楊彩虹 海有科 穆華輝 馬寧

摘要：首先對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)三種動(dòng)力傳輸方式的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)進(jìn)行分析，然后對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)中關(guān)鍵部件發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)選擇進(jìn)行優(yōu)選，最后通過(guò)ADAMS虛擬仿真軟件對(duì)某混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。另外，在驗(yàn)證匹配設(shè)計(jì)的可行性、合理性的同時(shí)，提出了一套科學(xué)合理的方法。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車(chē)；前懸架；虛擬仿真；動(dòng)力系統(tǒng)匹配

中圖分類(lèi)號(hào)：U463? 收稿日期：2023-03-13

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.05.005

1 混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

混合動(dòng)力汽車(chē)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)相互配合給汽車(chē)提供動(dòng)力。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，動(dòng)力混合系統(tǒng)已經(jīng)成為從最開(kāi)始的離散結(jié)構(gòu)發(fā)展為高集成化的系統(tǒng)［1］。該系統(tǒng)按照動(dòng)力傳輸方式可以分為串聯(lián)式、并聯(lián)式、混聯(lián)式三種[2]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其特點(diǎn)如表1所示。

2 混合動(dòng)力汽車(chē)基本參數(shù)

混合動(dòng)力汽車(chē)的性能取決于動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配，主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電池[3]。通常電池的選型較為固定且簡(jiǎn)單，而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行參數(shù)選擇較為復(fù)雜多樣。

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇

首先混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力輸出如果是長(zhǎng)距離行駛過(guò)程，必須保證燃油發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作時(shí)提供汽車(chē)前進(jìn)的所需動(dòng)力，以及汽車(chē)功率的平衡，如圖2所示。

式中，[ηr]為傳動(dòng)效率；[ma]為汽車(chē)質(zhì)量；g為重力加速度；[fr]為滾動(dòng)阻力系數(shù)；[CD]為風(fēng)阻系數(shù)；A為汽車(chē)迎風(fēng)面積。

2.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇

混合動(dòng)力汽車(chē)在純電動(dòng)模式下必須保證電動(dòng)機(jī)可靠、有效的工作，以及在動(dòng)力轉(zhuǎn)化過(guò)程中的高可控性、高容錯(cuò)能力。對(duì)此考慮其功率和扭矩兩個(gè)主要參數(shù)的配合，要求電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)以恒扭矩進(jìn)行動(dòng)力輸出；電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)以恒功率進(jìn)行動(dòng)力輸出。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)力特性如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速特性如圖4所示。

3 某混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力匹配系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)建模

首先在SolidWorks軟件環(huán)境下繪制混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)體模型[4]，如圖5所示。

然后所建立實(shí)體模型導(dǎo)入ADAMS虛擬仿真軟件。導(dǎo)入后定義模型材質(zhì)、定義之間約束關(guān)系，除了添加輪齒之間的嚙合力外，還要添加各種轉(zhuǎn)動(dòng)副、固定副等其他必要的運(yùn)動(dòng)副。系統(tǒng)模型導(dǎo)入流程如圖6所示。

4 某混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力匹配系統(tǒng)仿真分析

混合動(dòng)力汽車(chē)啟動(dòng)加速過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同提供動(dòng)力，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速輸出與混合動(dòng)力汽車(chē)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速輸出[5]。本文進(jìn)行了仿真分析，曲線如圖7所示。其中藍(lán)色曲線轉(zhuǎn)速為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速相反。

由圖7可知，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)數(shù)曲線轉(zhuǎn)速0～2.5 s時(shí)急劇升高，在2.5 s后逐步趨于平滑上升，在10 s后趨于平滑。電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速藍(lán)色曲線在0～7.5 s時(shí)呈現(xiàn)上趨勢(shì)，在7.5 s后逐步趨于下降趨勢(shì)；但是轉(zhuǎn)速一直為反向轉(zhuǎn)速。經(jīng)過(guò)匹配合成后混合動(dòng)力的輸出轉(zhuǎn)速?gòu)?～15 s一直成平滑上升趨勢(shì)，說(shuō)明該動(dòng)力匹配裝置匹配設(shè)計(jì)合理。

5 結(jié)語(yǔ)

在研究某混合動(dòng)力汽車(chē)時(shí)，首先對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)中關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，最后利用ADAMS軟件對(duì)該混合動(dòng)力汽車(chē)啟動(dòng)加速過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)兩個(gè)因子進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，最后表明該混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理。由于時(shí)間及試驗(yàn)條件限制，本文對(duì)動(dòng)力匹配的其他工況暫沒(méi)有進(jìn)行深入研究，但是對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)相關(guān)研究提出了一套科學(xué)合理的方法，有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張凡混合動(dòng)力汽車(chē)參數(shù)匹配及控制策略研究[D]保定：河北大學(xué)，2019

[2]紀(jì)承乾淺談混合動(dòng)力汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀[J]汽車(chē)文摘，2021（8）：27-33

[3]張書(shū)誠(chéng)，魯磊，劉成電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)工作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]黃山學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，24（5）：17-19

[4]趙陳闖基于西安工況的混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究[D]長(zhǎng)安：長(zhǎng)安大學(xué)，2017

[5]吳曉亮，付景順，孫志強(qiáng)單軸并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J]汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2021，46（22）：88-91

作者簡(jiǎn)介：

楊彩虹，女，1987年生，講師，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸。