1 緒論

1.1 研究背景與意義

從 1886 年第一輛汽車誕生以來，汽車工業(yè)就成為了許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。不僅改善了人們的生活水平，而且使得人們的出行變得越來越方便。然而，從 20 世紀末開始，汽車保有量開始了快速的增長。1950 年，全球只有 5000 萬輛；到 1995 年，全球已經(jīng)擁有 6.5 億輛[1]。進入 21 世紀以來，增長的勢頭依然不減，截止 2014 年底，全球汽車保有量達 12 億輛。據(jù)國家公布數(shù)據(jù)，我國截止 2014 年末汽車保有量也已達到 1.5 億輛。一方面如此多的汽車需要消耗大量的石油資源，預計到 2020 年交通用油將占全球石油總消耗的 62%以上，而石油資源的儲存量是有限的，這勢必會引發(fā)新的能源危機。事實上我國正經(jīng)受著能源安全帶來的巨大壓力，我國石油儲備和開采量非常有限，主要是依賴進口，而我國又是一個能源消耗大國，根據(jù)國際能源機構(gòu)預測，隨著我國汽車保有量的不斷增多，到 2030 年，石油消耗量的 80%將依賴進口，這個壓力正日益增大[2]。另一方面，燃燒消耗大量的石油能源，傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機將會排放出大量有害污染氣體包括 CO、HC、NOX、PM 等，對大氣造成污染，嚴重危及人類健康。面對能源危機與環(huán)境污染雙重壓力，節(jié)能減排勢在必行，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為我國汽車工業(yè)的戰(zhàn)略方向[3]。

1.2 PHEV 發(fā)展概況

目前國內(nèi)外各大汽車廠商均對 PHEV 開展了大量的研究工作，并已經(jīng)開發(fā)出了各自的商品用車。其市場化的前景更值得期待。在 2014 日內(nèi)瓦國際汽車展上，HEV 和 PHEV一躍成為新能源汽車焦點，愈來愈多的汽車公司，把新能源汽車發(fā)展的重點轉(zhuǎn)到 PHEV上。早在 1988 年開始對 HEV 技術展開研究，美國總統(tǒng)布什在 2006 年提出大力發(fā)展PHEV，并獲得政府支持。2007 年，有加州大學戴維斯分校開發(fā)出了能夠?qū)崿F(xiàn)低速和短距離范圍內(nèi)純電動行駛，高速和長距離時混合模式行駛的 PHEV。目前，，美國汽車生產(chǎn)廠商均有各自開發(fā)出的 PHEV。

...............

2 PHEV 動力系統(tǒng)設計

2.1 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類

PHEV 動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機、驅(qū)動電機、動力電池、控制模塊等。PHEV 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類主要有兩種分類方法，一種是根據(jù)動力系統(tǒng)部件的連接方式分類，另一種是根據(jù)混合度進行分類。本文主要對第一種分類方式分析研究，來確定汽車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。串聯(lián)式 PHEV 動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由發(fā)動機、發(fā)電機、驅(qū)動電機和動力電池組成，如圖 2.1 所示。工作過程中，發(fā)動機直接驅(qū)動驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機產(chǎn)生的電能通過逆變器使驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)驅(qū)動汽車行駛，多余的電能還可對動力電池進行充電，將電能存儲起來。動力電池的電能也能單獨為驅(qū)動電機供電來驅(qū)動汽車行駛。當驅(qū)動電機需求電能較多時，發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電與動力電池一起為驅(qū)動電機供電。

...............

2.2 動力系統(tǒng)關鍵部件參數(shù)匹配與選型

動力系統(tǒng)關鍵部件的參數(shù)匹配首先根據(jù)汽車的動力性要求即整車最高車速、整車加速性能、整車爬坡性能確定發(fā)動機和驅(qū)動電機總功率的范圍。然后根據(jù)其它要求分別確定發(fā)動機和驅(qū)動電機的功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍等。如通過整車常用勻速行駛車速來確定發(fā)動機功率范圍，純電動行駛車速及發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍來確定驅(qū)動電機功率及轉(zhuǎn)速范圍。動力電池的相關參數(shù)的確定主要是要與驅(qū)動電機匹配約束。另外，在確定 PHEV 動力系統(tǒng)參數(shù)時，還要考慮企業(yè)的資源；充分考慮驅(qū)動電機、動力電池等部件的體積與質(zhì)量，是否能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機、驅(qū)動電機和動力電池的合理匹配。

...............

3 PHEV 控制策略研究...............19

3.1 PHEV 控制策略制定原則............... 19

3.2 PHEV 主要工作模式劃分...............19

4 PHEV 建模與仿真分析...............29

4.1 Cruise 軟件介紹............... 29

4.2 整車模型建立...............30

5 PHEV 動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化............... 46

5.1 DOE 試驗設計方法...............46

5.2 優(yōu)化目標...............47

5 PHEV 動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

5.1 DOE 試驗設計方法

從上個世紀 20 年代費雪(Ronald Fisher)在農(nóng)業(yè)試驗中首次提出 DOE（Design ofExperiment）試驗設計的概念，到六西格瑪管理在世界范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展，DOE 試驗設計已經(jīng)歷了 80 多年的發(fā)展歷程，在學術界和企業(yè)界均獲得了崇高的聲譽。DOE 試驗設計是研究正確的設計試驗計劃和分析試驗數(shù)據(jù)的方法，通過對試驗的合理安排，以較小的試驗次數(shù)、較短的試驗周期和較低的試驗成本，獲得理想的結(jié)果得出科學的結(jié)論[46]。DOE 試驗設計的一般步驟有：（1）確定目標在設計和分析一個試驗時，首先需要明確試驗目標，這對問題的理解和解決有重大的幫助。同時，還必須定義試驗的指標和接受的規(guī)格，這樣試驗才有方向和檢驗試驗成功的度量指標。

...............

5.2 優(yōu)化目標

本文傳動系的初步設計符合了整車的設計要求，為了使整車具有更加優(yōu)秀燃油經(jīng)濟性，對傳動系速比進行了進一步的優(yōu)化，尋求更加理想的傳動系速比。汽車動力性和燃油經(jīng)濟性在一定條件下是相互矛盾的,現(xiàn)有的汽車傳動系參數(shù)優(yōu)化方法還不可能使兩者都達到最優(yōu)[47,48]。設若動力性好，車輛的后備功率要大，發(fā)動機負荷率降低，燃油經(jīng)濟性勢必變差。解決方案只能是根據(jù)具體車型的用途來確定汽車更加強調(diào)的是動力性還是經(jīng)濟性。如對于城市公交車、家庭用轎車以提高經(jīng)濟性為首要目標，而對于越野車、賽車、豪華轎車則對動力性要求更高，只能犧牲部分經(jīng)濟性來提高動力性。