论文总字数：31519字

摘 要

混合动力汽车因其优异的燃油经济性和使用便利性，越来越受到消费者的青睐。然而，混合动力系统的结构复杂，而且种类繁多，各种方案的优缺点和参数选取原则仍需要进行深入研究。针对这一情况，本文首先分析了当前混合动力汽车的种类及特点，为后续的仿真研究提供理论和原理支撑。其次，根据分析结果，选取了混联型混合动力汽车作为研究对象，并对系统重要组成部分的参数进行了标定。最后通过MATLAB/Simulink软件搭建了系统仿真模型，并进行了综合仿真。通过对多种工况和车辆参数进行仿真研究，得到了混合动力汽车燃油经济性与油电控制逻辑、车重、阻力、运行工况的关系。

分析和仿真结果表明，优化后的混联型混合动力汽车在相同的综合工况下比传统燃油汽车节油50%以上。此外，在不同的模型参数条件下，混合动力汽车的油耗值有着明显的差别。其中，车重降低12.5%可降低油耗10%，迎风面积减少10%可降低油耗20%。因此，作者认为降低车重和迎风面积对提升混合动力汽车的燃油经济性具有最明显的效果。

关键词：混合动力汽车，油电控制，燃油经济性，综合工况。

Abstract

Hybrid vehicles are increasingly popular among consumers because of their excellent fuel economy and convenience. However, the structure of the hybrid system is complex and varies a lot, and the advantages and disadvantages of various systems and the principle of parameter selection still require further study. Hence, this paper first analyzes the types and characteristics of current hybrid vehicles, and provides theoretical and principle support for subsequent simulation studies. Secondly, according to the analysis results, the hybrid vehicle is selected as the research object, and the parameters of the important components of the system are set. Finally, the system simulation model was built by MATLAB/Simulink software, and the comprehensive simulation was carried out. Through the simulation study on various working conditions and vehicle parameters, the relationships between hybrid control logic, vehicle weight, resistance, operating conditions and fuel economy of hybrid vehicles are obtained.

The analysis and simulation results show that the optimized hybrid vehicle can save more than 50% of fuel when compared with conventional fuel vehicles under the same comprehensive drive cycle. In addition, with different model parameters, the fuel consumption of hybrid vehicle varies significantly. In fact, 12.5% vehicle weight reduction ​​can lead to 10% fuel consumption reduction, and the windward area reduction of 10% can reduce fuel consumption by 20%. Therefore, the author believes that reducing vehicle weight and windward area has the most obvious effect on improving the fuel economy of hybrid vehicles.

Keywords: hybrid vehicle, hybrid control logic, fuel economy, comprehensive drive cycle.

