電力傳動技術范文

前言：我們精心挑選了數(shù)篇優(yōu)質電力傳動技術文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

電力電子與電力傳動技術在發(fā)展過程中伴隨著傳輸功率的交流傳動，本文回顧了電力牽引傳動控制技術歷史并揭示了這些技術的密切關系，重點在于研究我國目前的電力牽引發(fā)展情況和前景，旨在于讓同行們加強交流，讓電力牽引傳動技術更好的服務于車輛裝備和鐵路機車制造業(yè)。

【關鍵詞】電力牽引 交流傳動 控制 電力 電子器件

在很早的時候，電氣傳動技術系統(tǒng)剛剛引入牽引機車的技術領域，第一臺電力驅動的機車于1879年問世，兩年后也就是1881年成功實現(xiàn)了城市電動機車的大規(guī)模鋪開，西門子公司于1891發(fā)明了三相交流電源直接測試的電動機車，該機車使用的是線式轉子異步牽引電動機，直到今天，單相交流供電的電力牽引與控制技術仍然在飛速的發(fā)展中，測試車輛的規(guī)模也日益變大。交流變換技術系統(tǒng)規(guī)模過于龐大，能量轉換效率低，電能轉換機械能過程中的影響因素非常多，這樣的電力牽引力不適用我國現(xiàn)有的鐵路運輸系統(tǒng)。

1955年，整流器的發(fā)明標志是機車電力牽引傳動技術開始進入實踐動態(tài)。1957年可控硅整流器（即普通晶閘管）的發(fā)明，標志著電力牽引時代的出現(xiàn)，大功率電子硅整流技術廣泛應用于機械傳動系統(tǒng)，這個技術使機車傳動和電力傳動系統(tǒng)從內燃機-直流或直流電動機向交流電動機轉變。1965年，晶閘管的機車牽引動力系統(tǒng)出現(xiàn)了，各國的鐵路運輸系統(tǒng)廣泛采用晶閘管電力傳動系統(tǒng)。大功率可關斷晶閘管（GTO）的出現(xiàn)和發(fā)展推動了微機控制技術，在20世紀70年代，交流-直流-交流的傳動系統(tǒng)取代了交流-直流的傳輸模式，至今仍在不斷的進行迭代更新。

1 科學技術的發(fā)展，交流電動機作為牽引電機具有獨特的優(yōu)勢

（1）交流電機體積小，重量輕，功率大，小體積解決了安裝時占用空間過大的問題，電動機的重量輕，減少地面設備的體積，有利于提高機車輪軌力，以滿足大功率、高轉速的高速動態(tài)要求。

（2）交流電機的速度和保持恒功率范圍比較大，有利于實現(xiàn)通用式的機車以滿足運輸乘客和貨物的需求。

（3）交流電動機沒有換向器、電刷磨損和清除器等易損設備，提高了整個電力牽引傳動系統(tǒng)的可靠性，降低制造成本和維護成本。

（4）交流感應電動機具有牽引性能優(yōu)良的自然特征，有助于提高在復雜地形的利用率，更好地發(fā)揮電力牽引力的控制作用。

雖然交流電動機，特別是異步電動機具有特殊的優(yōu)點，但在上世紀70年代之前，通過簡單的控制的直流電機得到了廣泛的使用，電力電子開關與晶閘管整流裝置工藝的改進致使直流傳動系統(tǒng)更加普及。隨著快速晶閘管基礎的牽引電機出現(xiàn)，以快速晶閘管變流器為單元的內燃機滑動車組DE-2500內燃機車問世了，交流傳動控制技術領域開啟機車車輛設備的新紀元。

2 交流傳輸線控制優(yōu)勢

1983年，5臺大功率BR120交流傳輸線控制的電力機車誕生于德國聯(lián)邦鐵路，BR120機車的總體布置、系統(tǒng)設計和參數(shù)選擇更加優(yōu)化，電路結構和材料的主要成分都有所更新，如臥式水平主變壓器、牽引變流器、牽引電機空心軸和萬向節(jié)等，在外觀設計和輔助變流器上都成功地進行了嘗試，建立了機車電力牽引設計和運行的基本模式，交流傳動不僅優(yōu)于直流電機，采用新技術后帶來了更多的優(yōu)勢：

