Optimization of Gear Ratio of In-Wheel Motor Vehicle Considering Probabilistic Driver Model

A reduction gear of an in-wheel motor vehicle is mounted between a traction motor and wheel, to increase the wheel torque and decrease the rotational speed. To improve the energy efficiency of a vehicle, the determination of the optimal gear ratio is an important factor in the design of the reduction gear. This paper presents an optimization procedure to obtain the optimal gear ratio of an in-wheel motor vehicle that minimizes the electric energy consumption. Using a model-based design, a dynamic simulation model of a vehicle was developed for an analysis of the energy efficiency. Owing to a variation in energy efficiency across drivers, a probabilistic driver model that includes driver characteristics is employed. To reduce excessive calculations, a surrogate model was constructed for the optimization. The optimal gear ratio for saving energy was obtained, and the usefulness of the proposed optimization procedure was shown through a comparison of the results of the optimal gear ratio and the energy efficiency achieved between deterministic and probabilistic approaches.     

道路平面线形优化方法的研究及实现

将遗传算法应用于道路的平面线形优化设计,在一个可行域中自动搜索到一个最优或较优解,实现了全局寻优的目的。详细介绍了线路平面优化模型的建立,平面位置变动的具体原理,以及运用遗传算法优化线路平面位置的具体实现过程。研究表明,遗传算法运用于道路平面线形的优化设计是可行和有效的,能够实现全局寻优的目的,具有广阔的推广应用前景。采用动力有限元方法,研讨了基于FWD荷载作用下的水泥混凝土板下基础脱空与接缝传荷间的相互作用机理,以了解不同脱空尺寸和不同传荷能力对面板受力和路表各传感器弯沉盆曲线形状及弯沉盆参数的影响,为有效评定水泥混凝土路面地基脱空提供理论依据和参考。     

功率分流混合动力全速域工作模式切换规则优化

针对某功率分流混合动力汽车,探讨了既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则的优化问题。先在既定模式转矩分配策略未知的前提下,将等效燃油消耗与样本数字特征相结合,计算了不同荷电状态（SOC）值下各工作模式在所有可行工作点的基准综合燃油消耗率。以整车燃油经济性为优化目标,确定不同SOC值下所有可行工作点的最佳工作模式,进而得出基于车速、车轮端需求转矩、SOC值的优化后全速域工作模式切换规则,以满足不同工况下的工作模式选择需求。之后,不考虑模式切换过程对整车驾驶平顺性的影响,搭建了模式切换实施模型。再以4个新欧洲驾驶循环（NEDC）工况所构成的组合工况为目标行驶工况,将优化后全速域工作模式切换规则和传统基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则分别应用于基于规则的能量管理策略,进行了整车燃油经济性仿真与台架试验验证。仿真结果表明：在不改变既定模式转矩分配策略的条件下,与基于逻辑门限的全速域工作模式切换规则情况相比,所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法至少可使整车燃油经济性提高7.33%。台架试验结果进一步表明,该优化方法至少可使整车燃油经济性提高6.17%。由此可见,所提出的既定模式转矩分配策略未知情况下全速域工作模式切换规则优化方法对整车燃油经济性具有较好的改善效果。     

两挡变速器纯电动汽车动力性经济性双目标的传动比优化

为某两挡变速器纯电动汽车选择其动力系统驱动电机的转矩、功率和转速以及蓄电池的容量和数目.以汽车原地起步加速时间和续驶里程分别作为纯电动汽车的动力性和经济性的两个分目标函数,引入加权因子,建立了纯电动汽车动力性和经济性双目标函数下的传动比优化模型,并利用基于模拟退火的粒子群优化算法进行了优化.结果表明,与普通fminco...     

