速度慢，使用局限性短时间解决不了，这种情况下，兼具排放低回血快的混动类车型就完美承担了过度角色，不仅排放控制出色，而且能有着不错的动力输出，可以预见是未来新能源汽车市场上的宠儿。而本题针对的就是混动车型中轻混的混合动力传动系统的优化设计，旨在为探索国内新能源车的发展做出有实际意义的参考，为国内环境污染的缓解贡献一份力。1.2 国内外研究现状国外对新能源汽车的发展给予了很大的政策鼓励，这使得相对的技术路线创新也有了很大进步，再加上对新能源车型从很早就重视起来，使得国外的新能源技术发展迅速。而一项技术的发展离不开政策的
12、鼓励，比如日本对新能源车型的政策就相对完善，且比较重视对氢能源等清洁能源的开发利用。战略上从型一代汽车战略2010到提出2030年混合动力新能源车型占比30%-40%电动与插电强混合动力汽车占比20%-30%燃料清洁能源车型占比3%、柴油清洁新能源车型占比的目标，使得日本的新能源车型有了较好的良性发展，再加上日本国内自然资源相对匮乏，早在2013年日本的新能源车型的销量就早早的达到了2020年的目标。和日本相同的还有美国、德国、英国、韩国等。这些国家都根据自家的情况制定了适宜本国的政策，但从宏观角度上看，也能发现一些共同的特点。第一点就是都是用律法来引导产业健康混合动力传动系统设计发展。比如美
13、国加州ZEV法案规定，对于没有达到规定销售比例的企业按照每积分5000美元进行处罚，从而推动产业清洁化转型。我国在“八五”和“九五”期间有计划的展开了电动汽车相关技术的开发与研究，在此基础上展开了混合动力汽车的研究于开发。而在混动汽车领域最早做出贡献的就是清华大学，从1995年到现在已经有几个单位试制出了混动汽车的样车；如广州市电车公司；华南理工大学与广东汽车厂等。最近相关的走在前沿的技术有比亚迪DM-i超级混动技术，于2021年1月11日公布展示，并同期发售了秦-PIus-DMI、宋Plus-DMI和唐-DMI三款新车。这场比亚迪的发布会则是预示着中国汽车工业的崛起和领跑，而且也体现了中国对
14、于节能减排的重视和贡献。除了比亚迪，奇瑞的鲸鹏于2021年4月在上海国际车展上的DHT,能实现单双电机驱动、并联、增程、发动机直驱、单双电机能量回收、行车驻车等9种高能效工况，也表现出我国混动汽车的技术突破。而相对轿车来说，混动客车也是新能源混动领域的大头，我国由一汽研发，具有世界先进水平的解放客车CA6110HEV样车已经通过了“863”电动汽车重大专项专家组的项目验收。东风自主研发的混动公交客车EQ6110HEV已经在2003年11月投入运行,是我国第一代混合动力商品车。总体来说，我们要借鉴国外的混动汽车发展经验，用政策去鼓励厂商多去尝试，建立自己的技术核心优势，把新能源汽车混动模型的优化
15、设计经验掌握在自己手中，在战略上高度重视新能源汽车，在战术上用政策红利引导。虽然已经取得初步的成功，但也不能忽视当前研究中任然存在的问题，第一个问题是传统混动汽车的核心目的都是节能减排，减小油耗，由于对动力参数匹配的适宜性相对不那么重视，使得混动车型的动力普遍较弱，驾驶感受略差，缺少驾驶乐趣。第二个则是对于插电混合PHEV来说，在纯电驱动下的油耗值与厂商给定的值不符，尤其在电池电量不足的时候会尤为明显，使得PHEV的节能效果大大降低。第三个问题则是插电混合的充电速度，插电混合普遍不支持快充，旦就算支持快充但快充电桩的建设也还是寥寥无几，且不说支持快充的差点混合本就少。第四个问题则是目前市面上插
