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原文传递混合动力客车动力耦合机构优化设计及能量管理策略研究

论文题名：	混合动力客车动力耦合机构优化设计及能量管理策略研究
关键词：	混合动力客车;动力耦合机构;发动机最优曲线控制;多目标优化;等效燃油消耗最小策略;轻量化设计
摘要：	随着环保问题的日益严峻，汽车行业向着电动化方向发展，现如今混合动力汽车成为了当今发展的热门，各大车企相继向市场推出新车型。混合动力客车由于油耗低且没有纯电动客车续航里程低的影响，在城市公交客车中的使用越来越多。动力耦合机构的结构与能量管理策略是影响车辆经济性能的关键，行星排混联式动力耦合机构可通过转速与转矩耦合，使发动机与电机配合工作，降低燃油消耗。对动力耦合机构的研究，关键在于动力系统的匹配、设计与能量管理策略的设计，因此本文从动力耦合机构的结构与能量管理策略两个方面研究，提高车辆的经济性能，具体内容如下：　　(1)分析并改进出一款适用于混合动力客车的动力耦合机构，依据车辆的设计要求以及行驶工况的特点，对动力系统的各项参数进行匹配并对动力源选型。分析该动力耦合机构的运动特性，通过运动特性与车辆的行驶工况，将车辆的运行划分为不同的工作模式，利用杠杆法对每个模式的切换条件及转矩、转速的分配进行分析，根据分析结果建立动力学方程。　　(2)根据车辆的行驶情况制定能量管理策略，建立发动机最优曲线控制策略。在AVL/Cruise软件和Matlab/Simulink中建立整车模型和策略模型，根据功率、SOC、车速调节发动机工作在其经济区间，从而降低油耗。之后在Isight软件中，利用多岛遗传算法，以车辆的经济性、动力性为优化目标，对电机减速比、行星排特征参数、主减速比三个传动系统参数进行优化，并根据城市公交行驶特性，对优化目标选取不同权重。经过优化，油耗降低了11.6%，并得出最佳的传动系统参数，为后文设计动力耦合机构做准备。　　(3)对基于优化的ECMS策略进行研究，将油耗分为发动机油耗与电池等效油耗两部分，利用最小值原理，求解每一时刻车辆燃油消耗的最小值。针对ECMS策略等效因子不能随着实际工况发生改变的情况，对等效因子做自适应处理，形成A-ECMS策略，结果表明，SOC的维持效果很好，有效的提高了ECMS策略的适用性。对比研究的两种策略，结果表明，A-ECMS策略相比于优化后的发动机最优曲线控制策略，油耗降低了2.6%，控制效果较好，符合设计要求。　　(4)利用优化后的传动系统参数与匹配设计的参数对动力耦合机构进行设计，将设计出的结构在SolidWorks中建模，并用ANSYS分析其强度、刚度，验证动力耦合机构的合理性。对整个机构做轻量化设计，利用拓扑优化对机构中的各部件进行材料去除，利用响应面优化对壳体、加强筋等尺寸进行优化，从而进一步完善动力耦合机构的结构，使设计出的动力耦合机构具有实际意义并更好的用在车上。结果表明，优化后，整个动力耦合机构质量降低了9.8%，实现了轻量化。
作者：	马玉坤
专业：	车辆工程
导师：	邹旭东;陈升儒
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022