混合动力汽车动力系统匹配研究

杨彩虹 海有科 穆华辉 马宁

摘要：首先对混合动力汽车三种动力传输方式的结构与特点进行分析，然后对动力系统中关键部件发动机与电动机选择进行优选，最后通过ADAMS虚拟仿真软件对某混合动力汽车发动机与电动机进行动力学仿真分析。另外，在验证匹配设计的可行性、合理性的同时，提出了一套科学合理的方法。

关键词：混合动力汽车；前悬架；虚拟仿真；动力系统匹配

中图分类号：U463  收稿日期：2023-03-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.005

1 混合动力汽车结构与特点

混合动力汽车通过发动机与电动机相互配合给汽车提供动力。经过多年的发展，动力混合系统已经成为从最开始的离散结构发展为高集成化的系统［1］。该系统按照动力传输方式可以分为串联式、并联式、混联式三种[2]，其结构如图1所示，其特点如表1所示。

2 混合动力汽车基本参数

混合动力汽车的性能取决于动力系统参数设计与匹配，主要包括发动机、电动机、电池[3]。通常电池的选型较为固定且简单，而对发动机、电动机进行参数选择较为复杂多样。

2.1 发动机参数选择

首先混合动力汽车的动力输出如果是长距离行驶过程，必须保证燃油发动机单独工作时提供汽车前进的所需动力，以及汽车功率的平衡，如图2所示。

式中，[ηr]为传动效率；[ma]为汽车质量；g为重力加速度；[fr]为滚动阻力系数；[CD]为风阻系数；A为汽车迎风面积。

2.2 电动机参数选择

混合动力汽车在纯电动模式下必须保证电动机可靠、有效的工作，以及在动力转化过程中的高可控性、高容错能力。对此考虑其功率和扭矩两个主要参数的配合，要求电动机在转速低于额定转速时，电动以恒扭矩进行动力输出；电动机在转速高于额定转速时，电动以恒功率进行动力输出。驱动电机的动力特性如图3所示，驱动电机的转速特性如图4所示。

3 某混合动力汽车动力匹配系统的虚拟样机建模

首先在SolidWorks软件环境下绘制混合动力汽车传动系统实体模型[4]，如图5所示。

然后所建立实体模型导入ADAMS虚拟仿真软件。导入后定义模型材质、定义之间约束关系，除了添加轮齿之间的啮合力外，还要添加各种转动副、固定副等其他必要的运动副。系统模型导入流程如图6所示。

4 某混合动力汽车动力匹配系统仿真分析

混合动力汽车启动加速过程中，发动机和电动机共同提供动力，对发动机转速输出与混合动力汽车电动机转速输出[5]。本文进行了仿真分析，曲线如图7所示。其中蓝色曲线转速为电动机输出转数与发动机输出转速相反。

由图7可知，发动机输出转数曲线转速0～2.5 s时急剧升高，在2.5 s后逐步趋于平滑上升，在10 s后趋于平滑。电动机输出转速蓝色曲线在0～7.5 s时呈现上趋势，在7.5 s后逐步趋于下降趋势；但是转速一直为反向转速。经过匹配合成后混合动力的输出转速从0～15 s一直成平滑上升趋势，说明该动力匹配装置匹配设计合理。

5 结语

在研究某混合动力汽车时，首先对动力系统中关键参数进行分析，最后利用ADAMS软件对该混合动力汽车启动加速过程中发动机与电动机两个因子进行动力学仿真分析，最后表明该混合动力汽车动力系统设计科学合理。由于时间及试验条件限制，本文对动力匹配的其他工况暂没有进行深入研究，但是对混合动力汽车相关研究提出了一套科学合理的方法，有一定的参考价值。

参考文献：

[1]张凡混合動力汽车参数匹配及控制策略研究[D]保定：河北大学，2019

[2]纪承乾浅谈混合动力汽车发展现状[J]汽车文摘，2021（8）：27-33

[3]张书诚，鲁磊，刘成电动汽车电动机工作参数的优化设计[J]黄山学院学报，2022，24（5）：17-19

[4]赵陈闯基于西安工况的混合动力汽车动力系统参数匹配与仿真研究[D]长安：长安大学，2017

[5]吴晓亮，付景顺，孙志强单轴并联混合动力汽车动力系统参数匹配研究[J]汽车实用技术，2021，46（22）：88-91

作者简介：

杨彩虹，女，1987年生，讲师，研究方向为交通运输。