16、电混合的汽车售价普遍要高于同档次的燃油车，怎样降低混动车型的成本也是提高混动车型销售量的重中之重。总之，为了适应时代的需求，国产混动已经实现了从无到有再到行业前沿的突破，虽然目前还有许多问题尚待解决，但相信国产混动会在接下来的路程中越走越好。1.3 混合动力汽车的结构特点1.1.1 串联式混合动力电动汽车串联式混合动力汽车(SHEV)的发动机与电动机之间没有多余的机械连接，会使传动效率相对较高的得以保留。其结构如图1-1所示。图1-1串联式混合动力汽车结构串联式混合动力汽车的驱动方式是由发动机带动电动机产生的电能以及蓄电池的电能供给电动机与发动机一起工作，整体可以用电力控制，所以其控制策略的编
17、写相对容易些。1.1.2 并联式混合动力电动汽车并联式混合动力电动汽车(PHEV)发动机与变速箱保留了机械连接，相对于串联混动，并联混动系统的利用率相对较高。这也使使用并联混动系统的车型有相对高的燃油经济性，且发动机与变速器之间是机械连接，会使发动机的运行工况受到车辆行驶工况的影响，所以当汽车行驶工况较为复杂时，发动机的运行工况变化幅度也会变大，反而使得排放性能相较于串联混动较差。图1一2单轴并联式混合动力汽车的结构混联结构相对复杂，不仅对转矩有严格的控制要求，而且对速度的调控要求也很高，再加上对传动系统也有精密的要求，对制造技术有很高的要求，所以班采用并联结构或者串联结构，只有当这两者都不能
18、满足设计需求时，才会考虑混联结构。电气连接图1-3双轴并联式混合动力汽车结构示意图图1-3为双轴并联式混合结构，并联混动的动力总成可以由发动机与电动机叠加起来，以此满足车辆行驶的最低功率要求，所以系统可以采用功率相对较小的发动机与电动机，使得整体的动力总成的体积减小，质量减轻。1.1.3 混联式混合动力电动汽车混联式混合动力汽车（PSHEV）严格意义上可以说是结合了串连与并联结构的优点的形式，一般采用行星齿轮混动连接方式。国外对于混联的研究有一定的专利垄断，再加上混联结构要求高，布置难度大，且优点感知不强，成本高，故本文暂不考虑混联的形式。电气连接图1-4混联式混合动力汽车结构示意图结合以上对
19、混联结构形式的不同种类的介绍分析，最终选取双轴并联的形式作为研究对象。1.4 研究的主要内容本课题主要通过分析混动车型在国内外的发展现状，解析了混动车型的分类状况以及各自的特点，然后制定选择出本文所要研究的混动车型的类型的设计方案，明确具体的布置方案，并且针对并联结构特点利用软件加以验证对应的问题。以具体的某车型为例，分析设计其并联方案，并对其中所涉及的零件参数进行介绍。择取相对应的控制策略，且对其主要部件进行参数的相关匹配，利用软件进行匹配后的结果验证,以明晰匹配后的参数是否能在维持汽车动力性表现的状态下，还能有着相对较好的燃油消耗率表现。1.5 本章小结本章阐述了混动车型研究的背景意义，并
20、对混动车型传动系统的不同结构类型进行了讲解，明确了优缺点，确定了本文要进行的工作。32第2章并联式混合动力电动汽车传动系统设计2.1 并联混合动力汽车分动箱设计分动箱可以将发动机和电动机的输出动力承接到输出轴，即所谓的动力耦合装置,是混动车型比较重要的部分。分动箱可以分为三类，分别是扭矩耦合式、牵引力耦合以及转速耦合三种。他们三种的各自特点如下：2.2 扭矩耦合式扭矩耦合式装置原理如图2.10TV1 in-vinzs/1TV扭矩耦合装置TV“m2，历2图2.1扭矩耦合装置示意图V(ul=V加+%22,Tout=Tim(2-1)式中：T、V为扭矩和速率；山、OMf为输入和输出；右为装置中输入1和
