丰田PRIUS混合动力传动系统分析与建模.doc

丰田PRIUS混合动力传动系统分析与建模 第３４卷第６期 文章编号：１００４—２５３９（２０ｉｏ｝０６—００３１—０５ 丰田ＰＲＩＵＳ混合动力传动系统分析与建模 ３ｌ 丰田ＰＲＩＵＳ混合动力传动系统分析与建模 赵晓静武一民王海霞 （河ｊＥ工业大学机械工程学院， 天津３００１３０） 摘要混合动力汽车传动系统的建模是混合动力汽车传动系统能量控制策略开发、仿真和优化的基础。对比分析了三代丰田ＰＰｆｌＵＳ混合动力传动系统的结构和基本工作原理，建立了传动系统发动机、动力分离装置、电动／发电机和动力用蓄电池等各子系统模型，基于统一的动力传动系统结构建立了丰田ＰＲＩＵＳ混合动力传动系统的运动学、动力学和能量守恒模型。 关键词混合动力汽车建模传动系统行星齿轮 ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭｏｄｅｌｉｎｇ Ｚｈａｏ ｏｎ Ｔｏｙｏｔａ／ＰＲＩＵＳＨｙｂｒｉｄＰｏｗｅｒｔｒａｉｎＳｙｓｔｅｍ Ｘｉａｏｊｉｎｇ ＷｕＹｉｍｉｎ ＷａｎｇＨａｉｘｉａ （Ｓｃｈｏｏｌ０ｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｆ妇喇ｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ０ｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１３０，Ｏｆｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｔｉｓｂａｓｉｃａｎｄｅｓｓｅｎｔｉａｌｗｏｒｋｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉ— ｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｉｎａｎｄｅｎｅｒｇｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ．ＴｈｅｐｏｗｅｒｔｒａｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｆｏｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅａｍｏｎｇｈｙｂｒｉｄｐｏｗｅｒｔｔｉｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｏｆＴｏｙｏｔａ／ＰＲＩＵＳ．Ｔｈｅｐｏｗｅｘｔａｉｎ，ｐｏｗｅｒｓｐｌｉｔｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｍｏｔｏｒ／ｇｅｎｅｒａｔｏｒａｎｄｔｒａｃｔｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｍｏｄｅｌ ａｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｍｏｄｅｌｏｆ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ．ｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｈｅＴｏｙｏｔａ／ＰＲＩＵＳｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｃｈｉｃａｌｐｏｗｅｒｔｍｉｎｓｙｓｔｅｍａ托ｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄ Ｏｉｌａ ｕｎｉｆｏｒｍｐｏｗｅｍ－ａｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．Ｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ ＫｅｙｗｏｒｄｓＭｏｄｅｌｉｎｇＰｏｗｅｒｔｒａｉｎｓｙｓｔｅｍ Ｐｌａｎｅｔａｒｙｇｅａｒ ０引言 加世纪９０年代以来，混合动力汽车技术取得了长足的进步。它将发动机、电机和能量储存装置组合在一起，通过它们之间的良好匹配和优化控制，可以充分发挥传统内燃机汽车和纯电动汽车的优点。我国对汽车节能和排放的问题也日益重视，发展电动汽车成为国家汽车工业科技发展的战略之一。继“八五”国家组织对 （Ｔｏｙｏｔａ Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｙｓｔｅｍ）采用了由动力分离装置将并联 式混合系统和串联式混合系统组合在一起的混联式结构，具有较好的燃油效率和行驶性能。该系统由发动机、蓄电池、发电机、电动机、动力分离装置、动力控制单元组成，如图１所示。动力分离装置采用行星齿轮机构，可以将发动机的动力分成两部分，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给电动机供应电力和给蓄电池充电。 第一代和第二代ＰＲＩＵＳ的传动系统采用的是四轴结构，如图２ａ所示。发动机、扭转减振器、动力分离装置、电动／发电机ＭＧｌ和电动／发电机ＭＧ２布置在第ｌ轴上，第１、２轴之间通过传动链连接，第２、３轴之间为中间齿轮，第３、第４轴之间为主减速器齿轮。动力分离装置采用了行星齿轮机构，发动机与行星架相连，电动／发电机ＭＧｌ与太阳轮相连，电动／发电机ＭＧ２与齿圈相连。动力分离装置按照一定的控制策略将发动机的动力分配给ＭＧｌ和ＭＧ２，ＭＧ２通过传动链、中间 电动汽车关键技术的研究后，国家科技部将混合动力电 动汽车列入“十五”和“十一五”国家８６３重大专项。 计算机建模和仿真技术的应用，可以有效降低汽车开发周期和成本。混合动力汽车传动系统建模与仿真是混合动力汽车传动系统参数匹配优化和能量控制策略优化的重要技术手段。本文中对比分析了三代丰田ＰＲＩＵＳ混合动力传动系统的结构，建立了混合动力传动系统各子系统和整体仿真模型。