功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法技术

本发明专利技术提供一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，该方法考虑了电源效率、传输效率、车辆架驶周期要求和主要控制策略。一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，包括如下步骤：（1）、选择合理的发动机控制策略；（2）、基于稳态运行的要求选择发动机；该步骤包括发动机输出功率的理论计算和验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求；（3）、根据传动效率和车辆工作性能确定前PG组的特性比；步骤为：首先确定前PG组特征比的边界，然后基于功率分流系统的传动效率和车辆工作性能获得前PG组的最佳特征比；（4）、根据动态性能和运行要求确定功率分流系统的其他部件。

Multi factor and parameterized design method of power distributary hybrid bus

The invention provides a multifactorial comprehensive parametric design method for power split type hybrid electric bus, which takes into account the power efficiency, transmission efficiency, vehicle driving cycle requirements and main control strategies. A comprehensive multi factor parameters of power split hybrid bus design method, which comprises the following steps: (1), the engine control strategy is reasonable; (2), selection of engine based on steady-state operation requirements; the steps include engine output power calculation and verify whether the power of the engine can meet the power demand most of the driving cycle conditions; (3), according to the transmission efficiency and vehicle performance to determine the characteristics of PG group than before; the first step is to determine the PG group before features than the boundary, then split power system transmission efficiency and vehicle performance based on the best features of group PG than before; (4) according to the dynamic performance and operational requirements to determine other components of power split system.

【技术实现步骤摘要】
功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法
本专利技术涉及一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法。
技术介绍
随着人们对环境污染和能源危机日益增长的关注，混合动力和纯电动汽车的发展愈加受到重视。混合动力系统常由一个或两个行星齿轮组和三个电源组成，也称为功率分流系统、功率分流式混合动力系统。功率分流系统结合了串联和并联系统的优点，具有出色的动态性能和燃油经济性，如申请号为201520191476.8的中国专利所示。功率分流式混合动力系统的早期研究主要集中在一些混合动力汽车产品的分析和测试。而功率分流系统的设计也是一个研究热点，因为它是最优控制和最优尺寸的基础。现有的研究在配置分析方法，设计理论和控制策略方面做出了重要的贡献。形成了基本的参数化设计方法(特别是在确保车辆动态性能的目标上)。但是，目前的研究还有一些问题尚未被明确。首先，目前对混合动力系统设计的研究主要集中在系统特性上，忽略了控制策略的影响。在混合动力系统设计中，发动机与道路负荷分离了，使发动机的设计自由度较高。控制策略决定了发动机工作的区间，因此与发动机的选择高度相关。其次，目前的研究未能详细分析驾驶的循坏周期。对于具有相对正常驾驶循环周期的城市公交，其频繁制动和长时间加速影响了电力储存的操作。因此，详细分析驾驶循环周期对于确保车辆动态性能和充分利用制动能量来说至关重要。此外，一些优化的参数化设计方法虽然优化了燃油经济性和动态性能，但还没有揭示功率分流系统参数化设计的一般指导原则，特别是针对功率分流式的城市公交系统。而且最优方法往往耗时或者被线性近似简化，难以在工程实践中应用。因此对一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法提出了需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，该方法考虑了电源效率、传输效率、车辆架驶周期要求和主要控制策略。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、选择合理的发动机控制策略；(2)、基于稳态运行的要求选择发动机；该步骤包括发动机输出功率的理论计算和验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求；(3)、根据传动效率和车辆工作性能确定前PG组的特性比；步骤为：首先确定前PG组特征比的边界，然后基于功率分流系统的传动效率和车辆工作性能获得前PG组的最佳特征比；(4)、根据动态性能和运行要求确定功率分流系统的其他部件。本专利技术步骤(2)中，发动机输出功率的理论计算步骤为：通过如下公式获得在稳态运行条件下所需的发动机输出功率：其中，Pe是发动机输出功率，Va是车速，ηt是传动效率，M是车辆质量，g是重力加速度，fr是滚动阻力系数，ρa是空气密度，CD是空气阻力系数，A是汽车前沿面积，i是爬坡梯度。本专利技术步骤(2)中，验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求的步骤为：发动机最佳工作线控制策略最大限度地利用了功率分流系统的优点，从而减少发动机的道路负载需求，因此，发动机能够在发动机最佳工作线上找到一个折中的最有效工作点，这样一来，在工作期间将永远不可能达到发动机的外部特性的最大功率；发动机最佳工作线的最大功率决定了发动1是否适合此种控制策略；发动机最佳工作线的最大功率应大于发动机输出功率。发动机选择之后，根据发动机测绘得到发动机最佳工作线；然后确定发动机工作速度范围，在选择速度范围时可以考虑以下原则：(1)发动机应在达到最大转速前达到其最大功率；因此，发动机的最大转速不宜太低；(2)考虑到在发动机最佳工作线上发动机输出功率随发动机转速持续增加，发电机二在发动机起动前对车辆供电，因此高的最低发动机转速会导致高的电力牵引功率，因此，最低发动机转速不宜太高。本专利技术步骤(3)的具体步骤为：由于后PG组被用作减速器，对于功率分流系统的特性没有影响，所以后PG组最初被忽略，并且假定发电机二连接到前PG组的前齿轮圈；首先，根据装配约束和边界约束应满足条件k1≥1.5，然后由公式得到以下关系式：其中，SR的定义为SR＝ωC1/ωR1，k1是前PG组的特征比，mg1和mg2分别表示发电机一和发电机二，T和ω分别表示转矩和转速，C1、S1和R1分别表示前PG组的前行星架、前太阳轮和前齿轮圈，e表示发动机，Tout和ωout分别为功率分流系统的输出转矩和转速，γ是后PG组的传动比，Te为发动机的输出转矩；得到发电机一转速和发动机转速的比值相对于转速比SR的变化；然后根据功率分流系统的传动效率ηt的分析，在1.5到3的范围获得最佳前PG组的特征比k1；功率分流系统的传动效率ηt定义为功率分流系统的输出功率Pout与输入功率Pin的比值，即ηt＝Pout/Pin；当超级电容器不工作时，Pin＝Pe＝Teωe，Pe为发动机的输出功率；功率分流系统的输出功率包括电磁功率和机械功率，即Pout＝Pmac+Pele；机械功率Pmac＝Tek1/(1+k1)ωR1，由于机械传动效率远高于电气传输效率，故假设机械传动效率为1；电磁功率Pele的表达式在机械点的前后有变化；在机械点之前，电磁功率为：Pele＝Tmg1ωS1ηmg1ηmg2，其中，ηmg1和ηmg2分别为发电机一和发电机二的传动效率；机械点之前发电机一和发电机二的传动效率与功率分流系统的传动效率相同，功率分流系统的传动效率ηt表达式为：在机械点之后，电磁功率变为Pele＝Tmg1ωS1/(ηmg1ηmg2)，则功率分流系统的传动效率ηt表达式为：根据公式和获得功率分流系统传动效率ηt对SR的变化；在高速比区域，功率分流系统传动效率ηt随着k1的增加而增加，最大效率点随k1增加而移动到高速比。本专利技术步骤(4)的具体步骤为：动态性能主要指车辆的最大速度、加速性能和爬坡能力；在选择发动机和前PG组之后，根据主要控制策略和功率分流系统的特性，可以在发动机和其他动力部件之间分配任何工作状态的需求功率；忽略纯电力牵引能力和充电状态对牵引能力的影响，在需求功率小于最大发动机功率时发动机提供全部需求功率；反之，发动机在最大功率点工作，超级电容器提供缺乏需求功率的部分；基于发动机最佳工作线控制策略，当发动机的需求功率确定时，发动机的转速和扭矩是唯一确定的；此外，根据车速获得系统输出轴的转速；因此，所有其他工作参数通过根据PG组的动力学方程和力学方程可以得到。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：在功率分流系统设计方法中考虑了控制策略和驾驶循环周期的影响，使得所选发动机和功率分流装置充分利用了制动能量，能效更高，及更好的车辆动态性能。同时揭示了功率分流系统参数化设计的一般指导原则，特别是针对功率分流式的城市公交系统，有利于实际工程的应用。附图说明图1为功率分流系统的结构示意图。图2为功率分流系统的能量流动示意图。图3为本专利技术实施例的总体流程图。图4为发电机一转速和发动机转速的比值相对于转速比SR的变化图。图5为功率分流系统的传动效率对转速比SR的变化图。图6为前PG组的转速空间坐标系图。图7为太阳轮计算流程图。图8为其他组件的计算示意图。具体实施方式下面结合附图并通过实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、选择合理的发动机控制策略；(2)、基于稳态运行的要求选择发动机；该步骤包括发动机输出功率的理论计算和验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求；(3)、根据传动效率和车辆工作性能确定前PG组的特性比；步骤为：首先确定前PG组特征比的边界，然后基于功率分流系统的传动效率和车辆工作性能获得前PG组的最佳特征比；(4)、根据动态性能和运行要求确定功率分流系统的其他部件。

