两挡电动汽车动力传动系统参数匹配设计与优化 ㊣ 精品文档 值得下载

逆向的仿真方法仿真流程图如图，根据道路循环工况速度特性，求电动汽车的加速度，然后依据加速度判断车辆是否为加速过程。

然后分别对加速过程包括等速工况和怠速工况和制动过程进行分析。

加速过程首先判断整车需要功率是否超出驱动电机峰值功率。

如果超出则按时间车速图循环工况速度特性重庆大学本科学生毕业设计论文峰值功率输出。

然后确定驱动电机的输出转速转矩和功率。

根据驱动电机工作特性，计算驱动电机工作效率。

确定动力电池输出功率和荷电状态。

依据电池荷电状态分析动力电池是否仍能提供动能，如果可以继续循环过程，否则报告动力电池能量不足，需要充电。

制动过程考虑驱动电机的再生制动，回收能量。

首先基于能量守恒原理及动力学方程确定驱动电机功率转矩和转速，根据驱动电机工作特性求得电动机效率，然后计算电池回收能量及电池荷电状态。

依据电池荷电状态分析动力电池是否可以继续充电，如果不能，报告电池已经充满，停止充电，并继续循环工况。

本仿真模型不同于现有仿真软件的模块化程序结构，是独立于模块，完全依托编程语言实现电动汽车整车性能仿真。

由于此模型基于电动汽车动力传动系统的工作原理建立，具有很强的通用性，设计者可以根据电动汽车的实际要求进行设计仿真。

最后可以输出电动汽车速度特性曲线加速度曲线续驶里程和动力电池荷电状态变化情况等，从而验证参数匹配设计是否达到相关技术指标。

仿真结果分析速度特性曲线图是整车性能仿真速度特性输出结果。

图中虚线为循环工况速度特性曲线，实线为电动汽车实际速度特性曲线。

从图中不难看出，电动汽车实际速度曲线基本符合循环工况要求。

由于受电动汽车的最高车速的限制，未能达到循环工况最高车速的要求。

由此可以判断电动汽车的动力性之最高行驶车速。

荷电状态曲线图表示单个循环工况中，动力电池荷电状态随运动时间的变化情况。

从曲线的变化趋势不难看出，曲线下降表明电动汽车处于加速过程包括等速行驶工况曲线水平表明电动汽车处于怠速状态曲线上升表示电动汽车处于再生制动过程。

电动汽车整车性能建模仿真图电动汽车整车性能仿真流程图开始由道路循环模型确定，结合计算加速度计算电动机需要输出功率计算电机输入功率扭矩转速根据和，计算电机效率根据和，计算电机效率确定电动机输出功率扭矩转速计算动力电池吸收功率计算动力电池输出功率根据锂离子电池模型，计算电池荷电状态计算车速结束重庆大学本科学生毕业设计论文时间荷电状态图整车仿真速度特性曲线图锂离子电池荷电状态时间车速电动汽车整车性能建模仿真循环工况续驶里程由整车仿真模型求得单循环行驶里程为，略小于循环工况行驶里程。

电动汽车的续驶里程为，与第三章初步验证模型求得的工况续驶里程相近，同时验证了第三章中续驶里程初步验证模型的可行性。

基于的电动汽车性能仿真利用目前电动汽车领域大量使用的软件，对本课题中设计的电动汽车动力传动系统进行整车性能仿真，并和本课题中的所建模型的仿真结果进行比较，验证本课题中建立的电动汽车整车性能仿真模型的可行性。