21、输入2的传动比。从原理图可以看出，发动机和电动机的驱动力经过扭矩耦合装置进行耦合，然后将耦合后的驱动力输送到驱动轴。根据驱动轴的数目的不同，又分为单轴式和双轴式扭矩耦合传动。2.3 单轴式扭矩耦合传动这种动力耦合传动的特点是电动机的转子和发动机的输出端通过离合器相连接，从而实现电动机扭矩和发动机扭矩的耦合，然后经过动力传动机构进行驱动力输出，结构原理图如图2.2。电池组电机_控制器|传动机构|q图2.2单轴扭矩耦合传动示意图结构之间的关系满足下式，Ts=(K-Te+TnJ-r)TNm=Ne=Ns-K(2.2)其中：Te、Tm、Z分别为发动机、电动机和传动机构输出扭矩；Ne、N,”、M分别为发动
22、机、电动机和传动机构的转速；%、K为传动效率和传动比。此结构中，发动机、电动机和传动机构的转速成一定的比例，路况和车速的改变会影响着他们的关系。2.4 双轴扭矩耦合传动与单轴式相比较，双轴式扭矩耦合装置，发动机和电动机可以通过独立的传动机构，将驱动力传送到耦合装置进行驱动力耦合。结构简图如图2.3。2.4.1 牵引力耦合式这种动力传动有一个明显的特点，就是发动机和电动机的驱动力通过各自的传动轴分别输送到车辆的前轮和后轮，发动机和电动机二者没有机械连接。采用这种耦合装置的混动汽车，燃油经济性和动力性都有比较大的提高，但是这布置结构也有很明显的缺点，两套驱动系统分离，所以导致整车结构不紧凑，给动力
23、传动的布置带来了困难。所以，这种动力传动在混合动力电动汽车上很少应用。结构简图如图2.4。图2.4牵引力耦合动力传动结构示意图2.4.2 转速耦合式工作原理如下图2.5转速耦合装置图2.5转速耦合装置原理图Vom/=Vinl/iiVinJiifTout=iTil+iTi：i(2.3)其中，八V为扭矩和速率；出、为输入和输出；ilz2为装置中输入1和输入2的传动比。这种传动机构拥有两套独立的机械变速器，发动机和电动机分别和各自的变速机构相连接，然后跟行星齿轮进行耦合。发动机经变速器、离合器和传动装置与太阳轮相连，驱动力经行星轮传递到驱动桥。电动机与行星架相连接，动力分配装置将发动机的驱动力分配给
24、驱动桥和电动机，在设定好的控制系统前提下，根据路况和功率需求，让电动机给驱动轮提供驱动力或者给蓄电池充电。其中典型的一种结构示意图如图2.60锁止器2图2.6转速耦合式动力传动机构简图稳定运转时，太阳轮、行星架、齿圈之间的关系为：Nj=一Ns+.Nr1+ig1+igTj=(l+ig),7：v=-.Tr,ig=(2.4)igZs其中，Nj、Ns、Nr分别为行星架、太阳轮、行星轮的转速，r/min；6、T、。分别为行星架、太阳轮、行星轮的扭矩，N.m；ig为齿圈和太阳轮的传动比，Zr、Zs为齿圈、太阳轮的齿数，个。汽车不同工作模式下工作是通过对锁止器1和锁止器2的控制来实现的。(1)混合动力输出：
25、锁止器1和锁止器2打开，太阳轮和行星轮处于自由状态，发动机和电动机都可以进行动力输出。此时，Nj=一N+、N，1+ig1+ig1+i。Tj=-(1+iQTs=Tr。ig(2)电动机单独输出：锁止器1关闭，锁止器2打开，此时，太阳轮被锁死，行星轮处于自由状态，由电动机提供全部的驱动力。此时，Nj=*N,Tj=一坐-Tra1+lgIg(3)发动机单独输出：锁止器1打开，锁止器2关闭，此时，行星轮被锁死，太阳轮处于自由状态，发动机单独驱动车辆行驶。此时，N尸工N,1+igTj=-(1+il-TSo(4)发动机为蓄电池充电：锁止器1和锁止器2打开，太阳轮和行星轮处于自由状态，电动机处于发电状态，此时，