（1）機車廣泛使用四象限脈沖變流器，大大降低電流諧波分量的電源網(wǎng)絡，提高供電質量，提升通信信號的抗干擾能力。

（2）交流傳動可以實現(xiàn)電網(wǎng)功率的高效能量轉換，降低電網(wǎng)能量損耗，多方向的反饋結果是網(wǎng)絡質量好，節(jié)能效果也很優(yōu)異。

（3）前后機車牽引制動操作無需轉換，開關位置的變化可以通過主電路控制，整個系統(tǒng)簡單可靠。

發(fā)達國家已經(jīng)進入大規(guī)模的軌道交通系統(tǒng)，交流傳動的研究和開發(fā)，以及評估技術更新都完成的比較徹底，交流傳動車輛取代了直流驅動產(chǎn)業(yè)，形成了自己的新干線，已經(jīng)成為鐵路運輸?shù)默F(xiàn)代化符號，鐵路管理實現(xiàn)高速發(fā)展。在發(fā)展的過程中，發(fā)展電力電子器件的基本技術就是交流傳動技術。第一代機車采用快速晶閘管變流器單元結構復雜，效率較低，可靠性和可維護性都不突出。GTO在80年代問世，之后大功率交流傳動系統(tǒng)迅速應用于機車組，并且伴隨著性能的改進。在上世紀90年代，IGBT高壓裝置提高了電源轉換器和更新的效果。同時，控制發(fā)展進步的基礎還是對交流傳動的控制技術，目前有可控硅移相開關控制，脈沖PWM控制和四象限整流控制，還有磁場定向控制和直接轉矩控制等。

微電子技術、信息技術和通信傳輸技術的進步也使控制裝置從模擬數(shù)字電路轉向復雜控制，并逐步使其操作簡單化，現(xiàn)代網(wǎng)絡控制的模塊也在單片機和微處理器質量提升的推動下不斷提高，發(fā)展為8位，32位和64位的浮點運算程序，每一點科技的進步都會大大提高電力牽引傳動控制技術的處理能力。這個龐大系統(tǒng)得益于電力電子技術的發(fā)展水平，牽引力的交流傳動系統(tǒng)依賴于技術的革新。

3 我國機車電力牽引系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀

1958年年底，我國生產(chǎn)的電力機車主表，即機車電力機車是前蘇聯(lián)的直流型電力機車為模型，根據(jù)中國鐵路的規(guī)范研制而成，當時大功率電子器件還不成熟，整流器件是電力機車運行試驗后通過環(huán)形鐵路客車車輛。1962年，前后共5個單元投入到寶鳳線試運行，由于主要設備（調壓開關、牽引電機等）技術和質量問題仍然存在，特別是引燃管整流難以達到實際使用的要求，因此電力機車不能大規(guī)模生產(chǎn)。隨后中國的發(fā)展工業(yè)、電力電子整流二極管的高功率開始進入實用階段，機車電力牽引技術在該技術的基礎上形成了新型電力機車，交流-直流電力機車大規(guī)模使用，從1969年開始直到1988年停產(chǎn)，共計826臺，我國機車交流-直流電傳技術在這個周期內廣泛應用。

可控硅式裝置使機車電力牽引傳動技術上了一個新臺階，通過二極管整流級壓力控制形成了最新型的電力牽引傳動技術，在SS3型電力電路中使用調壓變壓器，在低壓側之間的牽引開關和相控晶閘管調壓相結合的平滑調速技術，使機車獲得更好的調速性能。無級調壓和交流-直流傳動軸重載貨運電力機車構成一個相控晶閘管的一系列產(chǎn)品，該型機車由2部分相同的4軸電力機車重新連接每個部分，使機車的性能和質量大大提高，成為我們的主要干線運輸機車。

我國機車電傳動技術已走過50余年的發(fā)展里程，取得了巨大進步，鐵路運輸從速度和功率已被用到技術極限的交-直傳動邁入速度更快、功率更高的交流傳動的階段，但這項技術的創(chuàng)新和開拓是永無止境的，它必將隨著相關技術的發(fā)展而不斷提高到更新的水平上，為我國的社會主義現(xiàn)代化建設做出貢獻，進而走向世界，在高速、重載鐵路牽引設備領域與世界先進企業(yè)同臺競爭。

參考文獻

[1]Ruge W.從GTO變流器到IGBT變流器看傳動技術的發(fā)展（二）[J].流技術與電力牽引，2016（01）.

