小型功率分流传动系统全构型优化选型方法技术方案

本发明专利技术公开了一种小型功率分流传动系统全构型优化选型方法，所述方法包括：基于优化目标，对不同小型功率分流传动系统的构型的多个被选参数进行多目标优化，进而获得每个构型下的最优目标参数组合；对目标参数按设计需求进行分类，设置每个参数类的最优选型标准，将所述每个构型下的最优目标参数组合中的每个最优目标参数按顺序与所述最优选型标准进行对比，筛选出全部最优目标参数满足所述最优选型标准的方案。本发明专利技术先进行了全传动构型的多指标的优化，其后再进行各方案之间的选型，避免了合适的构型被忽略的问题。免了合适的构型被忽略的问题。免了合适的构型被忽略的问题。

【技术实现步骤摘要】
小型功率分流传动系统全构型优化选型方法


[0001]本专利技术涉及功率分流方案的选型方法的


技术介绍

[0002]常见的功率分流传动系统由无级变速路径、机械路径和分流汇流机构组成，通过在两条传动路径之间合理分配传递的功率，整个系统可以获得相对较高的传动效率，同时拥有无级变速的能力和较宽的速比变化范围。
[0003]功率分流的核心技术在于匹配，在设计选型中通过对机构和元件的参数进行设计和有机组合，可以使功率分流传动系统拥有不同的目标特性，包括宽速比、高效率、高输出扭矩等。无论无级变速路径是液压式还是电动式，都希望尽量用小扭矩马达获得较大的系统输出扭矩。一方面，液压式无级变速路径提高扭矩的关键在于提升油压，而高油压是诸多国家面临的技术难关；另一方面，电动式无级变速路径的关键在于调速电机，而为了满足小型化的需求，电机的发展趋势为高速低扭矩。因此功率分流传动系统用小扭矩的马达获得较大的输出扭矩具有应用价值。另外，由于农用机械领域由于作业工况复杂，对驱动轮驱动力和行驶速度提出了更高的要求，因此对传动系统的目标特性要求主要体现在拥有较宽的速比范围和较大的输出扭矩。但从已有的研究中可以看出，宽速比和高扭矩是相互矛盾的，因此在设计功率分流传动系统时，找到和实际需求相匹配的最优功率分流方案是十分重要的。
[0004]现有技术中的一些匹配方法如：
[0005]一种双模功率分流式混合动力系统的参数匹配方法，其基本步骤包括：(1)进行效率计算与模式切换条件确定：计算输入功率分流模式和复合功率分流模式下各部件的转速转矩关系式，根据以上关系式，计算输入功率分流模式和复合功率分流模式下系统传递效率，以效率最优为目标，将输入功率分流模式和复合功率分流模式的效率进行对比，确定控制策略的模式切换条件；(2)发动机选型：发动机主要满足最高车速时的功率、最大爬坡度时的功率和附件功率，根据计算得到的最大功率，选择合适的发动机产品及参数；(3)电机选型：发动机产品及参数确定之后，根据动力性指标、工况要求、模式切换条件以及控制策略选定第一电机参数和第二电机参数；(4)电池选型：电池功率需要满足驱动工况需求，电池容量根据电池容量与电池最大放电倍率、电池功率、电池电压关系确定；(5)匹配结果验证：利用前向仿真模型分别对整车动力性能与经济性能进行匹配结果验证。
[0006]该方法具有以下一些缺陷：其只匹配并优化了参数，没有对功率分流方案进行选型，可能会忽略掉可以达到目的的更优传动构型；其只以效率最优为目标，未考虑速比变化范围和扭矩，非多目标优化；其没有解决宽速比与高扭矩的矛盾；其为在控制策略的模式切换条件确定的情况下，对发动机、电机、电池进行选型的，未比对所有控制策略的模式切换条件的最优状态等。
[0007]一种功率分流式混合动力系统参数匹配方法，其基本步骤包括：基于稳态工况，进行发动机选型；基于系统综合效率最优，确定行星排特征参数；基于发动机参数，确定两档
自动机械式变速箱参数；基于动力系统动力学关系，得到第一电机、第二电机、电池需求参数，进行第一电机、第二电机和电池选型；基于极限加速时间和经济性最优，确定换挡车速阈值及发动机直驱模式车速阈值；基于前向仿真模型，进行匹配结果验证。其中，发动机的选型在于：发动机稳态需求功率计算；发动机总需求功率计算；根据计算得到的发动机需求功率，选定合适的发动机产品。确定行星排特征参数在于：确定行星排特征参数取值范围；计算行星排传动效率；根据控制策略，确定发动机效率；确定行星排特征参数，使系统综合效率最优。确定两档自动机械式变速箱参数在于：确定二档传动比取值范围；确定一档传动比取值范围；确定两档自动机械式变速箱参数。电机与电池选型在于：定第一电机、第二电机需求参数；依据动力性指标，进行第一电机与第二电机选型；进行电池选型。确定换挡车速阈值及发动机直驱模式车速阈值在于：建立优化设计数学模型；利用粒子群算法确定参数。
[0008]该方法具有以下一些缺陷：其只匹配并优化了参数，没有对功率分流方案进行选型，可能会忽略掉可以达到目的的更优传动构型；其未考虑扭矩，无法达到用小扭矩的马达获得较大的输出扭矩目标；其为对混合动力系统进行的参数匹配，需要选择电机，若在实际设计中电机已经确定的情况下则无法进行优化。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种新的小型功率分流传动系统的分流方案优化选型方法。
[0010]该选型方法先进行了全传动构型的多指标的优化，对每种构型进行优化后再进行各方案之间的选型，避免了合适的构型被忽略的问题。