行星齿轮结构的混合动力汽车的系统效率

首先分析了一种行星齿轮结构的混合动力电动汽车的纵向动力学方程，并且研究了不同情况下的汽车系统效率，得到了系统效率优化的目标函数和约束条件，随后利用序列二次规划算法对混合动力电动汽车系统效率进行了优化计算，从而确定了每种工况下的最佳蓄电池功率和最佳减速比。     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

基于遗传算法的公路平面优化

提出了一种基于遗传算法的公路平面线形优化方法,将遗传算法应用于公路平面优化设计,更好地解决了目前传统算法难于处理的一些问题。首先根据平面初始解建立一个可行域,利用浮点编码选择平面坐标作为染色体,然后对可行域中的可能解用一个评价函数(适应度)来度量,利用交叉、变异算子在可行域中选择最优解。实践表明:该方法具有全局解空间搜索能力,从而实现了全局寻优的目的,对公路平面优化设计是有效、可行的。     

汽车机械式变速器多目标可靠性优化设计

以某轿车变速器为例,根据汽车动力性要求,在保证零件强度和刚度可靠性的条件下,按变速器齿轮系体积最小和传动齿轮重合度最大建立了变速器的多目标可靠性优化设计的数学模型,然后应用MATLAB优化工具箱进行联合优化设计计算。设计结果表明:该数学模型正确有效,采用多目标可靠性优化设计方法可以缩短汽车变速器的设计周期,减小其体积并改善传动平稳性。     

基于多目标遗传算法的混合电动汽车参数优化

动力系统和控制器参数的同时优化是提高混合电动汽车(HEV)燃油经济性并降低排放的关键。这类优化问题涉及多个相互冲突的优化目标和非线性约束,是典型的多目标优化问题。文中采用多目标遗传算法求解该优化问题的Pareto最优解集,并应用ADVISOR对实际算例的优化结果进行比较分析。结果表明,应用该方法可找到多组可行解,在满足原车动力性要求的前提下能有效提高燃油经济性,降低排放。     

混联混合动力车辆功率分流耦合机构特性分析

分析了功率分流耦合机构的转速与转矩关系,在此基础上推导了功率分流比例与传动比和行星排特性参数的关系,研究了不同功率电机所能实现的传动比变化范围,和耦合装置效率随传动比变化的规律.最后分析了带功率分流耦合机构的车辆在起步、匀速行驶和加速等工况下的驱动特性,为功率分流混合动力车辆关键部件的参数匹配和整车控制策略的制定提供了参考.     

整车动力传动系统优化匹配试验

以6×4半挂牵引汽车匹配的280kW发动机为主体,通过配装不同速比的桥,根据变速器的直接档和超速档分别进行加速性和经济性试验,然后分析所得的动力性和经济性数据确定整车匹配优化方案,从而降低整车油耗,为客户节约运输成本。     

纯电动汽车搭载两挡变速器动力系统选型研究

文章利用奇瑞新能源汽车公司某两挡变速器省级科技项目平台资源,对动力系统进行了选型及优化匹配.考虑到我国最新制定的续航测试的中国工况等因素,并结合我国高速公路的特点,对电机系统进行了选型;考虑到整车动力性进行了变速器1挡传动比设计;以提升整车高速续航为目标,对变速器2挡传动比进行了优化设计;使用AMESIM软件建立了整车...     

基于系统效率最优的CVT混合动力轿车转矩优化分配方法

无级变速器CVT消除了挡位概念,其速比在一定范围内连续可调。配备CVT的混合动力汽车能够实现动力源转矩和传动系统的优化匹配。针对此问题,提出了基于系统效率最优的CVT中度混合动力轿车动力源转矩优化分配方法:。该方法:综合考虑了各个关键部件的效率,以混合动力系统的总体效率为优化目标,以车速、车辆加速度、电池SOC为状态变量,优化分配了驱动工况下各动力源输出转矩,为整车能量管理策略的制定奠定了基础。     

