摘 要

随着时代的不断发展，人们的经济水平也在不断地提高，社会也在不断地进步着，但是这种不断地发展导致地球存储的能源日益减少，能源短缺问题越来越严重。为了可持续发展，很多绿色能源被开发出来。在交通上体现的尤为明显，许多公交车变成纯电动公交车，但是纯电动的车还存在缺点，无法满足人们更远、更快的追求，混合动力汽车被开发出来。它相较于纯电动的车多了一套动力源和发电系统，这样就可以让追求更快，更远的人们，获得更大的行驶里程和动力。同时它还可以根据车当时的行驶情况来给使用者推荐最高效的行驶模式，保证了发动机和驱动电机更高的工作效率，并且保证了整车的低油耗和高效率的行驶模式。在当今的社会环境中，在要求节能环保的可持续发展的大背景下，混合动力汽车是发展的必然趋势，并且前景会越来越好。混合动力汽车是依据行驶人员的各种不同的行驶状态对电机和发动机做最合理的各种能量调配，让车辆拥有最佳的动力性、燃油经济性和排放性能。本文根据普锐斯的出厂设置和设计要求，参数匹配在主要部件电动机、发电机、动力蓄电池组和发动机上进行。在GT-drive模块对车辆进行整车建模和仿真运行，研究与分析仿真结果，了解混动汽车动力性和经济性的影响因素。

关键词：混动汽车；动力系统匹配；仿真；GT-drive

Research on Matching Simulation of Hybrid Power Automobile Power System Based on GT-drive

ABSTRACT

With the continuous development of The Times, people's economic level is also constantly improving, the society is also constantly making progress, but this constant development leads to the earth's storage of energy is decreasing, the problem of energy shortage is becoming more and more serious. In order to develop sustainably, a lot of green energy has been developed. This is especially evident in transportation. Many buses have become pure electric buses, but pure electric buses still have shortcomings, unable to meet people's pursuit of farther and faster, so hybrid electric vehicles have been developed. It has an additional power source and power generation system compared to pure electric cars, which will allow people who want to go faster and farther to get more range and power. At the same time, it can also recommend the most efficient driving mode to the user according to the vehicle's current driving conditions, which guarantees the engine and driving motor with higher working efficiency, as well as the vehicle's low fuel consumption and high efficiency driving mode. In today's social environment, under the background of sustainable development requiring energy conservation and environmental protection, hybrid electric vehicle is an inevitable trend of development, and the prospect will be better and better. Hybrid electric vehicle is the most reasonable energy allocation of motor and engine according to various driving conditions of the driving personnel, so that the vehicle has the best power performance, fuel economy and emission performance. According to the factory Settings and design requirements of the prius, the parameters are matched on the main components of the motor, generator, power storage battery and engine. In the gt-drive module, the vehicle was modeled and simulated, the simulation results were studied and analyzed, and the influencing factors of dynamic performance and economy of hybrid vehicles were understood.

