多目标条件下单行星排多模式EVT混合动力传动系统构型及参数优化方法的研究

摘要

在当今社会形势下，节能与环保成为汽车行业发展追求的标杆，发展混合动力汽车是改善当前环境污染与能源危机现状的有效途径。EVT(Electrical Varibel Transmission)混合动力系统作为混联式混合动力系统的典型代表，能够实现发动机与车轮端的转速与转矩解耦，具有较好的性能。而多模式EVT系统由于模式多、工况适应性强，其燃油经济性及动力性能表现更佳。本文的研究对象是单行星排多模式EVT混合动力传动系统，主要工作包括其拓扑构型方案设计方法研究及构型与参数的优化研究。本文开展了如下研究：　　①建立并完善了EVT系统分层拓扑图及其矩阵表达模型，提出了表征转速关系的EVT系统传动矩阵，丰富了图论在EVT系统设计的研究理论，进一步解决了EVT系统拓扑结构的计算机描述问题。　　②基于分层拓扑图论方法，搭建了EVT系统图论动力学模型，并分析阐述了构型拓扑动力学生成规律。基于搜索树算法及变胞理论，提出了一种EVT系统构型的动力学自动建模方法，完善了基于分层拓扑图的动力学自动建模理论，实现了批量化EVT系统构型的计算机辨识与动力学自动建模。　　③基于图论开展了对单行星排多模式EVT系统方案的生成及优选方法的研究，通过EVT系统构型模式生成、动力学自动建模、同构筛选、模式分类、多模式组合等方法，实现了单排多模式EVT系统构型方案的自动生成及动力学自动建模，采用基于PEARS+算法的燃油经济性与基于DP算法的加速性能的综合评价方法，进行了单行星排多模式EVT构型方案的优选研究，并选择较优方案进行基于DP算法的仿真对比分析及关键模式分析。　　④在多目标条件下进行了EVT系统参数优化研究，以整车燃油经济性、动力性、EVT系统成本等为优化目标，基于多目标优化算法NSGA-Ⅱ，对优选出的构型方案进行传动参数及动力部件参数优化。　　⑤基于NSGA-Ⅱ算法在多目标条件下对构型方案与参数进行了联合优化方法研究。在9个较优构型方案与6个关键参数的设计域内，基于最优拉丁超立方抽样进行了关键参数辨识，针对辨识后的设计域开展构型与参数的联合优化，获得EVT系统较优设计方案并分析优化子目标间的关系。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 EVT系统原理及分类

1.2.2 EVT系统国内外方案

1.3.1 EVT系统设计方法

1.3.2 EVT系统优化方法

1.4 论文研究内容与技术路线

2 EVT混合动力传动系统的图论建模

2.1 图论的基本原理

2.2 EVT系统分层拓扑图模型

2.2.1 EVT系统分层拓扑图定义

2.2.2 基础行星轮系拓扑图模型

2.2.3 EVT系统分层拓扑图模型

2.3.1 EVT系统邻接矩阵

2.3.2 EVT系统传动矩阵

2.4 基于分层拓扑图的EVT多模式方案分析

2.5 本章小结

3 EVT系统动力学图论自动建模方法研究

3.1 行星齿轮机构动力学分析

3.2 EVT系统图论动力学建模

3.3 EVT系统图论动力学自动建模方法研究

3.3.1 EVT系统变胞矩阵

3.3.2 传动矩阵生成变胞矩阵

3.3.3 EVT系统生成及动力学建模规律

3.3.4 自动生成动力学J*矩阵

3.4 本章小结

4 单行星排多模式EVT系统构型生成及优选方法研究

4.1.1 混合动力汽车传动系统建模

4.1.2 基于动态规划算法的全局最优能量管理策略

4.1.3 基于PEARS+算法的近优能量管理策略

4.2.1 构型模式库自动生成

4.2.2 同构筛选及模式分类

4.2.3 多模式EVT方案自动生成

4.3 单行星排多模式EVT系统构型方案优选方法研究

4.3.1 基于加速性能的EVT构型方案筛选

4.3.2 基于燃油经济性和加速性能的EVT构型优选方法研究

4.4 EVT系统优化方案的性能对比仿真

4.5 本章小节

5 多目标条件下EVT系统构型与参数优化方法研究

5.1.1 EVT系统多目标优化函数建立

5.1.2 基于NSGA-Ⅱ算法的EVT系统参数优化方法研究

5.2 多目标条件下的EVT系统构型与参数联合优化方法研究

5.2.1 基于NSGA-Ⅱ算法的构型与参数联合优化模型建立

5.2.2 基于NSGA-Ⅱ算法的构型与参数联合优化方法研究

5.3 本章小节

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读硕士学位期间专利成果

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 学位论文数据集

致 谢