[2]張波，楊萬坤，李杰波.世界鐵路牽引發(fā)展50年. 鐵道機車車輛，2015（12）.

[3]張大勇.我國機車電傳動技術的發(fā)展[J].機車電傳動，2011（05）.

[4]張瑩，楊利軍.交流傳動電力機車發(fā)展的重要因素――新型電力電子器件[J].電氣開關，2015（04）.

作者簡介

王森（1983-），男。現(xiàn)為哈爾濱鐵路局供電處工程師。主要研究方向為牽引供電。

第2篇

[關鍵詞]HXD1D型交流傳動電力機車；輔助系統(tǒng)；不間斷供電技術

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）21-0035-01

HXD1D型交流傳動電力機車其是以自主化技術為基礎研制的，此類電動機車總體參數(shù)良好，且功率極大，牽引能力更強，實際運行中的加速性能十分優(yōu)越，運行安全可靠、節(jié)能環(huán)保，市場發(fā)展?jié)摿Υ螅蛇m用于各類鐵路客運牽引地區(qū)。此種機車是以主輔一體化牽引變流器而實現(xiàn)運行的，輔助電氣系統(tǒng)則包括輔助電路與設施、列車供電系統(tǒng)，而其輔助電路則以輔助逆變器實現(xiàn)供電，可有效輔助逆變器、變流器共同間的直流環(huán)節(jié)，但HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)不間斷供電技術應用中存在諸多不足之處。因此，探討HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)不間斷供電技術應用有著極大現(xiàn)實意義。

一、 我國干線鐵路電氣化建設現(xiàn)狀分析

我國干線鐵路電氣化建設中的接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)均使用的是三相供電，而為了保證電力系統(tǒng)三相負載處于平衡狀態(tài)，供電系統(tǒng)則使用分段換相供電。為了有效防止相間短路，通常均是于各個相間設置無電區(qū)域，此為分相區(qū)。現(xiàn)階段的鐵路接觸網(wǎng)均是隔20-30km設置1個分相區(qū)，而機車通過分相區(qū)時，司機均需將牽引/制動手柄回零，從而及時斷開主斷路器，慣性通過分相區(qū)時可及時閉合主斷路器，保證其過分相時的主斷路器斷、合均被嚴格控制，亦可以系統(tǒng)自動完成。

近年來，我國軌道交通運輸業(yè)發(fā)展飛速，各項技術裝備亦逐漸成熟，機車運營速度也不斷提升。干線鐵路機車于30min內可通過1-3個分相區(qū)，而于此情況下，若機車運用傳統(tǒng)機車主輔電路結構，這時輔助機組啟停次數(shù)及其蓄電池組充放電頻率可被提高，設備開關器件的通斷次數(shù)則持續(xù)增多，這則縮短了設備壽命。分相區(qū)中的主壓縮機停止不工作，導致機車與后端列車供風中斷，如果后部車輛用風設備被大量使用，導致總風壓力降低，這時車輛應用受到較大影響。如果機車過分相時的輔助系統(tǒng)繼續(xù)供電，其可延長部件與車輛的使用時間。

二、 HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)供電工況

1、 機車正常牽引下工況

處于該工況下的變壓器6組牽引繞組分別于2個牽引變流器中的6個整流模塊，并提供相應的單相交流電，之后則通過中間直流環(huán)節(jié)于6個主逆變器、2個輔助逆變器，再為其提供電源，6個主逆變器可為6臺牽引電機提供獨立供電，其間2個輔助逆變器可為輔助負載提供相應的定頻定壓及變頻變壓電源。