26、发动机的驱动力一部分用来给蓄电池充电，另一部分用来驱动车辆行驶。(5)再生制动：锁止器1关闭，锁止器2打开，松开离合器，驱动轮提供反向驱动力矩使发电机旋转，此时，发电机处于发电状态，从而给蓄电池充电【。2.5 传动方案设计行星轮式转速耦合器可以使混合动力汽车的两个动力源独立输出动力，改变发动机或者电动机的转速，就可以改变车速，让发动机工作在燃油最优化区域，从而提高整车的燃油经济性。综合以上的分析，本论文对并联混合动力汽车的传动系统方案的设计为，选用选用并联双轴式和转矩耦合器的传动方案。如下图。机械连接 电气连接图2.7驱动方案简图2.6 本章小结本章以设计动力传动系统为出发点，介绍了不同的动力
27、耦合装置，并且简单分析了各种耦合装置的特点。耦合装置分为转速耦合式，扭矩耦合式，牵引力耦合式，其中，转矩耦合式方案结构简单，相对容易控制，所以本文的耦合装置为转矩耦合式。在整车布置方面，采用双轴式布置形式，电动机和发动机分别通过个自的传动轴将驱动力输出到耦合装置，然后再到驱动桥。这样可以方便安排电动机的位置，方便了整车的布置。第3章并联式混合动力电动汽车动力参数匹配混合动力汽车的核心部件的匹配对整车性能起着关键的作用，降低燃油经济性、提高动力性能以减少尾气排放等等。核心部件的参数主要包括发动机功率、电动机功率和蓄电池容量等等。根据整车的性能参数和各项指标，运用汽车理论知识计算相应的部件参数，然
28、后对整车进行工况分析。利用仿真软件，对选定的工况进行分析，得到理论上的理想工况，对各项参数进行比较，实现最优的匹配设计。3.1 总成部件参数匹配结合原始数据，对比2015款捷达轿车的动力性参数，以捷达轿车为参考进行参数的匹配计算，使混合动力汽车满足以下要求：表3.1混动汽车设计要求设计要求项目限定条件动力性直线行驶最高车速180km/h百公里的加速时间=Vlrn7其中：X为拟合系数，取0.5；V为t时刻的车速；Vm为t时刻的瞬时车速；tm为加速时间。在t时刻汽车的加速度为：力-dt一号(3.3)(3.2)max 2va t8mdv _ 吟、-(+ ma 就 + j-红) 3600% dt a
29、r 21.15(3.4)在加速期间，汽车的功率一直在增大，因此在t时刻的发动机功率是最大的。所求功率的表达式如下：式中：Pm,*2为发动机最大功率kW；%传动效率，对于采用单级主减速器的4*2汽车取90%；6-旋转质量换算系数，1.05；九-汽车半载时的质量，1600kg；g-重力加速度,取9.8m/s2；力-滚动阻力系数，取0.0144；4-空气阻力系数,取0.3；A-汽车迎风面积1.9m2；七 dv , 又有：t = 12.6 =dt%-加速时间12.6s时的速度100km/ho牛=号.，将t=12.6,x=0.5代入其中得:dv = % dt Tc 1000.5 x3.612.6将以上数
30、据带入式3.4,可得：ax2=72.43kWo(3)发动机满足并联混合动力汽车的最大爬坡度的发动机功率，计算公式如下:2皿3=moSf,cos(tan1幺叼+mgsin(tan%皿)+*360077100010021.15式中：2aX3-发动机最大功率；喧-汽车爬坡时稳定的速度，取为30km/h；%-传动效率，对于采用单级主减速器的4*2汽车取90%；7%-汽车满载质量，1850kg；g-重力加速度，取9.8m/s2；力-滚动阻力系数，取0.0144；%侬-汽车爬坡度，取30%；C空气阻力系数，取0.3；A-汽车迎风面积1.9m1代入数据可以求得：4ax3=35.50kW综上所述，发动机功率应