Key words：Hybrid Power Automobile；Power system matching；Simulation；GT-drive

目 录

1 绪论 1

1.1 选题背景及其必要性 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 本文研究内容 2

2 混动汽车的动力结构的选型与匹配 3

2.1 混动汽车的定义 3

2.2 混动汽车动力系统的分类 3

2.2.1 串联式混合动力汽车 3

2.2.2 并联式混合动力汽车 4

2.2.3 混联式混合动力汽车 4

2.3 混动汽车动力性能评价指标 5

2.4 混动汽车动力系统结构的选型 5

2.5 丰田普锐斯动力系统结构的匹配策略 6

2.5.1 电动机匹配 6

2.5.2 发动机匹配 6

2.5.3 电池组匹配 7

2.6 本章小结 7

3 混动汽车仿真模型的建立及仿真 8

3.1 仿真软件的简介 8

3.1.1 诸多仿真软件的介绍 8

3.1.2 GT-drive软件的介绍 8

3.2 仿真系统的建立与整车建模 9

3.2.1 动力模块建模 9

3.2.2 整车模块建模 15

3.2.3 控制总成模块建模 20

3.2.4 整车模型 27

3.3 整车仿真结果与分析 28

3.4 经济性分析 28

3.5 动力性分析 31

3.6 本章小结 31

4 混动汽车普锐斯动力性与经济性的分析 32

4.1 参数研究与仿真分析 32

4.1.1 改变发动机排量和改变整车质量 32

4.1.2 改变主减速比 34

4.1.3 改变发动机最低转速 35

4.1.4 改变蓄电池的SOC值 36

4.1.5 综合改变以上所有参数 39

4.2 本章小结 40

结论 47

致谢 48

参考文献 49

1 绪论

1.1 选题背景及其必要性

随着社会的不断发展，人们的经济水平不断提高，汽车已经变成了越来越多人的首选代步工具，已经成为人们生活中不可或缺的一部分。随着汽车被购买的数量值一直在不断地上升，我们赖以生存的环境逐渐被各种汽车污染占据，除此之外，能源的短缺也走进我们的生活。面对这两大问题，我国汽车行业做出了相应的举措，目前主要发展低油耗，低排放的新能源汽车，混和动力汽车可以在满足车辆拥有高效的行驶性能的同时可以有效的减少车辆燃油消耗与尾气排放。混合动力汽车的整体性能包括：动力性，燃油经济性和排放性。各种性能的功能作用的大小取决于车辆的每个部件，以及每个部件之间的协调。优良的混合动力系统是合理匹配发动机和电机的输出转矩，达到改善燃油经济性与排放性的目的^[6]。新型能源汽车的出现解决了能源短缺的问题同时也改善了汽车尾气污染环境的问题，新型能源汽车成为未来汽车行业发展的方向，从今往后，我们的新型能源技术必定会有更好的发展，将会获得越来越多人的关注。在要求节能环保的可持续发展的社会环境中，混合动力汽车是发展的必然趋势，并且前景会越来越好。

1.2 国内外发展现状

目前，混合动力汽车已经成为当今新型能源汽车发展的目标之一，已经成为国内外一些汽车行业、学校以及汽车研究所的主要热门研究对象。于国外来说，美国肯定算得上汽车行业的领航人，早在1990年的时候，戴维斯分校的一个教授Andy Frank发起了混合动力汽车项目的研究。2001年，美国的能源部开设关于插电式混合动力汽车的国家级研发中心，之后几年时间，美国迅速将混合动力市场化，美国将混合动力的相关技术应用到使用高频率车型。像：校车、巡逻车和垃圾车等^[7]。提起丰田，我想作为汽车人没有不知道的。丰田作为全世界混合动力汽车的领跑者，其研发生产的丰田普锐斯在国际市场上成为新能源汽车的销售冠军。普锐斯是在1997年10月底研发成功，同时也是全世界最早大批量生产的混合动力汽车，普锐斯凭借降低了车辆能源消耗和尾气排放这个优势获得了高度的评价，可以称得上混合动力汽车的里程碑。甚至英国的交通部也公布了普锐斯在英国在售的车辆中CO2排放第二最少的车辆。但是我们国内混合动力汽车的研究较迟，随着政府和国家对新型能源汽车的扶持与补助项目的实施，我国混动汽车才缓慢发展起来。我国多家汽车企业都公布各自的混合动力规划，其中包括长安集团、上汽大众、上汽集团、奇瑞汽车、上海华普等国内汽车企业。10年1月到11年9月，国产混动汽车比亚迪F3DM在国内销售量最高为117，在当时这个数字距离我国实现混合动力汽车的产业化存在着巨大的差距^[13]。2011年10月，在北京举办的2011年中国汽车工程学会年会上，有相关人士发表了观点，并且指出混合动力汽车技术方面的瓶颈：“在混合模式下电池组会大功率充电，这将增加其控制的难能和电池的性能要求”^[1]。当前我国混合动力汽车的技术已经达到了突破性的进展，甚至一些汽车企业已经将混合动力汽车作为未来汽车行业方向的竞争型产品，如比亚迪的秦Pro，荣威erx5等。

1.3 本文研究内容

本文针对混合动力汽车来探讨混动汽车的构成与分类、混动汽车的选型、普锐斯的动力系统匹配控制策略、最后使用GT-drive建立普锐斯车辆模型，并对模型进行仿真与分析，以探索影响混动汽车经济性和动力性的因素。

2 混动汽车的动力结构的选型与匹配

2.1 混动汽车的定义

混合动力汽车的车辆牵引系统由两个或更多个系统联合组成，其中单个驱动系统可以单独工作，根据车辆的实际使用情况，车辆的功率由驱动系统单独或共同提供。作为一种交通运输工具，运输的效率与车辆的动力性紧密联系，因此汽车的动力性是所有性能中最基本、最重要的性能^[2]。

2.2 混动汽车动力系统的分类

依据混动汽车的动力联结方式，混合动力汽车分为三类：串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车、混联式混合动力汽车^[2]。

2.2.1 串联式混合动力汽车

串联式混合动力汽车主要动力总成包括发动机、发电机和驱动电机，是三者串联组成的动力系统。串联式混合动力系统结构图如图2.1所示。