并联混合动力汽车发动机参数匹配与优化

摘要

随着汽车工业的发展，污染和能源匮乏的问题已然成为当今汽车发展最迫切需要解决的问题。混合动力汽车的产生在一定程度上缓解了这两大危机，一方面它够继承传统汽车的特点;另一方面又吸收了纯电动车零排放的优点。因此对混合动力汽车的研究是必要的，其动力系统参数匹配优化及控制策略的设计是最核心的技术难点，是提高混合动力汽车动力性和经济性的主要手段。
　　本文将对动力总成参数匹配作为主要研究对象，选定在相同控制策略下，对其动力总成参数进行研究。在选定总成方案为ISG型并联式混合动力汽车后，以原型车整车结构尺寸参数为指导，并在满足车辆的动力性能的前提下，对其动力系统部件进行参数设计和选型。在发动机的选型中，先按一定规则选择好电机之后，再根据整车能量需要来选定发动机，最终确定选择一款汽油发动机。为了更好的对发动机参数进行优化，首先在AVL Boost软件中建立发动机模型，对模型进行验证，然后利用Isight软件与Boost进行集成，为了分析各个性能参数对油耗和排放性能的影响，在分析多种试验设计方法后，确定选择了最优拉丁超立方设计，然后分别利用响应面法、神经网络法和克里格法对系统进行近似建模，通过对建模的误差分析，结果显示响应面法建模的精度最高。
　　基于响应面法建立的近似模型，利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)，以油耗和NOx的排放为优化目标，以压缩比、点火提前角、进气提前角等参数为设计变量，在保证发动机动力性和稳定性的前提下，对发动机进行了多目标优化。
　　最终将优化前后的发动机模型嵌入到AVL Cruise建立的整车模型当中进行整车仿真，首先在NEDC工况下仿真分析了优化前后油耗和排放性能，结果表明优化后对提高整车性能起到了较好的作用。最后，将优化结果在美国工况FTP75和日本工况Jal015下进行仿真，整车油耗和排放性能也得到不同程度的提高，验证了这一优化方法有一定的适用性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 混合动力汽车参数匹配发展现状及参数优化方法

1．2．1 参数匹配发展现状

1．2．2 参数优化设计方法

1．3 本文的研究内容

第2章 混合动力汽车动力系统设计

2．1 动力总成方案设计

2．1．1 串联式混合动力汽车

2．1．2 并联混合动力汽车

2．1．3 混联式混合动力汽车

2．1．4 动力总成方案选型

2．2 动力总成主要部件选型

2．2．1 发动机选型

2．2．2 电机选型

2．2．3 储能元件选型

2．2．4 变速机构选型

2．3 动力总成主要部件参数设计

2．3．1 参考车辆的主要结构参数

2．3．2 设计要求

2．3．3 动力总成功率初步确定

2．3．4 ISG电机参数设计

2．3．5 发动机功率确定

2．3．6 蓄电池参数设计

2．3．7 传动系参数设计

2．4 本章小结

第3章 混合动力汽车发动机仿真平台建立及验证

3．1 引言

3．2 发动机模型的建立

3．2．1 汽油机的基本参数

3．2．2 燃烧模型

3．2．3 传热模型

3．3 发动机模型的验证

3．3．1 发动机定性验证

3．3．2 发动机性能指标验证

3．4 本章小结

第4章 基于多目标遗传算法的发动机参数优化

4．1 Isight优化软件介绍

4．2 近似建模理论

4．2．1 响应面法基本理论

4．2．2 径向基神经网络基本理论

4．2．3 克里格方法基本理论

4．3 试验设计简介

4．4 发动机试验设计

4．4．1 设计因子

4．4．2 设计水平

4．4．3 响应输出

4．4．4 误差分析

4．4．5 设计方法分析

4．4．6 结果分析

4．5 构建近似模型

4．6 发动机参数多目标优化

4．6．1 遗传算法的基本原理

4．6．2 NSGA-Ⅱ优化算法

4．6．3 设计变量及约束条件

4．6．4 优化目标

4．6．5 优化算法的建立

4．6．6 优化结果和仿真分析

4．7 本章小结

第5章 混合动力汽车整车模型的建立及优化结果分析

5．1 AVL Cruise软件介绍

5．2 整车模型的建立

5．2．1 整车模型

5．2．2 发动机模型

5．2．3 电机模型

5．2．4 电池模型

5．2．5 离合器模型

5．2．6 变速器模型

5．2．7 驾驶员模型

5．2．8 整车模型的建立

5．3 模型置信度检验

5．4 整车匹配仿真及结果分析

5．4．1 控制策略的建立

5．4．2 可行解仿真分析对比

5．4．3 不同工况下仿真分析对比

5．5 本章小结

总结与展望

全文总结

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文