目 录

第一章 绪 论 1

1.1 背景介绍 1

1.2 混合动力汽车的分类 1

1.2.1 串联式 2

1.2.2 并联式 3

1.2.3 混联式 4

1.3 混合动力汽车的国际发展状况 8

1.3.1 丰田集团THS-Ⅱ系统 9

1.3.2 本田汽车i-MMD 9

1.4 本文将要解决的问题 10

第二章 混合动力汽车的参数与模型设计 11

2.1 混合动力系统选择策略的分析 11

2.2 行星齿轮组参数的选取 11

2.3 通用发动机参数的选取 15

2.4 发电机参数的选取 17

2.5 电动机参数的选取 18

2.6 DC-DC转换器的设计 19

2.7 蓄电池组的设计 20

2.8 混合动力汽车各部件整合 25

第三章 动力学模型的设计与仿真 27

3.1 整车动力学模型的设计 27

3.2 整车控制模块的设计 28

3.3 不同车辆模型的工况模拟 31

3.3.1 不同车重情况下的等工况模拟 31

3.3.2 不同迎风面积情况下的等工况模拟 33

第四章 综合模拟 35

4.1 综合工况模拟 35

4.2 城郊快速路工况模拟 41

4.3 市区与高速环线工况模拟 42

4.4 高速公路工况模拟 43

第五章 结束语 45

5.1 总结 45

5.2 展望 45

参考文献 47

致 谢 50

绪 论

背景介绍

汽车诞生于1886年。从卡尔·本茨制造出第一辆燃油汽车开始，基于化石燃料的内燃机汽车演进的巨幕才被正式拉开。回首过去，汽车工业的发展给19、20世纪的人类生活带来了翻天覆地的变化。随着时代与科学的进步发展，纯燃油汽车由于其高能耗、低效率、高污染的缺点，已逐渐无法满足现代社会环保与高效节能的要求，因此汽车的驱动方式在近年逐渐向相对环保的电气化方向进行发展。目前全世界广泛使用的新能源汽车主要有纯电动和混合动力两种模式。纯电动汽车依靠其蓄电池所储存的电能即可实现自主行驶，被广泛地认为是未来汽车工业发展的终极方向。但由于续航里程以及电池的密度、电网为其蓄电池充电的速度、高效电池组的成本等因素限制，纯电动汽车在今天的社会中还没有能力完全代替传统燃油汽车的角色进入到人们的生产和生活当中，因此就出现了纯燃油汽车与纯电动汽车两者之间的过渡产品—混合动力汽车。^[1]从电能来源看，混合动力汽车大致分为两类：一类是受日本厂商青睐的不插电式的混合动力系统，这也是一种传统意义上的混合动力汽车，它通过回收电能以及一套相对较复杂的油电控制系统，使发动机和电动机协同工作以达到降低能耗的效果^[2]。还有包括中国在内其他地区厂商广泛使用的插电式混合动力汽车，这种汽车从电网中获取电能，并储存在其蓄电池中，可以和发动机协同工作，实现与目前纯燃油汽车类似的纯燃油行驶过程，也可以实现一定里程的纯电动驱动，能耗也相对较低^[3]。

混合动力汽车的分类

我国经济目前正处快速发展的阶段，但我国的人均石油资源并不丰富，人口众多，这导致我国不仅成为排名全世界前列的耗油大国，并一定程度上过于依赖于原油进口，十分不利于经济的发展与环境的保护。从这些角度来看，新能源汽车的推广很有必要，这是缓解我国能源危机的一个好方法，也是符合我国国情的良策^[4]。我国政府十分重视新能源汽车的发展和关键技术的研发，我们应当顺应国际形势，抓住发展机会。努力向着并努力追赶国际先进水平，实现“弯道超车”的中国制造复兴之梦。因此我国通过设置先行城市、推出新能源汽车补贴等方式努力推动新能源汽车的发展。由于纯电动汽车的充电时间过长、续航较短因而无法进行长途用车的问题，以及纯电动汽车的核心部件之一的蓄电池组的回收与降解、再利用仍属于在攻克中的科研难题与政策空白，所以从我国发展的角度来看，笔者认为在相对近期的未来数年内，混合动力仍是发展重点^[6]。

对于依赖电能和内燃机同步驱动的混合动力汽车，国内与国际上目前主要发展的有串联式、并联式、混联式三种。

串联式

串联式混合动力是内燃机与驱动桥之间没有机械连接，电机从蓄电池或内燃机发电机组获得电能的一种混合动力技术形式。其车载的内燃机发电机组和驱动电机（当车辆处于缓慢制动时）均可对电池进行充电。其结构简单，并且无需传统燃油车的离合器和复杂的变速箱等结构。可是，虽然其内燃机理论上可以一直工作在最优区域，但效率低下，所以需要比较大的蓄电池以及电动机。这种类型的混合动力系统可以在一定程度上使得发动机的运转保持相对的稳定，燃油发动机没有在转速上过大的波动。理论上其发动机的工作状态仅受其蓄电池剩余电量多少的控制，而与车辆实际的运行状况和驾驶员的动力需求无关。

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