简述是美国可再生能源实验室为支持能源汽车的发展而开发的软件。

是在软件环境下开发的仿真软件，年开始使用，可以仿真传统汽车电动汽车燃料电池汽车和混合动力汽车等多种汽车。

也是目前世界上能免费下载和用户数量最多的电动汽车仿真软件。

采用逆向和正向相结合的建模方法。

正向模型需要驾驶员输入加速和制动情况，然后根据输入值计算汽车传动系的转矩转速和能源利用率。

其计算从动力源开始，通过动力传动系统传到驱动轮，最终给计算轮胎与地面接触处的受力情况。

逆向模型不包括驾驶员模型，车辆运动所需的力直接由循环工况速度特性计算得到，反推计算动力传动系各个部件的功率流，用迭代的方法预测汽车的各项性能。

逆向模型的计算简单快速，但由于缺乏加速和制动操作模型，在研究控制系统方面有定缺陷。

仿真软件基于模块化的建模理念，他的子模块可以很方便地被扩充和改进，用户可以根据需要，便捷的搭配不同结构的车辆模型，其复杂完善的求解器可以确保计算的精度和速度。

系统分为输入脚本仿真模型输出脚本和控制脚本四个部分。

输入脚本用于定义工作空间的变量和调用其他的脚本，他包括车辆定义文件和部件数据文件两部分输出脚本的作用是对仿真结果进行后处理，包括绘图程序和查错程序两部分仿真模型包括用于仿真计算的各种方程式控制脚本用于控制仿真程序的运行，他包括界面供用户选择不同的仿真功能。

的仿真流程如图。

重庆大学本科学生毕业设计论文仿真软件采用人性化的图形操作界面，主要包括整车输入窗口仿真参数设置窗口和仿真结果窗口。

整车输入窗口包括车辆定义文件和部件数据定义文件两个部分。

用户可以通过两种方式来定义车辆文件，种是中保存的包括和在内的种电动汽车数据文件种是中保存的传统汽车电动汽车燃料电池汽车和混合动力汽车等种类型传动系统。

用户可以选择相似的车辆文件，根据需要在此基础上修改相关参数。

用户还要依据需要仿真的部件特性修改对应的部件文件。

在仿真参数设置窗口中设置仿真道路循环工况，选择仿真项目。

提供了和等种各国标准道路循环。

仿真结果窗口输出的仿真结果包括仿真参数图，能够同时显示任意部件参数值随仿真时间的变化情况仿真报告，包括燃料消耗率行驶距离有害气体排放加速度和爬坡能力报告能源消耗图，报告各个部件在做功模式和能量再生模式的输入能量输出能量损失能量和效率比较仿真，该功能可以同时打开个仿真结果文件和测试数据文件，并将它们显示在同副坐标图上进行比较。

提供了条形图和极坐标图两种方式进行比较。

重放功能，在可视化的上动态显示仿真结果，界面与交互式仿真的相同。

图仿真流程图电动汽车整车性能建模仿真建立电动汽车整车模型整车输入窗口参数设定根据软件的特点，在中选择电动汽车的动力传动系统结构。

该软件提供的电动汽车模型的动力传动系统结构由动力电池驱动电机变速器减速器和驱动轮组成，和本课题研究的电动汽车动力传动结构相同。

因此本课题在电动汽车模型的基础上，对各模块数据进行修改，建立整车性能仿真模型。

图为本课题的电动汽车整车性能仿真模型，其包括循环工况车身车轮车轴变速器驱动电机及控制器电动汽车附件动力电池等模块。

电动汽车整车性能仿真整车输入窗口如图需要设定的模块包括车身动力电池驱动电机传动系车轮车轴电动汽车附件和控制策略。

表列出了本课题中整车输入窗口所设定的模块文件名更改的相关参数及其对应英文名，其余未提及的参数保持原有模型数据。

其中车身模块文件名包括空气阻力系数汽车迎风面积和汽车整车质量车轮车轴模块文件名包括车轮滚动半径和滚动阻力系数传动系模块文件名包括变速器档位数各挡传动比和主减速器传动比驱动电机模块文件名包括电动机转速转矩最大转矩和电动机质量动力电池模块文件名包括锂离子电池电容电压充电内阻放电内阻及电池组数目。

另外电动汽车附件文件名和控制策略模块文件名选用电动汽车模型中相应模块的参数文件。

为验证本课题中建立的仿真模型的可行性，整车参数的设定应与本章第二节图电动汽车整车性能仿真模型重庆大学本科学生毕业设计论文中的仿真模型保持致。

因此参考此前建立的模型，为表中列出的各模块文件中的变量赋值。

表整车输入窗口各模块基本参数变量名英文名车身模块空气阻力系数汽车迎风面积汽车整车质量车轮车轴模块车轮滚动半径滚动阻力系数传动系模块变速器档位数变速器传动比主减速器传动比驱动电机模块电动机转速电动机扭矩电动机最大扭矩电动机质量动力电池模块电池电容放电内阻充电内阻电池电压电池最低电压电池最高电压电池组数目仿真参数设定整车参数设定完成以后，需要进步对仿真参数进行设定，图为仿真参数输入窗口。