[0011]并进一步解决了传动系统中存在的高扭矩和宽速比矛盾，得到具有宽速比范围和大输出扭矩的分流方案。
[0012]且，进一步的，根据本专利技术的选型方法获得的功率分流方案可以实现用小扭矩的马达获得较大的最终输出扭矩目标，特别适合小型的功率分流传动系统。
[0013]本专利技术的技术方案如下：
[0014]小型功率分流传动系统全构型优化选型方法，其包括：
[0015]S1基于优化目标，分别对不同小型功率分流传动系统的构型的多个被选参数进行多目标优化，得到每个构型下的最优被选参数，进一步获得每个构型下的最优目标参数组合；
[0016]S2对目标参数按需求进行分类，得到多个参数类，设置每个参数类的最优选型标准，将所述每个构型下的最优目标参数组合中的每个最优目标参数按顺序与所述最优选型标准进行对比，筛选出全部最优目标参数满足所述最优选型标准的方案，即为最优选型方案。
[0017]根据本专利技术的一些具体实施方式，S1进一步包括：
[0018]S11构建不同传动构型下的所述被选参数的优化模型；
[0019]S12根据取值要求构建所述被选参数的目标函数；
[0020]S13基于所述优化模型及所述目标函数对所述被选参数进行多目标优化，获得每个构型下的最优被选参数；
[0021]S14根据所述最优被选参数获得最优目标参数，对应得到每个构型下的最优目标参数组合。
[0022]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述多目标优化通过遗传算法，如遗传算法、粒子群算法等实现。
[0023]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述优化目标包括：以小扭矩的马达获得尽可能大的最终输出扭矩及尽可能宽的速比范围。
[0024]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述被选参数包括传动系统输出速度与输入速度之比、即速比τ
CT
，传动系统输出扭矩相对于无级变速路径输出扭矩的放大能力TV，传动系统输出扭矩相对于行星排大齿圈输出扭矩的放大能力TR，传动系统输出扭矩相对于行星排太阳轮输出扭矩的放大能力TS。
[0025]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述目标参数包括所述速比τ
CT
和传动系统最大输出扭矩T
M
。
[0026]根据本专利技术的一些具体实施方式，所述目标参数还包括效率参数α。
[0027]根据本专利技术的一些具体实施方式，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.小型功率分流传动系统全构型优化选型方法，其特征在于，其包括：S1基于优化目标，分别对不同小型功率分流传动系统的构型的多个被选参数进行多目标优化，得到每个构型下的最优被选参数，进一步获得每个构型下的最优目标参数组合；S2对目标参数按需求进行分类，得到多个参数类，设置每个参数类的最优选型标准，将所述每个构型下的最优目标参数组合中的每个最优目标参数按顺序与所述最优选型标准进行对比，筛选出全部最优目标参数满足所述最优选型标准的方案，即为最优选型方案。2.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，其中，S1进一步包括：S11构建不同传动构型下的所述被选参数的优化模型；S12根据取值要求构建所述被选参数的目标函数；S13基于所述优化模型及所述目标函数对所述被选参数进行多目标优化，获得每个构型下的最优被选参数；S14根据所述最优被选参数获得最优目标参数，对应得到每个构型下的最优目标参数组合。3.根据权利要求1所述的选型方法，其特征在于，S1中，所述优化目标包括：以小扭矩的马达获得尽可能大的最终输出扭矩及尽可能宽的速比范围；和/或，所述被选参数包括传动系统输出速度与输入速度之比、即速比τ
CT
，传动系统输出扭矩相对于无级变速路径输出扭矩的放大能力TV，传动系统输出扭矩相对于行星排大齿圈输出扭矩的放大能力TR，传动系统输出扭矩相对于行星排太阳轮输出扭矩的放大能力TS；和/或，所述目标参数包括所述速比τ
CT
和传动系统最大输出扭矩T
M
。4.根据权利要求3所述的选型方法，其特征在于，所述目标参数还包括效率参数α。5.根据权利要求3所述的选型方法，其特征在于，其中各参数分别通过以下模型得到：5.根据权利要求3所述的选型方法，其特征在于，其中各参数分别通过以下模型得到：T
M
＝Min(|T
′
TV
|,|T
′
TR
|,|T
′
TS
|)
ꢀꢀꢀꢀ
(3)；且，其中：T
s
:T
r
:T
c
＝1:k:
‑
(1+k)，ω
s
+kω
r
‑
(1+k)ω
c
＝0；
其中，T
in
、T
out
分别表示输入扭矩和输出扭矩，T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青涛，谭芸颖，梁丽，王霜，廖敏，刘圣桢，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：