31、该满足三种条件，即发动机功率须满足以下表达式，&axNmax(4axi,1皿2,4aX3)，所以，治、N修=72.43kW。另外通常情况下，并联混合动力电动汽车整车有排气、冷却等功率损失，一般消耗的功率为10%20%左右，因此有如下：PmM=(l.l1.2)ax2,Pmax=79.67-86.92kW。综上所述，发动机最大功率选择80kW。发动机的基本参数如下表。最高转速8000rpm额定功率53kW最大扭矩/转速135Nm/3800rpm表3.2发动机参数表3.1.2电动机参数设计电动机的主要参数包括电动机的峰值功率、额定功率、最高转速以及额定转速。电动机的外特性的特点是在额定转速以下时，转
32、矩恒定，在额定转速以上时，功率恒定。（1）电动机满足并联混合动力汽车的最高车速的电动机功率，计算公式如下:(3.6)Rax1=（IE匕，max+Vmax）r/T360076140式中：P,为电动机的最大功率（kW）；%传动效率，对于采用单级主减速器的4*2汽车取90%；g重力加速度,取9.8m/s2；fr是滚动阻力系数，取0.0144；Cd为空气阻力系数，取0.3；A为汽车迎风面积1.9m2；叫为汽车半载时的质量，取1600kg；代入最高车速Vmax=180km/h,求得功率Pmaxl=61.05kW。（2）电动机满足并联混合动力汽车的最大爬坡度的电动机功率，计算公式如下:111ax3=/也就
33、cos（tan-i鬻）+mogsinCtan-1需）+&*（3.7）3600%10010021.15式中：1KlX3-发动机最大功率；可2-汽车爬坡时稳定的速度，取为30km/h；%-传动效率，对于采用单级主减速器的4*2汽车取90%；区,-汽车满载质量，1850kg；g-重力加速度，取9.8m/s2；力-滚动阻力系数，取0.0144；amax-汽车爬坡度，取为30%；C空气阻力系数，取0.3；4-汽车迎风面积1.9m2。将以上数据代入公式可得：PmMi=35.50kWoD_max从以上分析中，满足的最大功率为61kW,电机额定功率与峰值功率的关系：/一丁九为过载系数，九=1.5,则：P声41
34、kW。（2）电动机最高转速的确定。计算公式为：皿?烂吧。max0377r式中：r：车轮滚动半径；Z；：变速器传动比；i0：主减速器传动比；vmax：汽车最高车速，取180km/ho以捷达轿车发动机为参考，查阅资料，主减速器传动比为3.94,选取变速器传动比为1.3,车轮滚动半径为300mm,最高车速180km/h,代入可求得电动机最高转速为8736r/min,由于最大车速对应电动机转速的95%左右，则选电动机最大转速为9000r/mino（4）电动机额定转矩。计算公式如下：(3.8)(3.9)/LT_9549匕/“一其中：7；为额定转矩；为额定转速。代入数据，得出额定转速6000r/min,额
35、定转矩86.4N-m,TmMTrl-A,最大转矩为130.5N-mo电动机具体数据如下：电机类型永磁同步电动机峰值功率61.05kW电机电压300V峰值转矩130.5N-m额定功率41kW最高转速9000r/min表3.4电动机参数表3.1.3 蓄电池参数设计电池的额定能量可以用下式求得:v3600-7,G4 021.15 J(3. 10)(3. 11)/=-(3.12)V假设在纯电动模式下，平均速度50km/h,行驶120km,所需时间为2.4h,根据式3.11,在设定车速下，所需要的电动机功率为4.3kW,在根据式3.10得出电池额定能量为14.7kWh。由于存在损失，所以，最终确定的电池
