混合动力汽车动力总成台架优化方案设计
作者姓名：xxx
指导教师：xxx
【摘 要】能源和环保问题成为21世纪全球最为关注的问题，陆地交通工具是造成这两大问题的罪魁祸首，因此急需一种新的车型取代传统的车型来缓解这些问题，混合动力汽车(HEV)被证明是最近一段时间内的最佳选择车型。混合动力汽车的开发在很大程度上依赖于混合动力试验技术，而先进的试验技术又要由完善的试验设备和较好的试验环境来保证。因而作为混合动力技术开发的一种必不可少的基础设施，混合动力试验台架的研究与开发、试验设备的更新与完善、试验台架的优化布置是非常必要和重要的。
【关键词】混合动力汽车；动力总成台架；台架试验技术
1.引 言
1.1 混合动力汽车开发的背景及意义
珍惜日渐减少的石油资源和保护人类的赖以生存环境，是人类社会迫切需要解决的两大课题,这加速推动了混合动力汽车的发展。与传统燃油汽车相比，纯电动汽车(Eectric Vehivle, EV)具有清洁、安静、高效的特点，但由于电池技术、电机技术等瓶颈的限制，纯电动汽车市场化还需要较长的一段时间。因此，全球众多汽车生产商将重点放在混合动力汽车的研究与开发上。
综合上述可知：由于纯电动汽车在其长寿命、大容量电池等关键技术上在短时间内难以取得实质性的突破，作为传统内燃机汽车向纯电动汽车过渡的车型，混合动力汽车融合了纯电动汽车和传统燃油汽车的优点，将在相当长时间内发挥其独特优势，并已成为当今世界各大汽车公司研究与开发的重点。
1.2 混合动力汽车动力总成台架开发的意义
对于混合动力汽车研发过程中的关键技术，参数匹配（标定）和控制策略的优化研究一直处于仿真阶段，进一步验证需要一个真实的试验环境，而混合动力汽车动力总成试验台架却恰恰能够提供了一个解决关键技术的开发平台，主要用来解决下列问题：
（1）动力总成台架能够为电机、动力电池等各零部件总成提供与整车相同的调试、试验环境，将总成放到真实的试验环境中进行相关的试验，可以针对混合动力汽车的特殊要求进行研究与开发，从而指导各总成的研究方向与重点需要解决的问题；
（2）动力总成台架可以通过工况（试验路谱）循环进行强化试验对各总成部件性能进行评估；
（3）通过台架试验可以解决动力集成的关键技术。如动力切换、换档过程的控制，仿真技术只能提供一个理论上的指导，关键问题的解决需要在试验台架上进行反复试验、调试；
（4）动力总成台架可以对整车控制器进行各项测试；
（5）动力总成台架可以完成整车动力性试验，并且通过工况（试验路谱）循环可以完成经济性的测试。
1.3 研究的主要内容
本文结合自身在为期一年的实习期里接触到的混合动力汽车动力总成试验室试验台架，主要研究内容如下：
（1）简单叙述了混合动力汽车开发的背景与意义以及混合动力汽车动力
总成台架开发的必要性与意义；
（2）对混合动力汽车的定义进行概括，简单介绍了动力总成台架的构成
以及动力总成台架相关的试验技术；
（3）针对混合动力汽车动力总成台架提出布置优化方案，较为详细的提出
了台架线束布置优化方案、试验室试验设备的更新与摆放布置优化方案及台架上位机软件集成优化方案。
2. 混合动力汽车及台架试验技术简介
2.1 混合动力汽车的定义
混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统或共同提供。通常说的混合动力汽车一般是指油电混合动力汽车，主要由发动机和电机作为动力，在一定的工况下可由电机单独提供动力（在汽车上都会有hybrid的标识字样）。
2.2 混合动力汽车动力总成台架的组成以及功能简介
混合动力汽车动力总成台架主要由负载电机（测功机）、Fluke功率分析仪、DWE_FGR型流量传感器、HBM扭矩传感器、CSM数据采集仪器、直流稳压电源、Digatron电池模拟器(迪卡龙大型电源）、Labview操作软件、INCA操作软件、发动机冷却液恒温装置、外循环冷却水塔、动力总成（发动机+变速器）、整车控制器（HCU）、发动机控制器（EMS）、12V蓄电池、电机控制器（PEU）、油泵控制器（OPC）、高压电源线、发动机线束及传感器、进排气系统、输出轴装置（传动半轴）、高位油箱、燃油供给装置等组成[1]。
图2-1 动力总成台架试验室
混合动力汽车动力总成台架可在混合动力汽车研究与开发阶段完成对动力总成（发动机+合成箱）参数匹配与标定、电机（发动机）单独（混合）驱动试验、功能性验证、强化试验（各零部件的性能考核）以及电机油泵 液压试验等相关试验。
2.3 动力总成台架试验技术
针对动力总成台架试验技术本文主要介绍动力总成控制技术和CAN数据通信技术。
2.3.1 动力总成台架控制技术
控制系统是混合动力总成台架的核心，它包括硬件和软件两个部分，其中控制软件的研发是控制系统研发的关键，这首先是需要制定合理的控制策略，而硬件部分则主要为负载调节控制技术。
（1）动力控制技术
① 发动机控制
混合动力汽车在传统汽车基础上增加了电机等新部件，整车控制器（HCU）与发动机控制器（EMS/ECU）相连，整车的需求功率由发动机和电机的功率来进行匹配，根据需求完成两个动力源的实时功率分配，所以发动机需要根据整车的控制要求来进行协调控制，使得发动机工作在效率最优区间，发动机需要根据整车控制器需求的转矩和转速来控制节气门的开度。整车控制器会根据驾驶员依据实际情况操作的加速踏板或制动踏板信号发出转矩和转速要求，最终由发动机控制器实现对节气门执行机构的控制。
② 电机控制
电机控制要求电机工作在恒功率、恒转速区域，还要求有较高的效率和动态性能，且调速范围较大。电机的控制主要分为转速控制和扭矩控制，在混合动力汽车上电机主要用来平衡发动机扭矩输出，能够使得发动机在最佳工作效率区间内工作输出扭矩，而电机的控制由电机控制器根据整车控制器结合整车的需求对电机进行转速、扭矩控制。
（2）负载调节控制技术
动力总成台架采用无锡先锋直流电机（测功机/负载电机）来模拟车辆运行时的负载。该电机的标准参数如下：输入电压400V；额定电流544A；额定转速900rpm；最高转速2000rpm；额定功率198KW；额定扭矩2000N·M，其结构简单、运行稳定、价格实惠、使用维护方便，且输入转速范围宽，控制功率小。通过西门子直流调速器、ABB变频器、台架数采设备等可对负载电机的控制进行一定程度的集成，通过台架上位机LabVIEW操作软件相应的程序可完成对负载电机实现手动以及自动控制，动力总成台架系统框架如图2-2所示。
图2-2 动力总成台架系统框架
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结束语
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致 谢
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参考文献
[1] 赵振宇.混合动力汽车构造、原理与检修[M]. 北京：北京理工大学出版社，2015.
[2] 赵振宇，王慧怡. 新能源汽车技术[M]. 北京：人民交通出版社，2013.