【技术特征摘要】
1.一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)、选择合理的发动机控制策略；(2)、基于稳态运行的要求选择发动机；该步骤包括发动机输出功率的理论计算和验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求；(3)、根据传动效率和车辆工作性能确定前PG组的特性比；步骤为：首先确定前PG组特征比的边界，然后基于功率分流系统的传动效率和车辆工作性能获得前PG组的最佳特征比；(4)、根据动态性能和运行要求确定功率分流系统的其他部件。2.根据权利要求1所述的功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：步骤(2)中，发动机输出功率的理论计算步骤为：通过如下公式获得在稳态运行条件下所需的发动机输出功率：其中，Pe是发动机输出功率，Va是车速，ηt是传动效率，M是车辆质量，g是重力加速度，fr是滚动阻力系数，ρa是空气密度，CD是空气阻力系数，A是汽车前沿面积，i是爬坡梯度。3.根据权利要求1所述的功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：步骤(2)中，验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求的步骤为：发动机最佳工作线控制策略最大限度地利用了功率分流系统的优点，从而减少发动机的道路负载需求，因此，发动机能够在发动机最佳工作线上找到一个折中的最有效工作点，这样一来，在工作期间将永远不可能达到发动机的外部特性的最大功率；发动机最佳工作线的最大功率决定了发动1是否适合此种控制策略；发动机最佳工作线的最大功率应大于发动机输出功率。发动机选择之后，根据发动机测绘得到发动机最佳工作线；然后确定发动机工作速度范围，在选择速度范围时可以考虑以下原则：(1)发动机应在达到最大转速前达到其最大功率；因此，发动机的最大转速不宜太低；(2)考虑到在发动机最佳工作线上发动机输出功率随发动机转速持续增加，发电机二在发动机起动前对车辆供电，因此高的最低发动机转速会导致高的电力牵引功率，因此，最低发动机转速不宜太高。4.根据权利要求1所述的功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：步骤(3)的具体步骤为：由于后PG组被用作减速器，对于功率分流系统的特性没有影响，所以后PG组最初被忽略，并且假定发电机二连接到前PG组的前齿轮圈；首先，根据装配约束和边界约束应满足条件k1≥1.5，然后由公式得到以下关系式：

【专利技术属性】
技术研发人员：高涛，
申请(专利权)人：中国联合工程公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33