[发明专利]功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法

权利要求书

1.一种功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、选择合理的发动机控制策略；

(2)、基于稳态运行的要求选择发动机；该步骤包括发动机输出功率的理论计算和验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求；

(3)、根据传动效率和车辆工作性能确定前PG组的特性比，其中前PG组是功率分流传动装置；步骤为：首先确定前PG组特征比的边界，然后基于功率分流系统的传动效率和车辆工作性能获得前PG组的最佳特征比；

(4)、根据动态性能和运行要求确定功率分流系统的其他部件；

步骤(2)中，发动机输出功率的理论计算步骤为：通过如下公式获得在稳态运行条件下所需的发动机输出功率：

其中，Pe是发动机输出功率，Va是车速，ηt是传动效率，M是车辆质量，g是重力加速度，fr是滚动阻力系数，ρa是空气密度，C_D是空气阻力系数，A是汽车前沿面积，i是爬坡梯度；

步骤(2)中，验证发动机的功率是否能够满足大多数驾驶周期条件下的动力需求的步骤为：发动机最佳工作线控制策略最大限度地利用了功率分流系统的优点，从而减少发动机的道路负载需求，因此，发动机能够在发动机最佳工作线上找到一个折中的最有效工作点，这样一来，在工作期间将永远不可能达到发动机的外部特性的最大功率；发动机最佳工作线的最大功率决定了发动机是否适合此种控制策略；发动机最佳工作线的最大功率应大于发动机输出功率；发动机选择之后，根据发动机测绘得到发动机最佳工作线；然后确定发动机工作速度范围，在选择速度范围时可以考虑以下原则：

(1)发动机应在达到最大转速前达到其最大功率；因此，发动机的最大转速不宜太低；

(2)考虑到在发动机最佳工作线上发动机输出功率随发动机转速持续增加，发电机二在发动机起动前对车辆供电，因此高的最低发动机转速会导致高的电力牵引功率，因此，最低发动机转速不宜太高；

步骤(4)的具体步骤为：动态性能指车辆的最大速度、加速性能和爬坡能力；在选择发动机和前PG组之后，根据控制策略和功率分流系统的特性，可以在发动机和其他动力部件之间分配任何工作状态的需求功率；忽略纯电力牵引能力和充电状态对牵引能力的影响，在需求功率小于最大发动机功率时发动机提供全部需求功率；反之，发动机在最大功率点工作，超级电容器提供缺乏需求功率的部分；基于发动机最佳工作线控制策略，当发动机的需求功率确定时，发动机的转速和扭矩是唯一确定的；此外，根据车速获得系统输出轴的转速；因此，所有其他工作参数通过根据PG组的动力学方程和力学方程可以得到。

2.根据权利要求1所述的功率分流式混合动力客车的多因素综合参数化设计方法，其特征在于：步骤(3)的具体步骤为：

由于后PG组是固定齿轮圈的减速器，其被用作减速器，对于功率分流系统的特性没有影响，所以后PG组最初被忽略，并且假定发电机二连接到前PG组的前齿轮圈；

首先，根据装配约束和边界约束应满足条件k₁≥1.5，然后由公式得到以下关系式：

其中，SR的定义为SR＝ω_C1/ω_R1，k₁是前PG组的特征比，mg1和mg2分别表示发电机一和发电机二，T和ω分别表示转矩和转速，C1、S1和R1分别表示前PG组的前行星架、前太阳轮和前齿轮圈，e表示发动机，Tout和ωout分别为功率分流系统的输出转矩和转速，γ是后PG组的传动比，Te为发动机的输出转矩，k₂是后PG组的特征比；

得到发电机一转速和发动机转速的比值相对于转速比SR的变化；

然后根据功率分流系统的传动效率ηt的分析，在1.5到3的范围获得最佳前PG组的特征比k₁；功率分流系统的传动效率ηt定义为功率分流系统的输出功率P_out与输入功率P_in的比值，即ηt＝P_out/P_in；

当超级电容器不工作时，P_in＝P_e＝T_eω_e，P_e为发动机的输出功率；功率分流系统的输出功率包括电磁功率和机械功率，即P_out＝P_mac+P_ele；机械功率P_mac＝T_ek₁/(1+k₁)ω_R1，由于机械传动效率远高于电气传输效率，故假设机械传动效率为1；电磁功率P_ele的表达式在机械点的前后有变化；

在机械点之前，电磁功率为：P_ele＝T_mg1ω_S1η_mg1η_mg2，其中，ηmg1和ηmg2分别为发电机一和发电机二的传动效率；机械点之前发电机一和发电机二的传动效率与功率分流系统的传动效率相同，功率分流系统的传动效率ηt表达式为：

在机械点之后，电磁功率变为P_ele＝T_mg1ω_S1/(η_mg1η_mg2)，则功率分流系统的传动效率ηt表达式为：

根据公式和获得功率分流系统传动效率ηt对SR的变化；

在高速比区域，功率分流系统传动效率ηt随着k₁的增加而增加，最大效率点随k₁增加而移动到高速比。