2、 機車再生制動工況

牽引變流器中的6個主逆變器工作于整流工況下，6個整流模塊則可以當時輔助負載具體需求容量工作于整流狀態(tài)及逆變狀態(tài)下，以保證牽引變流器間的電壓穩(wěn)定于準確值中。如果6臺牽引電機再生制動產(chǎn)生的能量滿足兩路輔助系統(tǒng)的電能，6個整流模塊則處于逆變情況，從而導致多出的電能及時反饋；亦或者是再生制動力小時，6臺牽引電機再生制動生成的能量可充分滿足其負載需求，6個整流模塊會于牽引繞組中獲得所需的能力，工作于整流狀態(tài)下，可為直流環(huán)節(jié)提供相應的電能，從而保證中間直流環(huán)節(jié)電壓穩(wěn)定，并滿足輔助負載中需要的電能；若牽引電機再生制動所產(chǎn)生的電能可滿足變頻變壓支路輔助負載需要的供電需求，并保證其極具富余能力，此種電機產(chǎn)生的電能根本適應不了定額定壓支路輔助負載供電需求，而這時的整流模塊均工作于逆變工況中，從而把多余電能及時反饋，并將直流環(huán)節(jié)中的電源有效穩(wěn)定，保證輔助系統(tǒng)負載可獲得相應的電能。

3、 機車過分相工況

機車進入分相區(qū)域時，其牽引系統(tǒng)由網(wǎng)絡系統(tǒng)獲得相應的信號，牽引力均是根據(jù)規(guī)定大小實現(xiàn)卸載，最終牽引系統(tǒng)會有效轉至再生制動工況下，這時的主斷路器會自動斷開，四象限整流器模塊被封鎖。系統(tǒng)則以機車進入分相前輔助系統(tǒng)需要的實際容量控制，從而保證機車再生制動，這時的再生制動所產(chǎn)生的電能可為負載電源。為了保證機車于不良條件下有效通過分相區(qū)，而HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)可充分滿足不間斷供電需求。

三、 輔助系統(tǒng)不間斷供電技術

1、 保證供電系統(tǒng)運行

列車供電系統(tǒng)主要是對機車后部客運車廂提供相應的電能，列車供電柜為供電系統(tǒng)的重要內容，其電路多分為主電路、輔助電路、控制電路、電子電路等，列車柜體中往往具備2路獨立且相同的互相控制整流與輔助電路，以LC濾波電路與供柜輸入電源均來自2個860V的列供繞組，其可以內部相控整流，濾波之后則提供600V直流供電。列車供電系統(tǒng)具備相應的交流短路保護更能，其交流過壓吸收保護功能與直流過載保護功能等十分良好。

2、延長設備應用時間

此項技術可有效降低機車輔助系統(tǒng)設備啟停次數(shù)，且輔助負載中的設施設備電流通斷頻率會隨之降低，以延長設施設備應用時間。輔助系統(tǒng)不間斷供電于機車過分相控制電源柜可連續(xù)控制電路中的負載供電，并為蓄電池快速充電，無需以蓄電池維持并控制電路負載運轉，從而有效延長蓄電池應用時間。

3、增強機車穩(wěn)定性

此項技術可有效確保主壓縮機于過分相之前實現(xiàn)不間斷工作，從而保證機車具備相應的風量，以便保證后部車輛用風正常。機車于分相區(qū)時，傳統(tǒng)機車控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)等設施設備均是以蓄電池實現(xiàn)供電，如果蓄電池發(fā)生故障，則嚴重影響機車安全運行，會導致列車停止運行。HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)于分相區(qū)時，可有效控制電源模塊供電，控制電源模塊具備良好的冗余性，盡管控制電源模塊發(fā)生故障時，則可以蓄電池實現(xiàn)供電，從而有效增強機車穩(wěn)定性。

4、降低操作強度

此項技術可有效確保機車于分相區(qū)時，快速恢復分相區(qū)之前的狀態(tài)，以便確保空調、暖風機、微波爐、燒水壺等設施設備連續(xù)使用，從而有效降低操作強度，合理改善司乘人員的工作環(huán)境。

結束語

HXD1D型交流傳動電力機車現(xiàn)已大批量的投入運營，且其整體使用情況十分良好，輔助系統(tǒng)不間斷供電技術優(yōu)越性被用戶逐漸發(fā)掘，并得到社會各界的認可。此項技術提高了機車輔助系統(tǒng)設施設備使用效率，并延長了其使用時間，機車與設備可靠性被有效提高，且能夠有效改善工作人員的操作。本文對我國干線鐵路電氣化建設現(xiàn)狀進行了分析，探討了HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)供電工況，簡析了輔助系統(tǒng)不間斷供電技術，為HXD1D型交流傳動電力機車輔助系統(tǒng)安全運行提供參考依據(jù)。

參考文獻

[1] 顏罡，李希寧，劉 勝. OZ-Y 型交流傳動電力機車主輔電路[J].電力機車與城軌車輛，2010（04）.

