[發明專利]功率分流式混合動力客車的多因素綜合參數化設計方法

有效

• 申請號: 201710571594.5
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107491587B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 郭偉華;高濤
• 申請（專利權）人: 中國聯合工程有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙) 33209
• 代理人: 梁斌

1.一種功率分流式混合動力客車的多因素綜合參數化設計方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)、選擇合理的發動機控制策略；

(2)、基于穩態運行的要求選擇發動機；該步驟包括發動機輸出功率的理論計算和驗證發動機的功率是否能夠滿足大多數駕駛周期條件下的動力需求；

(3)、根據傳動效率和車輛工作性能確定前PG組的特性比，其中前PG組是功率分流傳動裝置；步驟為：首先確定前PG組特征比的邊界，然后基于功率分流系統的傳動效率和車輛工作性能獲得前PG組的最佳特征比；

(4)、根據動態性能和運行要求確定功率分流系統的其他部件；

步驟(2)中，發動機輸出功率的理論計算步驟為：通過如下公式獲得在穩態運行條件下所需的發動機輸出功率：

其中，Pe是發動機輸出功率，Va是車速，ηt是傳動效率，M是車輛質量，g是重力加速度，fr是滾動阻力系數，ρa是空氣密度，C_D是空氣阻力系數，A是汽車前沿面積，i是爬坡梯度；

步驟(2)中，驗證發動機的功率是否能夠滿足大多數駕駛周期條件下的動力需求的步驟為：發動機最佳工作線控制策略最大限度地利用了功率分流系統的優點，從而減少發動機的道路負載需求，因此，發動機能夠在發動機最佳工作線上找到一個折中的最有效工作點，這樣一來，在工作期間將永遠不可能達到發動機的外部特性的最大功率；發動機最佳工作線的最大功率決定了發動機是否適合此種控制策略；發動機最佳工作線的最大功率應大于發動機輸出功率；發動機選擇之后，根據發動機測繪得到發動機最佳工作線；然后確定發動機工作速度范圍，在選擇速度范圍時可以考慮以下原則：

(1)發動機應在達到最大轉速前達到其最大功率；因此，發動機的最大轉速不宜太低；

(2)考慮到在發動機最佳工作線上發動機輸出功率隨發動機轉速持續增加，發電機二在發動機起動前對車輛供電，因此高的最低發動機轉速會導致高的電力牽引功率，因此，最低發動機轉速不宜太高；

步驟(4)的具體步驟為：動態性能指車輛的最大速度、加速性能和爬坡能力；在選擇發動機和前PG組之后，根據控制策略和功率分流系統的特性，可以在發動機和其他動力部件之間分配任何工作狀態的需求功率；忽略純電力牽引能力和充電狀態對牽引能力的影響，在需求功率小于最大發動機功率時發動機提供全部需求功率；反之，發動機在最大功率點工作，超級電容器提供缺乏需求功率的部分；基于發動機最佳工作線控制策略，當發動機的需求功率確定時，發動機的轉速和扭矩是唯一確定的；此外，根據車速獲得系統輸出軸的轉速；因此，所有其他工作參數通過根據PG組的動力學方程和力學方程可以得到。

2.根據權利要求1所述的功率分流式混合動力客車的多因素綜合參數化設計方法，其特征在于：步驟(3)的具體步驟為：

由于后PG組是固定齒輪圈的減速器，其被用作減速器，對于功率分流系統的特性沒有影響，所以后PG組最初被忽略，并且假定發電機二連接到前PG組的前齒輪圈；

首先，根據裝配約束和邊界約束應滿足條件k₁≥1.5，然后由公式得到以下關系式：

其中，SR的定義為SR＝ω_C1/ω_R1，k₁是前PG組的特征比，mg1和mg2分別表示發電機一和發電機二，T和ω分別表示轉矩和轉速，C1、S1和R1分別表示前PG組的前行星架、前太陽輪和前齒輪圈，e表示發動機，Tout和ωout分別為功率分流系統的輸出轉矩和轉速，γ是后PG組的傳動比，Te為發動機的輸出轉矩，k₂是后PG組的特征比；

得到發電機一轉速和發動機轉速的比值相對于轉速比SR的變化；

然后根據功率分流系統的傳動效率ηt的分析，在1.5到3的范圍獲得最佳前PG組的特征比k₁；功率分流系統的傳動效率ηt定義為功率分流系統的輸出功率P_out與輸入功率P_in的比值，即ηt＝P_out/P_in；

當超級電容器不工作時，P_in＝P_e＝T_eω_e，P_e為發動機的輸出功率；功率分流系統的輸出功率包括電磁功率和機械功率，即P_out＝P_mac+P_ele；機械功率P_mac＝T_ek₁/(1+k₁)ω_R1，由于機械傳動效率遠高于電氣傳輸效率，故假設機械傳動效率為1；電磁功率P_ele的表達式在機械點的前后有變化；

在機械點之前，電磁功率為：P_ele＝T_mg1ω_S1η_mg1η_mg2，其中，ηmg1和ηmg2分別為發電機一和發電機二的傳動效率；機械點之前發電機一和發電機二的傳動效率與功率分流系統的傳動效率相同，功率分流系統的傳動效率ηt表達式為：

在機械點之后，電磁功率變為P_ele＝T_mg1ω_S1/(η_mg1η_mg2)，則功率分流系統的傳動效率ηt表達式為：

根據公式和獲得功率分流系統傳動效率ηt對SR的變化；

在高速比區域，功率分流系統傳動效率ηt隨著k₁的增加而增加，最大效率點隨k₁增加而移動到高速比。