此过程主要是选择整车性能仿真需要用到的道路循环和需要仿真的项目如爬坡性加速性等。

电动汽车整车性能建模仿真图整车参数输入窗口图仿真参数设置窗口重庆大学本科学生毕业设计论文仿真道路循环参考本章第二节中的仿真模型，选择常用的循环工况。

在软件的中选择选项如图。

仿真项目结合本次课题，对整车性能的仿真项目应包括动力性最高行驶速度加速性和爬坡度经济性续驶里程和循环工况运行情况等。

在软件中选择和，并设定相关参数。

仿真结果比较动力性仿真结果比较表中列出了本文所建仿真模型和软件的动力性仿真结果，从表中可以看出本文所建模型与仿真结果相差左右。

表动力性仿真结果比较本文所建模型仿真仿真偏差最高车速时爬坡度加速时间工况续驶里程循环工况仿真结果图为循环工况的仿真结果，上面的图为电动汽车的实际行驶速度和循环工况速度特性曲线的对比，下面的图为动力电池荷电状态随电动汽车的运动情况。

和本课题所建模型的相应仿真结果图和图比较可以看出速度特性基本相符，区别主要在于最高行驶车速的细微差别动力电池荷电状态变化趋势大致相本思想是借助罚函数把约束问题转化为无约束问题，进而使用无约束最优化方法求解。

由于非线性约束，不能用消元法将问题转化为无约束问题，因此在求解时既要使目标函数下降，又要求满足约束条件。

实现的途径是将目标函数和约束条件组成辅助函数，把原来的约束条件转化为辅助函数的极小化问题。

根据惩罚函数原理，由公式可以得到适应度函数为式中且为罚因子的计算式为由公式的构造不难看出，当优化变量在可行域时从而有但当优化变量不在可行域时可以视为对优化变量脱离可行域的种惩罚，其作用是在目标函数极小化优化过程中，迫使迭代点靠近优化可行域，便于求得最优解。

电动汽车动力传动系统参数优化基于遗传算法的动力传动系统优化结果根据公式和公式，在中编写用于遗传算法优化的适应度函数，启用优化工具箱的图形界面优化工具，选择遗传算法求解器。

在适应函数栏输入编写的适应度函数，变量个数输入，并设定变量的搜索范围，单击按钮进行遗传算法优化。

遗传算法优化界面如图所示。

遗传算法工具箱经过次迭代，适应度值趋于稳定。

基于遗传算法的动力传动系传动比优化结果见表。

重庆大学本科学生毕业设计论文表动力传动系传动比优化结果优化后优化前主减速器传动比变速器档传动比变速器二档传动比循环工况续驶里程传动系传动比优化前后整车性能比较在本章第二节中基于遗传算法对动力传动系统传动比进行了优化，使循环工况续驶里程得到有效提高，但对电动汽车整车性能影响如何需要分析，在本节中将对最高行驶车速最大爬坡度和电池荷电状态在优化前后的变化情况进行逐个分析。

最高行驶车速比较图遗传算法优化界面电动汽车动力传动系统参数优化根据第三章中对电动汽车最高行驶车速的分析可知，电动汽车的最高行驶车速受传动系传动比驱动电机工作特性和行驶阻力的影响，从驱动力行驶阻力平衡图可以直观的看出最高行驶车速的情况。

使用编程得到优化前后驱动力行驶阻力平衡图如图。

由图不难看出，传动比优化后，驱动力得到更有效利用，根据公式计算得电动汽车的最高行驶车速达到，比优化前提高。

因此优化动力传动系统传动比后最高行驶车速不仅能够满足最高行驶车速设计要求，还使其有了很大提高。

最大爬坡度比较根据公式计算传动系传动比优化