36、额定能量为15kWh。式中：W电池额定总能量，kWh；P,以速度v行驶时电机功率，kW；t以速度v行驶距离S的时间，h；S一一行驶距离，km。电池的额定容量。满足以下公式：Q=%(3.13)%式中：Q电池额定容量，Ah；UB电池电压，V,取300V；求得Q=50Ah。则电池的具体参数表如下电池类型银氢电池额定容量50Ah额定电压300V额定能量15kWh表3.5电池参数表3.1.4 传动系统传动比参数设计并联混合动力汽车动力传动系统方案设计的传动比包括主减速器传动比的确定和变速器档位的确定。汽车的最大爬坡度决定了其最大传动比，汽车的最快行驶速度决定了最小传动比。在汽车正常行驶过程中，要使得发电
37、机工作在最高效的状态。查阅相关资料，设定主减速器的传动比为3.941。1.最高档位的传动比设计根据汽车理论得：.0.377,A,72maxlg=;(Vmax*io式中：Vma*，最高车速km/h；r轮胎半径取0.3m；nmax发动机最高转速rpm；io主减速器比3.941o据以上得知发动机的最高转速为5700rpm,最高车速为180km/h,因此变速箱高档传动比为：0.91。2.一档档位传动比设计据汽车理论得知：3.G(/cos-sin,.)厂式中：号变速箱的一档传动比；G-汽车的重量(13500N)；户汽车和路面的滚动摩擦系数(0.0144)；汽车所要达到的最大爬坡度，取0.3%；r-轮胎半
38、径(0.3m)；几-发动机的最大扭矩(160N-m)；主减速比(3.941)；打-从发动机到车轮的传动效率，取90%。通过3.15计算得知一档传动比为3.455o其他档位传动比在3.455和0.91之间匹配，这里不详细计算。综上，最高档传动比为0.91,一档传动比为3.455。3.1.5分动箱参数设计扭矩耦合式在设计上简单，在发动机的输出轴连接离合器，用于中断动力，电动机的介入通过设定好的指令来控制，这样就可以分别控制两个动力源的介入时机，从而实现三种驱动模式。所以，选定扭矩耦合式的耦合装置。结构简图如图3.1。A代表离合器，B代表发动机，C代表电动机。1 3.1扭矩耦合式分动箱简图2 .驱动
39、模式分析(1)发动机单独驱动。离合器结合，电动机驱动系统断开连接，此时只有发动机输出动力。(2)电动机单独驱动。离合器松开，控制系统使得电动机工作从而输出动力，实现纯电动行驶。(3)混合驱动。离合器结合，电动机驱动力介入，实现混动驱动模式。止匕外，在发动机单独驱动模式下，当发动机的功率大于整车所需要的功率时，通过齿轮传动带动电动机反转，从而实现为蓄电池充电。3 .齿轮传动比分析首先分析发动机传动齿轮和和输出轴齿轮的传动比。如果没有电动机，这是一辆传统的燃油汽车，那么发动机转速经过变速箱和传动轴直接到达驱动桥的减速器，也就是在变速箱和减速器之间轴的转速不变，所以这里设计传动比为1:1。其次，电动
40、机介入动力的时机是原地静止起步，爬坡以及加速超车，这些情况下需要较大的扭矩,但是由于电动机最高功率的转速区间都比较高，所以需要降低电动机的输出转速，不妨设定电动机输出轴齿轮和输出轴齿轮的齿数比为1:2,这样就能起到减速增扭的作用。4 .轴承的选定分动箱水平放置，用于固定传动轴的轴承主要承受径向载荷，查阅机械设计课本,选用深沟球轴承。5 .齿轮参数的设计直齿轮相对于斜齿轮制造简单成本低而且应用广泛，所以选用直齿轮传动。查阅机械设计课本，选用齿轮的模数4,发动机输出轴齿轮和电动机输出轴齿轮的齿数分别为40和20,输出轴齿轮的齿数为40,压力角20,齿宽30mm。所以两个大齿轮的中心距为160mm,