[2] 康明明，張彥林. HXD1C 型大功率交流傳動電力機車主電路[J].電力機車與城軌車輛，2012（05）.

第3篇

（1. State Key Laboratory of Mechanical Transmission，Chongqing University，Chongqing 400030，China；

2. Shanxi Euease Automobile Co，Ltd，Xi'an，Shanxi 710043，China）

Abstract：The vehicle's fuel economy and emission are determined by parameters of power train and control strategy. In order to reduce the fuel consumption of plug-in hybrid electric vehicles(PHEV), the hybrid degree, gear ratio, final ratio and parameters for control strategy are chosen as orthogonal design factors. With the objective of achieving minimal fuel consumption under driving cycles, the optimal matching scheme for parameters of power train and control strategy is acquired by orthogonal design method. The simulation of performance and fuel economy is carried out with the model for plug-in parallel hybrid electric vehicles, and the results show that the fuel consumption is decreased by 5.58% after parameter optimization.

Keywords：plug-in hybrid electric vehicle；power train；control parameter；orthogonal design

近年來，插電式混合動力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）因其可以使用外接電網(wǎng)充電，純電動行駛里程長，節(jié)油率高，成為許多國家新一代電動汽車發(fā)展計劃中實現(xiàn)車輛節(jié)能減排的重要技術途徑之一。如何優(yōu)化PHEV的動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配和控制策略，是提高整車燃油經(jīng)濟性的關鍵。

王加雪等[1]運用理論計算與實際循環(huán)工況功率需求分析相結合的方法對PHEV進行動力系統(tǒng)功率匹配，結果表明該方法使整車功率匹配優(yōu)化。Karbowski和Sharer等[2-3]應用全局最優(yōu)控制策略對PHEV在不同行駛循環(huán)工況下的性能研究表明，“混合控制”模式優(yōu)于“消耗-保持”模式。趙韓等[4]運用正交試驗設計方法對主要影響燃油經(jīng)濟性的因素進行了匹配和優(yōu)化，找出各因素影響的主次順序并得出其優(yōu)化水平，完成了對混合動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化。

在已經(jīng)研制成功的陜汽插電式混合動力公交客車樣車基礎上，根據(jù)整車動力性和純電動里程新要求重新確定了PHEV動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)設計方案，再利用正交試驗方法，選取混合度、變速器傳動比、主減速器傳動比和整車控制參數(shù)作為正交設計因素進行正交試驗設計，以汽車行駛工況油耗最小為目標，優(yōu)選出整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)的最佳匹配方案。利用基于Advisor軟件平臺建立的插電式并聯(lián)雙離合器混合動力客車仿真模型，進行整車動力性和燃油經(jīng)濟性仿真分析。

1 整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)選擇

1.1 動力傳動系統(tǒng)結構

陜汽歐舒特PHEV結構如圖1所示。一般情況下，汽車采用純電動驅動起步并在低速時保持純電動運行模式，當車速提高到中高速時，切換至純發(fā)動機模式驅動；當遇到急加速或爬陡坡時，轉入混合模式驅動；當汽車減速制動時，則切換至再生制動能量回收模式。整車主要參數(shù)為：整備質量m0=12 000 kg；滿載質量m=16 500 kg；空氣阻力系數(shù)CD=0.65；迎風面積A=7.85 m2；滾動阻力系數(shù)f=0.011；傳動效率ηt=0.85；車輪滾動半徑r=0.47 m。整車的動力性能指標見表1。

1.2 發(fā)動機功率的選擇

發(fā)動機排量對整車燃油經(jīng)濟性影響很大，為此選擇了兩種不同的設計方案。第1種方案是以滿足汽車最高車速行駛，同時能夠長時間連續(xù)爬坡的功率需求來確定發(fā)動機功率，見式（1）。再加上發(fā)動機附件和空調消耗功率，選取發(fā)動機額定功率為132 kW/2 500（r•min-1）。第2種方案是根據(jù)汽車的最高車速確定發(fā)動機功率，并加上發(fā)動機附件和空調消耗功率，選取發(fā)動機額定功率為105 kW。

