某Plug-in混合动力汽车动力系统匹配及整车性能仿真开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

1.1目的及意义

在全球能源短缺、环境恶化的背景下,人们对车辆的需求也日益增高,越来越多的汽车造成了多方面的压力,环境的污染、能源的衰竭等等问题渐渐暴露。因此面对当前严峻的环境污染和能源短缺的问题,各国汽车行业均在大力发展新能源汽车。就目前而言,纯电动汽车在电池容量、能量密度、使用寿命等方面存在诸多问题,燃料电池汽车在燃料制备、储存和运输等方面也尚未完善,因此混合动力汽车在现阶段更具有竞争优势,已经成为了各大汽车公司研究开发的重点。据资料显示,混合动力汽车的燃油消耗性能以及尾气排放性能指标与传统内燃机汽车相比均有大幅降低。

插电式混合动力汽车(PHEV)是指可以利用电网对动力电池进行充电的混合动力汽车。它兼具传统燃油汽车和纯电动汽车的优点,一方面插电式混合动力汽车可以像纯电动汽车一样具备一定的纯电动行驶里程,满足大部分车主日常短途出行的需要;另一方面插电式混合动力汽车可以像传统内燃机汽车一样满足用户对较长续驶里程的需求。它的纯电动模式和高效的发动机运行模式,有效的提高了汽车节油率。同时可以使用外网进行充电,不受限于充电桩的约束,在纯电动模式下行驶,不仅整车经济性好,而且实现零排放[1]。发展插电式混合动力汽车成为许多国家实现车辆节能减排的重要技术途径,是目前混和动力技术发展的趋势之一。

插电式混合动力汽车动力系统的参数匹配是整车设计中十分重要的环节,对整车的经济性、动力性以及排放性能有着很大的影响,因此对插电式混合动力汽车动力系统的参数匹配进行研究,有利于改善车辆动力性和经济性以及排放性能[2]。本次毕业设计将理论基础和实际应用相结合对某插电式混合动力汽车动力系统主要参数进行匹配以及优化仿真分析,对研究和改善插电式混合动力汽车的性能有着一定的参考价值。

1.2国内外研究现状

在欧美等国家,从上世纪90年代就开始了插电式混合动力汽车相关研究,我国起步虽然比较晚,但随着国家政策的开展,越来越多的企业开展了插电式混合动力汽车的研发[3]。插电式混合动力汽车的结构形式根据能量流动形式的不同,可以分为串联式、并联式、混联式动力系统[4]。插电式混合动力汽车的参数匹配是指通过合理地确定发电机、发动机、动力电池、电动机等动力系统元件及传动系统参数,从而在满足整车动力性需求的前提下,获得较好地经济性能和排放性能,达到控制整车成本、节能减排的目标。目前混合动力汽车动力系统参数匹配的方法主要有两种:基于理论计算的参数匹配方法(约束匹配法)和基于优化算法的参数匹配方法(优化匹配法)[5]

约束匹配法一般将动力性能指标作为基准,对插电式混合动力汽车传动系统主要参数进行理论计算和初步选取,接着通过仿真软件搭建模型对整车性能进行仿真分析,验证参数匹配的合理性。若初选的数据不符合要求,则重新选择设计参数,直到设计满足整车性能需求。约束匹配法有理论匹配法和工况匹配法两种。张磊[6]基于理论匹配法,综合考虑了插电式混合动力汽车各种运行模式下对动力系统的需求,从而确定了动力系统各基本参数。张志强[7]等在理论匹配法的基础上,采用工况匹配法,综合考虑车辆不同行驶工况下对动力系统的需求,对插电式混合动力汽车动力系统各部件进行了初步的选型和参数匹配。

优化匹配法首先建立插电式混合动力汽车的仿真模型,然后基于整车动力性能需求通过计算获得各项参数区间,通过优化算法将目标函数作为目标进行求解以获得目标函数最优的最佳参数组合[8]。毛冲冲[9]等通过对插电式四轮驱动混合动力汽车的主减速器传动比和动力电池SOC的上下限值进行优化分析,得到最佳的主减速器传动比和SOC上限值,显著改善了该车的动力性和经济性。曾育平[10]等采用多目标遗传算法对动力系统部件参数和控制参数进行同时优化,获得该优化问题的Pareto最优解集,整车的燃油经济性和排放性能都得到了明显提高。张佩佩[11]以整车经济消耗成本为目标函数,在传统遗传算法的举出上提出了更加优秀量子遗传算法,并将优化结果与传统遗传算法进行对比,证明了优化过程的可行性与优越性。

