混合動力汽車動力系統匹配研究

楊彩虹 海有科 穆華輝 馬寧

摘要：首先對混合動力汽車三種動力傳輸方式的結構與特點進行分析，然后對動力系統中關鍵部件發動機與電動機選擇進行優選，最后通過ADAMS虛擬仿真軟件對某混合動力汽車發動機與電動機進行動力學仿真分析。另外，在驗證匹配設計的可行性、合理性的同時，提出了一套科學合理的方法。

關鍵詞：混合動力汽車；前懸架；虛擬仿真；動力系統匹配

中圖分類號：U463? 收稿日期：2023-03-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.005

1 混合動力汽車結構與特點

混合動力汽車通過發動機與電動機相互配合給汽車提供動力。經過多年的發展，動力混合系統已經成為從最開始的離散結構發展為高集成化的系統［1］。該系統按照動力傳輸方式可以分為串聯式、并聯式、混聯式三種[2]，其結構如圖1所示，其特點如表1所示。

2 混合動力汽車基本參數

混合動力汽車的性能取決于動力系統參數設計與匹配，主要包括發動機、電動機、電池[3]。通常電池的選型較為固定且簡單，而對發動機、電動機進行參數選擇較為復雜多樣。

2.1 發動機參數選擇

首先混合動力汽車的動力輸出如果是長距離行駛過程，必須保證燃油發動機單獨工作時提供汽車前進的所需動力，以及汽車功率的平衡，如圖2所示。

式中，[ηr]為傳動效率；[ma]為汽車質量；g為重力加速度；[fr]為滾動阻力系數；[CD]為風阻系數；A為汽車迎風面積。

2.2 電動機參數選擇

混合動力汽車在純電動模式下必須保證電動機可靠、有效的工作，以及在動力轉化過程中的高可控性、高容錯能力。對此考慮其功率和扭矩兩個主要參數的配合，要求電動機在轉速低于額定轉速時，電動以恒扭矩進行動力輸出；電動機在轉速高于額定轉速時，電動以恒功率進行動力輸出。驅動電機的動力特性如圖3所示，驅動電機的轉速特性如圖4所示。

3 某混合動力汽車動力匹配系統的虛擬樣機建模

首先在SolidWorks軟件環境下繪制混合動力汽車傳動系統實體模型[4]，如圖5所示。

然后所建立實體模型導入ADAMS虛擬仿真軟件。導入后定義模型材質、定義之間約束關系，除了添加輪齒之間的嚙合力外，還要添加各種轉動副、固定副等其他必要的運動副。系統模型導入流程如圖6所示。

4 某混合動力汽車動力匹配系統仿真分析

混合動力汽車啟動加速過程中，發動機和電動機共同提供動力，對發動機轉速輸出與混合動力汽車電動機轉速輸出[5]。本文進行了仿真分析，曲線如圖7所示。其中藍色曲線轉速為電動機輸出轉數與發動機輸出轉速相反。

由圖7可知，發動機輸出轉數曲線轉速0～2.5 s時急劇升高，在2.5 s后逐步趨于平滑上升，在10 s后趨于平滑。電動機輸出轉速藍色曲線在0～7.5 s時呈現上趨勢，在7.5 s后逐步趨于下降趨勢；但是轉速一直為反向轉速。經過匹配合成后混合動力的輸出轉速從0～15 s一直成平滑上升趨勢，說明該動力匹配裝置匹配設計合理。

5 結語

在研究某混合動力汽車時，首先對動力系統中關鍵參數進行分析，最后利用ADAMS軟件對該混合動力汽車啟動加速過程中發動機與電動機兩個因子進行動力學仿真分析，最后表明該混合動力汽車動力系統設計科學合理。由于時間及試驗條件限制，本文對動力匹配的其他工況暫沒有進行深入研究，但是對混合動力汽車相關研究提出了一套科學合理的方法，有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張凡混合動力汽車參數匹配及控制策略研究[D]保定：河北大學，2019

[2]紀承乾淺談混合動力汽車發展現狀[J]汽車文摘，2021（8）：27-33

[3]張書誠，魯磊，劉成電動汽車電動機工作參數的優化設計[J]黃山學院學報，2022，24（5）：17-19

[4]趙陳闖基于西安工況的混合動力汽車動力系統參數匹配與仿真研究[D]長安：長安大學，2017

[5]吳曉亮，付景順，孫志強單軸并聯混合動力汽車動力系統參數匹配研究[J]汽車實用技術，2021，46（22）：88-91

作者簡介：

楊彩虹，女，1987年生，講師，研究方向為交通運輸。