多重元模型搜索方法及其在汽车轻量化设计中的应用

目前广泛应用的基于元模型的优化方法通常起始于单一一组样本点,一旦样本点质量较差、其搜索效率和精度都会受到影响,甚至得不到想要的结果。提出一种多重元模型搜索方法,此方法应用两组初始样本点,拟合多个元模型。在搜索过程中,首先应用部分昂贵点构造一个重点空间,并构建二阶多项式进行搜索。为避免陷入局部最优的陷阱,同时应用构建的克里金模型搜索整个设计空间。经过多个算例的测试,此方法具有很高的搜索精度、搜索效率和稳健性。将此方法应用于某款车的轻量化设计中,经过优化,此结构减少了8.0 kg的质量,并提升了其刚度性能求。     

基于效率最优的四驱纯电动转矩分配仿真分析

文章针对前、后双电机动力分布式纯电动汽车,以优化能量消耗为目标,如何合理的动态分配前、后轴转矩的问题进行了研究。首先依照制动法规、驱动电机动态响应和车辆纵向平顺性等要求,提出切实可行的分配计算与优化方法,并且区分驱动和制动两种工况。之后采用循环工况仿真验证的方法,进行能耗分析。通过与固定分配方法结果的对比,验证了所提分配方法有效性。     

PHEV发动机驱动工况效率耦合分析与优化控制

单轴并联式混合动力系统（Parallel Hybrid Electric Vehicle,PHEV）包括电池、驱动电机、发动机、自动变速器等多个关键部件。各部件效率特性存在相互耦合的关系,要实现系统整体效率最优,需要辨明影响系统效率的控制参数,并对系统整体效率最优的控制参数进行优化。以装备无级变速器（Continuously Variable Transmission,CVT）的PHEV为研究对象,首先对系统各关键部件的效率特性进行分析,建立各关键部件效率模型,明确各部件效率与控制参数、状态参数之间的关系。在此基础上,对发动机单独驱动模式下动力传递路径中不同部件的效率耦合关系进行分析,推导出系统燃油消耗量与动力系统各状态参数、控制参数之间的函数关系。根据分析结果,选取车辆需求功率及车速为状态参数,变速器速比及发动机转矩为控制参数,以系统燃油消耗量最小为目标建立优化目标函数和约束条件,对系统优化问题进行定义。根据优化问题的特点,设计基于模拟退火的优化算法对优化问题进行求解,获取系统燃油消耗率最小时变速器目标速比和发动机目标转矩随状态参数的变化关系。建立系统仿真模型对所述优化算法进行仿真分析,并搭建混合动力试验台对优化结果进行试验验证。结果表明：无级变速器效率对系统整体效率影响较大,采用优化控制规律使发动机效率有所降低,但无级变速器效率升高更大,系统整体效率升高;在功率需求一定的循环工况下,优化控制算法比传统上仅以发动机效率最高为目标的控制算法节油1%~2%。     

Dynamics characteristics analysis and control of FWID EV

Compared with internal combustion engine (ICE) vehicles, four-wheel-independently-drive electric vehicles (FWID EV) have significant advantages, such as more controlled degree of freedom (DOF), higher energy efficiency and faster torque response of an electric motor. The influence of these advantages and other characteristics on vehicle dynamics control need to be evaluated in detail. This paper firstly analyzed the dynamics characteristics of FWID EV, including the feasible region of vehicle global force, the improvement of powertrain energy efficiency and the time-delays of electric motor torque in the direct yaw moment feedback control system. In this way, the influence of electric motor output power limit, road friction coefficient and the wheel torque response on the stability control, as well as the impact of motor idle loss on the torque distribution method were illustrated clearly. Then a vehicle dynamics control method based on the vehicle stability state was proposed. In normal driving condition, the powertrain energy efficiency can be improved by torque distribution between front and rear wheels. In extreme driving condition, the electric motors combined with the electro-hydraulic braking system were employed as actuators for direct yaw moment control. Simulation results show that dynamics control which take full advantages of the more controlled freedom and the motor torque response characteristics improve the vehicle stability better than the control based on the hydraulic braking system of conventional vehicle. Furthermore, some road tests in a real vehicle were conducted to evaluate the performance of proposed control method.     

纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型设计与分析

纯电动汽车是当前缓解能源危机与环境污染问题的理想方案之一。然而，现阶段纯电动汽车的推广和发展却受到续驶里程较短等瓶颈问题的制约，难以得到有效普及。为了克服上述问题并进一步提升纯电动汽车的最大续驶里程和综合行驶性能，提出一种纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型方案及其系统分析方法。采用一种表征动力源部件与机械耦合机构节点之间内约束关系的通用矩阵式拓扑设计方法，系统探索基于基础构型方案的所有可行性备选构型，获得各备选构型的输出特性，并自动生成备选构型的拓扑结构表达式和动力学模型。采用基于动态规划算法的全局最优控制策略对所有备选构型的最佳经济性和最佳动力性能进行仿真，通过比较备选构型的性能以筛选获得综合性能出色的双电机单行星排动力系统构型。研究结果表明：通过该方法对备选构型的最优能耗经济性与极限最优动力性能进行仿真测试，共获得25种满足能耗与动力性能筛选条件的构型；以单电机驱动构型方案作为参考构型，最终得到5种最优能耗经济性与最优动力性能均优于参考构型的优化构型方案解集，其中具有最佳经济性和动力性构型的0~120 km·h^-1极限加速时间为10.973 1 s，最优能耗经济性为13.610 6 kW·h·100 km^-1；该方法能够有效筛选获得经济性和动力性能优异的纯电动汽车双电机单行星排动力系统构型，进一步提升纯电动汽车的最大续驶里程和综合行驶性能。     

多模式机液复合传动装置设计方案分析

液压传动柔性特征适用于起步工况，机液传动高效无级调速特征适用于作业工况，机械传动高效变速特征适用于转场工况。分析集液压传动、机液传动和机械传动为一体的多模式机液复合传动装置的设计思路在汽车工程上具有理论研究意义和实际应用价值。研究了机液复合传动的功率流传递机理，分析了换挡机构处于功率分流机构、复合传动机构、功率汇流机构和后置换挡机构一处或多处时，分段式机液传动装置各自的性能特征。研究结果表明：功率分流传动方式多适用于中小功率车辆，且马达转矩与传动装置输出转矩比值保持不变；功率汇流传动方式多适用于大功率车辆，使小功率液压件传递大功率成为可能，并能够在输出端起到减速增矩的效果；功率分流和功率汇流互换的传动方式可通过控制行星齿轮双接口及后置换挡机构，保证机液复合传动在不同速度分段中的高效运行；当换挡机构在行星齿轮之间时，可在2个不同区段改变行星齿轮机构的特性参数，使得在整个工作区范围内保持合理的功率配额；当采用多段式行星齿轮功率汇流传动方式时，后置换挡机构扩大了传动装置转速和转矩的覆盖范围。根据上述5类机液传动设计思路，提出对应的多模式机液复合传动装置设计方案。以一款用于扫地车的机液复合传动装置为研究对象，进行运动学和动力学分析，确定相关参数，绘制调速曲线和效率特性曲线，并对其挡位切换优化问题做了简要介绍。该方案充分利用液压传动的无级调速性能和机械传动的高效变速性能，较好地满足了车辆起步、作业和转场工况的要求。     

基于第二代非支配排序遗传算法的变速器齿轮系多目标可靠性优化

以某微型车变速器为研究对象,在变速器结构已确定、传动比最佳的条件下,以可靠性为主要约束,以齿轮系总体积最小、中心距最小和总重合度最大为目标建立变速器齿轮系多目标优化的数学模型.采用第二代非支配排序遗传算法对变速器齿轮系进行多目标优化并得到其Pareto最优解集.实例计算表明,该数学模型和优化程序是正确、有效.