表1 两种插电式混合动力汽车参数匹配方法的特点

约束匹配法

优化匹配法

特 点

简单可行,但很难保证动力系统的性能最优,通常用于整车参数设计的初始阶段

可以在短时间内迭代出最优的设计方案,节省大量时间

混合动力系统的参数优化是在整车动力学模型的基础上进行的,因此整车能量管理策略的优劣也会影响参数优化的结果。Zhao Yong Qiang[12]等提出了一种低压电源能量管理系统对插电式混合动力汽车低压电源的能量进行优化;在国外,Alexandre Ravey [13]等对现有的驾驶预测技术(DPTS)进行了全面的分析,为每种预测算法提供了合适的应用方案,总结了处理预测误差的潜在方法,为预测能量管理策略的研究提供了参考;Laura Tribioli[14]等提出了一种启发式控制器的设计方法,实现了放电策略优化的在线使用;Ahmad Mozaffari[15]等基于Pareto算法对插电式混合动力汽车动力系统设计参数进行了优化,提高车辆的行驶性能的同时降低了油耗和总能耗。

本文将在国内外学者和工程师的研究的基础上做出综合的分析,利用现代计算机工具和软件,设计出结构合理、整车性能能较好的插电式混合动力汽车,并且对其做出优劣评价和不断优化完善。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

研究的基本内容是通过查找资料、查阅插电式混合动力汽车相关文献,了解插电式混合动力汽车(phev)的基本原理、结构组成及其设计方法,掌握插电式混合动力汽车动力系统匹配方法;学习matlab/simulink、advisor软件,熟练掌握其功能和使用方法。根据某插电式混合动力汽车的基本性能参数,对其动力系统各部件进行选型和参数匹配,并利用相关软件建立整车仿真模型,对插电式混合动力汽车进行性能仿真分析,验证动力系统匹配的合理性。

2.2研究目标

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3. 研究计划与安排

周次(时间)

工 作 内 容

毕业实习周

(2019.1.6-2019.1.8)

赴校外实习、搜集设计资料,并提交实习日记、实习报告。

毕业实习预备周(2019.1.3-2019.1.18)

确定指导老师人选,对未选好导师的学生进行分配,确定选题志愿、校内搜集资料、消化资料。

第1-2周

(2.18-3.1)

学生提交文献检索摘要。撰写开题报告。并完成网上提交开题报告。整理论文提纲、设计概要。

第3-4周

(3.4-3.15)

进行外文翻译,并提交外文翻译译文。

第5-6周

(3.18-3.29)

设计类,下达绘图任务,开始绘图。

研究类,制定试验方案或下达编程任务,开始试验及编程。

第7-8周

(4.1-4.12)

继续完成绘图、试验或编程任务;

撰写毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)。

第9-11周

(4.15-4.26)

完成绘图、试验或编程;

完善毕业设计说明书、毕业论文;

第12周

(4.29-5.10)

网上提交毕业设计说明书、毕业论文、绘图等附件材料;

提交答辩申请。

第13-14周

(5.13-5.24)

教师审阅毕业设计说明书(设计类)或论文(研究类)和(图纸),审查确定学生答辩资格并予以公示

第15周

(5.27-5.31)

根据评阅意见修改毕业设计说明书、毕业论文,并网上提交;

准备答辩PPT。

第16周(6.3-6.7)

毕业设计答辩。

4. 参考文献(12篇以上)

[1] 宣亮.插电式混合动力汽车动力系统参数匹配优化与性能仿真[d].合肥:合肥工业大学,2014.

[2] 汤海洋,张冰战,李开放.插电式并联混合动力汽车参数匹配与仿真[j].农业装备与车辆工程,2018,56(07):1-5.

[3] 张志强,龙丽红,张晓莉.插电式混合动力汽车选型和匹配研究[j].装备制造技术,2018(09):131-133.

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