， （1）

式中：Pe為發(fā)動機功率；va為行駛車速；g為重力加速度；α為道路坡度。

1.3 電機特性參數(shù)的選擇

針對所選擇的兩種發(fā)動機排量，分別確定電機的性能參數(shù)。對于第1種方案的發(fā)動機，其搭配的電動機連續(xù)功率應滿足汽車純電動最高車速要求，為此選取電機連續(xù)功率為50 kW，最大轉矩為340 N•m。電動機的峰值功率和轉矩要滿足以下兩個條件：（1）滿足汽車全油門起步加速時，由靜止加速到50 km/h，發(fā)動機和電動機聯(lián)合驅動的加速時間要求。（2）滿足汽車在中國典型城市公交循環(huán)工況中運行時的行駛功率和轉矩要求。經(jīng)計算，電動機峰值功率選取為100 kW，最大轉矩為680 N•m。其余參數(shù)見表2。

對于第2種方案的發(fā)動機，所搭配的電動機連續(xù)運行功率要滿足汽車純電動最高車速60 km/h的要求，同時滿足電動機和發(fā)動機聯(lián)合驅動時汽車最大爬坡度的要求，再加上電動空調、動力轉向助力和制動所消耗的功率，得電動機連續(xù)運行的額定功率為75 kW，最大轉矩為475 N•m。電動機峰值功率和轉矩的確定方法與前述相同，所得參數(shù)見表2。

電機作為發(fā)電機模式運行時，其功率特性應滿足充電功率和再生制動功率需求。經(jīng)計算，發(fā)電機特性參數(shù)見表2。

1.4 傳動系統(tǒng)傳動比的選擇

主減傳動比i0按汽車的最高車速等于或略微小于發(fā)動機最大功率點對應轉速的車速來選取。

， （2）

式中：np為發(fā)動機最大功率點所對應轉速。

傳動系統(tǒng)的最大傳動比imax應滿足汽車連續(xù)爬坡的要求。

． （3）

上式中對于第1種方案的發(fā)動機Te=Temax，Tm=0。變減速器有3種規(guī)格，用B1 、B2和B3表示，為可選用的變速器方案(見表3)。經(jīng)過計算，與變速器B1、B2、B3分別聯(lián)合應用，能同時滿足汽車的最高車速和最大爬坡度要求的主減速器傳動比i0有3.909、4.88、5.13 3種規(guī)格，分別用C1、C2和C3 表示,作為可選的設計方案。

1.5 動力電池組的確定

蓄電池連續(xù)運行額定功率和峰值功率以在荷電維持階段分別滿足牽引電動機連續(xù)功率和峰值功率需求來確定，并加上電動動力轉向泵、電動空壓機等所消耗的功率。

蓄電池的額定容量和總能量根據(jù)汽車的純電動里程確定，鋰電池的總電壓選擇為539.6 V，經(jīng)計算蓄電池組的容量為130 Ah，考慮到電池容量的衰減，選擇電池組的額定容量為150 Ah。蓄電池組的總能量由式（4）計算，為81 kWh。

， （4）

式中：Wb為電池的總能量；vm為車速，vm=40 km/h；Sm為純電動里程；SOC0為初始SOC；SOCf為終點處SOC。

1.6 混合度

為方便正交試驗設計的計算，以反映發(fā)動機和電機功率相對大小的混合度作為動力系統(tǒng)的參數(shù)。計算得兩種發(fā)動機和電機設計方案的混合度分別為A1=27.5%，A2=40%，作為發(fā)動機和電機的正交設計的可選設計參數(shù)。式（5）中A為混合度；Pm為電機連續(xù)功率；Pe為發(fā)動機功率。

． （5）

影響插電式混合動力汽車燃油經(jīng)濟性的結構因素主要有混合度、電池容量、電池組電壓、變速器傳動比、主減速器傳動比等。考慮到電池容量和電池組電壓已經(jīng)選定，因此選擇混合度A、變速器傳動比B和主減速器傳動比C作為正交試驗設計的結構參數(shù)。

2 插電式混合動力汽車控制參數(shù)選擇

2.1整車控制策略

汽車控制策略可以根據(jù)車速、負載和蓄電池SOC值，來確定發(fā)動機和電動機的運行狀態(tài)，使發(fā)動機、電機和電池工作在高效率區(qū)域內，降低整車燃油消耗。電力輔助控制策略[5]原理如圖2所示，控制邏輯見參考文獻[5]所述，電力輔助控制策略的控制變量見表4。

