一种混合动力车辆的结构优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种混合动力车辆的结构优化设计方法，是针对执行系统进行，包括：将整车执行系统的复杂功能进行定义；对复杂功能下的执行系统逐级分解，并向执行器件转化落实；针对单一功能执行器件进行原理性建模；对各执行器件进行结构耦合优化，合并同类结构的过程。本发明专利技术采用自上而下设计和自下而上修正的技术路线，能够优化车辆结构总布置，降低整车各个系统的结构与功能的冗余，提高部件结构的利用率，在满足车辆预期设计指标的前提下，有效降低车辆生产制造的成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混合动力车辆的结构优化设计技术，特别指出一种针对该车型的结构优化设计方法。
技术介绍
随着现代社会发展，汽车保有量增长的同时，城市环境污染加剧、交通事故频发、石油资源日益匮乏等问题突出，混合动力车辆成为解决以上社会问题的重要途径之一。由于混合动力车辆集成了发动机、电动机以及复杂的“机械-电子-液压”耦合系统，造成车辆系统结构复杂，各系统功能与结构之间存在大量耦合与重叠，给车辆设计和生产带来了困难，因此采取一种合理的结构优化模式，对系统部件构型进行结构优化设计，将简化混合动力车辆的结构，便于实现其安全、节能、环保与舒适的综合性能指标。
技术实现思路
因此，针对现有的社会环境和能源发展问题，以及车辆的结构优化问题，本专利技术的目的是提出，以实现对其复杂系统的结构简化和优化。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:，其特征在于，包括:首先，将整车执行系统的复杂功能进行定义；其次，对复杂功能下的执行系统逐级分解，并向执行器件转化落实；再次，针对单一功能执行器件进行原理性建模；最后，对各执行器件进行结构耦合优化，合并同类结构。进一步地:在对各执行器件进行结构耦合优化，合并同类结构之后，进行系统测试与评价、循环修正的步骤:首先在仿真模型中得到最优的系统参数，并进行功能的仿真验证；然后在台架上调试各种功能能否实现，并确定齿轮排的传动比等关键参数；再次进行实车测试试验，验证该齿轮排形式在实车上的运行效果；最后根据验证效果，循环修正执行器的结构。进一步地:将整车执行系统进行复杂功能定义的过程是，将车辆执行系统划分为驱动、制动、助力转向和制动能量回收功能模块，然后依据这些功能模块分为驱动系统、制动系统、储能系统、转向系统、悬挂系统、车身及附件。进一步地:对复杂功能下的执行系统逐级分解，并向执行器件转化落实的方法是:采用行星齿轮排、电机、发动机提供纵向驱动力矩、制动力矩、助力转向力矩，和制动能量回收，其中，①利用发动机、电机和行星齿轮排耦合提供驱动力矩；②利用电机提供制动力矩的同时，进行制动能量回收；③利用行星齿轮排及电机，实现左、右侧车轮独立驱动的同时，提供助力转向；④利用发动机、电机、液压制动器的耦合共同提供制动力矩。进一步地:对单一功能执行器件进行原理性建模的方法是:根据车辆行驶过程中的目标最高速度、最大加速度、加速时间、最大制动减速度、电池容量、转弯半径等信息，根据车辆动力学方程对发动机、电机、电源等进行参数初次匹配；然后以所实现的功能作为筛选条件，根据行星齿轮排结构的动力学方程，对多行星齿轮排机构进行选型、建模；最终根据动态规划算法进行结构参数最优化。进一步地:对各个执行器件进行结构优化，合并同类结构的最终选择是，采取“三个电机+ —个发动机+三个行星齿轮排+ —个液压制动器”的结构。本专利技术所实现的有益效果是:本专利技术采用自上而下设计和自下而上修正的技术路线，首先，将混合动力车辆执行系统按功能进行划分；其次，对执行系统进行结构分解，如有驱动/制动/转向等；再次，对各分执行器件功能进行原理建模和多功能一体化设计，对多个部件功能相互耦合的情况进行结构优化，合并同类结构；最后，进行系统测试评价和循环修正。通过结构优化设计方法，能够简化车辆结构总布置，降低整车各个系统的结构与功能的冗余，提高部件结构的利用率，在满足车辆预期设计指标的同时，有效降低车辆生产制造的成本。【附图说明】附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表不相同的部件。图1是多耦合执行系统的结构划分和优化设计流程图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本专利技术技术方案作的唯一限定，凡是在本专利技术技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本专利技术的保护范围。本专利技术所述结构优化设计，是指通过结构共用优化的方式，提高部件结构的利用率，优化车辆结构总布置。为实现混合动力车辆结构优化的目的，考虑到混合动力车辆的系统结构与控制功能组成特点，该结构优化设计主要针对执行系统的结构优化设计，下面详细描述。对于混合动力车辆而言，其控制功能复杂多样，执行系统由发动机、电动机及“机械-电子-液压”等多机构进行耦合。我们把复杂的多耦合机构进行划分，可分为驱动系统、制动系统、储能系统、转向系统、悬挂系统和车身及附件等。传统设计思路下，各系统执行部件在设计过程中，均基于车辆行驶功能而独立设计，这使得各系统在叠加的过程中出现冗余。因此需要对其执行系统进行结构优化分析与设计，即对其所集成的驱动系统、制动系统、储能系统、转向系统、悬挂系统和车身及附件等“机械-电子-液压”结构，进行优化设计，实现优化执行系统结构的目的。因此关于执行系统的结构优化设计流程可概括为:(1)整车执行系统的复杂功能定义；(2)对复杂功能执行系统的逐级分解以及向执行器件的转化落实；(3)针对单一功能执行器件的原理性建模；(4)多功能执行系统的结构耦合优化设计；(5)系统测试与评价；(6)循环修正的步骤。具体分解描述如下:(1)关于整车系统的复杂功能定义根据混合动力车辆功能需求进行分析，为实现其驾驶功能，将车辆划分为纵向驱动、助力转向和制动能量回收等功能模式，然后依据这些功能对驱动系统、制动系统、储能系统、转向系统、悬挂系统和车身及附件等结构进行优化。(2)对复杂功能定义下各系统的逐级分解根据以上各功能任务的定义，对系统内各执行器进行分析。车辆在实现纵向自主驾驶的过程中，需要利用发动机和电机耦合提供驱动力矩，并可利用电机进行制动能量回收，节约行驶过程中的能耗；利用传动部件与多个电机的合理布置，可以实现左、右侧车轮独立控制的功能，即可达到左右侧车轮驱动力差异化，以实现助力转向功能；利用发动机-电机-液压制动系统的制动力矩耦合，既保证制动减速度满足驾驶员需求，同时保证制动力矩响应平稳快速。为简化结构，本专利技术在执行器中采用了由一个发动机+三个电机+三个行星齿轮排的结构形式，输入为控制信号，输出为扭矩，将输出的扭矩分配到左、右两侧车当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力车辆的结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：首先，将整车执行系统的复杂功能进行定义；其次，对复杂功能下的执行系统逐级分解，并向执行器件转化落实；再次，针对单一功能执行器件进行原理性建模；最后，对各执行器件进行结构耦合优化，合并同类结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗禹贡，谢来卿，张书玮，秦兆博，陈龙，张东好，刘成祺，杨刚，胡束芒，冯桂璇，李珊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11