41、另一个中心距为120mm。3.2 参数匹配结果综述通过上述对汽车各参数的设计以及匹配，将混合动力汽车的整体参数设计为如下。技术项目数值技术项目数值整备质量1350kg最大转矩转速3800rpm排量1398ml轮胎规格175/70R14长*宽*高4487*1700*1470(mm3变速箱五档手动发动机最大功率65kW轮胎滚动半径300mm发动机最大功率转速5500rpm滚动阻力系数0.0144最高车速180km/h空气阻力系数0.3表3.6混动汽车基本参数表迎风面积1.9m2电动机峰值功率/峰值扭矩61.05kW/130.5N-m电动机最高转速9000rpm电动机电压300V额定电压300V额定
42、能量15kWh电池额定容量50Ah电池类型银氢电池分动箱齿轮类型直齿轮齿轮模数4压力角20齿宽30mm轴承类型深沟球轴承续表3.6混动汽车基本参数表3.3 本章小结本章主要对并联混合动力汽车的主要核心部件进行了参数匹配，结合设计要求中的参数，参考上市的某款车型，利用汽车理论的相关知识，对发动机、电动机、蓄电池和减速器等等参数进行了计算。参数匹配是整车仿真重要的一环，核心部件性能参数匹配是否合理，决定着整车的性能。第四章并联混和动力电动汽车仿真4.1 仿真软件advisor介绍ADVISOR的全称为AdvancedVehicleSimulator,意思是高级车辆仿真器。它基于MATLAB和sim
43、ulink软件环境，由美国再生能源实验室开发。此软件可以对传统汽车、混合动力汽车以及纯电动汽车作出快速的分析，包括燃油经济性、动力性和尾气排放等等车辆主要性能指标。另外，该软件允许对用户自定义的汽车模型和仿真策略做仿真分析。ADVISOR的基本功能有以下几点：对车辆总成信息进行匹配，使汽车整体性能得到优化；研究车辆动力传动系统能量转化的途径；对总成参数进行匹配，得到对不同驾驶循环工况进行排放和燃油经济性的检测；通过仿真可以对核心部件以及传动系统进行优化，提高汽车的燃油经济性和动力性初。在ADIRSOR中的主要界面有汽车参数界面和仿真设置界面，分别如图4.1和4.2所示。以下简单介绍汽车参数界面
44、。左上角是vehicleinput区域，表示的整车的主要部件的布置，在每个的区域，双击都会有响应，然后选择对应部件的类型，如选择不同的发动机、电动机等等。界面的左下角部分是曲线图，将燃料转换机（发动机，电动机，蓄电池）等部件的性能特点展示在坐标图上，比如转矩、转速、燃油消耗，这样就可以比较直观的看出它们的性能特点。右侧蓝色区域上方，点击“LoadFile”按钮，可以选择不同动力传动系统类型的汽车，纯电动，传统汽车，混合动力汽车等等，选择paralleldefaultin,代表并联混合动力汽车，作为我们的仿真模型。drivertrainconfig”代表驱动链结构，选择parallel,代表驱动模式为并联混合。再往下是整车部件的选型和参数设置。依次选择汽油机，蓄电池，电动机，后面可以改变它们的参数，功率，质量等等。依据前文的匹配结果，选择最大功率为65kW的汽油发动机，最大功率为61kW的电动机，蓄电池为银氢电池。点击continue按钮，进入仿真界面。也.ADVISOREdit Unit* Help Vehicle InputComponentPlot Selectionfuef.convwtec . t_niciency80604020左。1)RI Edit Un H(pkey onspeed elevation AccatorMMn Ts