2.2 控制參數(shù)的選擇

整車動力傳動系統(tǒng)各部件參數(shù)和控制參數(shù)的匹配直接影響汽車燃油消耗和排放，因此也將整車控制參數(shù)作為正交試驗的因素進行正交設計。以城市公交車平均每天行駛42個中國典型城市公交循環(huán)工況（總里程246 km）為基準，計算整車油耗，對整車控制參數(shù)和動力傳動系統(tǒng)各部件參數(shù)進行正交試驗設計，以總油耗最小為目標優(yōu)選出最佳的設計方案。對表4中所示的5個控制變量在取值范圍內選取多個不同數(shù)值，各控制參數(shù)的取值水平如下：cs_electric_launch_spd_1o取值范圍為[2 m/s,6 m/s]，用D表示，取4個水平[2 m/s，3.5 m/s，5 m/s，6 m/s]；cs_electric_launch_spd_hi取值范圍為[6 m/s，12 m/s]，用E表示，取4個水平[6 m/s，8 m/s，10 m/s，12 m/s]；根據(jù)發(fā)動機的萬有特性曲線，為確保發(fā)動機在經(jīng)濟區(qū)域工作，確定cs_off_trq_frac取值范圍為[0.3，0.6]，用F表示，取4個水平[0.3，0.4，0.5，0.6]；cs_min_trq_frac取值范圍為[0.3，0.75]，用G表示，取4個水平[0.3，0.45，0.6，0.75]；cs_chg_trq/min(fc_m-ax_trq)范圍為[0.1，0.4]，用H表示，取4個水平 [0.1，0.2，0.3，0.4]。

2.3 整車仿真模型的建立

運用Advisor軟件進行PHEV建模與仿真。通過在Advisor軟件現(xiàn)有單離合器并聯(lián)混合動力汽車仿真模型基礎上，增加一個自動離合器模塊，并修改整車和動力系統(tǒng)各部件等模塊的仿真參數(shù)，建立了插電式雙離合器并聯(lián)混合動力客車仿真模型[6]，如圖3所示。

3 插電式混合動力客車參數(shù)正交設計

3.1 確定正交試驗因素及水平

影響整車燃油經(jīng)濟性和排放的動力系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)共有8個，分別是混合度A、變速器傳動比B、主減速器傳動比C、車速限值(低SOC時)D、車速限值(高SOC時)E、發(fā)動機關閉轉矩系數(shù)F、發(fā)動機最低工作轉矩系數(shù)G、充電轉矩與發(fā)動機不同轉速下最大輸出的最小值之比H。將上述8個因素作為進行正交試驗設計的因素，其中A為2水平，B、C為3水平，其余均為4水平的因素。

3.2 參數(shù)正交設計及結果分析

根據(jù)3.1節(jié)所確定的正交試驗設計因素及其水平數(shù),選取混合正交表L32(21×32×46) [7]進行正交試驗設計。空余的X列可以作為反映隨機誤差的大小或交互作用，正交設計方案及42個中國典型城市公交循環(huán)工況下油耗仿真結果見表5，其中循環(huán)工況起始時電池SOC為95%，結束時SOC為25%。

由表5可見,第26號（A2B3C3D2E1F3G3H1）設計方案的油耗45.89 L為最小油耗，但并不是其最優(yōu)組合。由效應曲線圖4可知其最佳方案為A2B2C3D2E1F2G4H1。

上述最佳方案在正交試驗表中未列出,由效應曲線圖可以看出各控制參數(shù)D、E、F、G和H的取值還可以進一步優(yōu)化，于是在最佳方案中的每一個控制參數(shù)取值附近再各取4個值，對控制策略進行第2次正交試驗優(yōu)化。選取D的4個水平為[3.3 m/s，3.5 m/s，3.9 m/s，4.3 m/s]；E的4個水平為[5.8 m/s，6 m/s，6.4 m/s，6.8 m/s]；F的4個水平為[0.37，0.4，0.43，0.46]；G的4個水平為[0.67，0.71，0.75，0.79]；H的4個水平為[0.1，0.12，0.14，0.16]。

