混合动力传动系统的设计毕业设计说明书.docx
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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
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