選取L16(4)5正交表安排仿真，結果見表6。

第2次正交試驗的因素與指標的效應曲線圖如圖6所示。由表6和圖5可以看出，第2次正交試驗中各因素的調整對油耗影響不大，且通過效應曲線圖可知，其最優(yōu)組合方案為D4E4F3G4H2，仿真油耗為45.81 L，最終選取參數(shù)和優(yōu)化前參數(shù)如下。

4 整車性能仿真分析

（1）采用正交設計優(yōu)選出的整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)，在中國典型城市公交循環(huán)工況下進行燃油經(jīng)濟性仿真, 圖6是兩個中國典型城市公交循環(huán)工況下的仿真結果圖。

（2）在42個中國典型城市公交循環(huán)工況下動力性和燃油經(jīng)濟性仿真結果見表7，表明其動力性完全滿足要求。百公里油耗為18.6 L，與參數(shù)優(yōu)化之前的車型相比(19.7L/100 km)，油耗降低5.58%,燃油消耗有明顯降低。

圖7―圖9所示為42個中國典型城市公交循環(huán)工況下電機、發(fā)動機工作點分布圖和電池SOC變化曲線圖。由圖7可知，電機的正負轉矩工作點主要集中在高效率區(qū)域，說明整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)匹配能夠很好地滿足動力與制動能量回收的需要。由圖8可知，發(fā)動機工作點主要集中在燃油消耗率比較低的中高負荷區(qū)域附近，說明制定的控制策略能使發(fā)動機大部分時間工作在高效率區(qū)域，提高了汽車的燃油經(jīng)濟性。由圖9可知，當電池SOC大于25%時，處于荷電消耗階段，降到25%時，轉入荷電維持階段。

5 結論

（1）整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制策略直接影響汽車燃油消耗和排放。根據(jù)整車動力性和純電動里程要求確定了插電式并聯(lián)混合動力客車動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)設計方案。選取PHEV混合度、變速器傳動比、主減速器傳動比和整車控制策略參數(shù)作為正交設計因素進行正交試驗設計，以汽車行駛工況油耗最小為目標，優(yōu)選出整車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)的最佳匹配方案。

（2）基于電動汽車仿真分析軟件Advisor，建立了插電式并聯(lián)雙離合器混合動力客車仿真模型。采用正交設計優(yōu)選后的動力傳動系統(tǒng)參數(shù)和控制策略參數(shù)，對整車動力性和燃油經(jīng)濟性進行了仿真分析。結果表明動力系統(tǒng)參數(shù)和控制參數(shù)優(yōu)化匹配合理，達到了預期設計目標。在42個中國典型城市公交循環(huán)工況下百公里油耗為18.6 L，與參數(shù)優(yōu)化之前的車型相比，油耗降低5.58%。

參考文獻(References):

王加雪，王慶年，吳棟，等．插電式混合動力客車功率匹配與仿真[J]．吉林大學學報(工學版)，2010，6(40)：1465-1472.

Wang Jiaxue，Wang Qingnian，Wu Dong，et al. Power Matching and Simulation for Plug-in Hybrid Electric Bus[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition)，2010，6(40)：1465-1472. (in Chinese)

KARBOWSKI D，ROUSSEAU A，PAGERIT S P. Plug-in Vehicle Control Strategy：from Global Optimization to Real Time Application[C]. EVS22，October 2006.

SHARER P，ROUSSEAU A，KARBOWSKI D，et al. Plug-in Hybrid Electric Vehicle Control Strategy： Comparison between EV and Charge-depleting Options[C]. SAE Papers 2008-01-0460.

趙韓，代康偉，張炳力，等．基于正交試驗方法的SHEB動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學學報(自然科學版)，2008，31 (3) ：323-326.

Zhao Han，Dai Kangwei，Zhang Bingli，et al.Study on Power System Parameter Optimization for SHEB Based on Orthogonal Experiment Method[J]. Journal of Hefei University of Technology (Natural Science)，2008，31 (3)，323-326.(in Chinese)

Advisor Documentation[Z]. National Renewable Energy Laboratory，Version Advisor 2002.

范彪. 插電式并聯(lián)混合動力客車建模及仿真[D]. 重慶：重慶大學，2011.

Fan Biao.Modeling and Simulation of a Plug-in Parallel Hybrid Electric Bus[D].Chongqing：Chongqing University，2011.(in Chinese)