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　　混合动力汽车的正交优化设计

　　由于混合动力汽车是由发动机和电动机两动力源提供动力，所以它的设计比由单一动力源（发动机）提供动力的传统汽车设计复杂得多。传统汽车的设计一般从其动力性设计指标出发，基于此设计出发动机的功率。而对于混合动力汽车，虽然也可由动力性来确定其总功率要求，但发动机和电动机功率到底分别选择多少，还有电池容量、电压等级如何选择等问题都是混合汽车设计需要考虑的问题。如何进行优化设计，是混合动力技术的核心和重要内容。

　　要确定某一*优方案，一般要借助于仿真设计。在国外，大多也是通过这种仿真的方法来设计混合动力汽车。文献< 4>应用了将近180万次的仿真，总共用了100台计算机并行计算，花了将近一周的时间才完成。然后再对这些仿真结果进行大量的数据分析，*后挑选出其中*优的一组方案。由此可见，传统的仿真设计方法计算效率很低，设计周期长且费时费力，也很难直接应用于混合动力汽车的设计，所以寻求一种更简便、直观的设计方法尤其重要。正交试验设计方法是一种简便、直观的优化设计方法，特别是对于这种多方案寻优问题非常适合。由于目前研究的混合动力汽车主要考查燃油经济性，因此在进行混合汽车的正交优化设计之前，要先确定燃油经济性的各项影响因素。

　　混合动力汽车的试验因素及水平混合动力汽车的设计，就是在保证动力性要求的前提下，如何确定各动力总成的参数，使其燃油经济性/排放效果*佳。这里以燃油经济性为设计目标，使其达到*优值。而混合动力汽车的燃油经济性有很多影响因素。主要的影响因素为混合度H、电池容量C、电池电压等级V及主减速器速比i 0.因此选择这4个参数来进行优化设计。其中，混合度H定义为电系统功率P elec占总功率P total的百分比，即H = P elec P total×100% P total = P elec + P eng式中P en g??发动机功率通过动力性设计指标可确定总功率P total，因此，若混合度确定，便可通过上式计算两动力源功率。所以，上面所选择的混合动力汽车的4个影响因素基本包括了混合动力汽车设计的主要方面。

　　因素在试验中所处的各种状态或所取的不同值称为该因素的水平。若一个因素取K种状态或K个值，就称该因素为K水平因素。

　　混合动力汽车优化设计正交表根据上述确定的因素，为了进一步减少仿真试验的次数，选择L 9（2 2×3 2）混合正交表。其中9为其总共试验次数，如果全部试验需36次，它可以大幅度减少仿真试验次数。而2 2×3 2表示四因素，前两因素是两水平的，后两因素是三水平的混合正交试验。

　　在总动力源为160 kW的条件下对两混合度进行考查： H 1为发动机140 kW，电动机为20 kW，混合度为12. 5%的水平； H 2为发动机功率100 kW，电动机功率为60 kW，混合度为37. 5%的水平。

　　电池电压等级V根据实际需要确定为两个值，即V 1为300 V电系统， V 2为336 V电系统。

　　电池容量C分别选择同一类型（NIH）的3种不同容量， C 1为30 A？h， C 2为60 A？h， C 3为90 A？h.

　　主减速器速比i 0的水平须在满足动力性要求的范围内进行选择，即主减速器速比取*大值时须满足*大爬坡度要求，其*小值须满足整车*高车速要求。确定为i 01为5. 0， i 02为5. 7， i 03为6. 33.

　　1为所设计的混合正交试验表格。

　　1四因素混合正交试验表1所设计的混合正交表同样满足正交表的基本性质，即正交性、均衡分散性和综合可比性。因此，后续的仿真设计结果可以从表格中直接进行比较，挑选出*优的一组方案。

　　仿真优化设计处理根据上述提出的混合动力汽车燃油经济性y i的4个影响因素，选用合适的正交表格L 9（ 2 2×3 2） ，编制了如所示的仿真试验方案。通过仿真软件ADVISOR进行仿真，并把仿真结果直接填入试验指标栏内，即的*后一列。该仿真结果是通过统一的SOC校验后的值，因此，该指标值具有可比性。

　　根据上述仿真试验的指标值，可利用极差分析法（也简称为R法）来进行处理。这种极差分析法的计算内容和主要步骤如所示。其中y jk为第j因素k水平所对应的试验指标， y jk为y j k的平均值。由y j k大小可以判断j因素的优水平，各因素优水平的组合即为*优设计组合。另外， R j为第j因素的极差，其计算式为R j = max（y j1， y j2，…）- min（y j1， y j2，…）R j反映了第j因素水平变动时试验指标的变动幅度。R j越大，说明该因素对指标的影响越大，也就越重要。依据极差R j的大小就可以判断因素间的主次。这种极差分析法充分体现了正交设计的灵活性和直观性，因此该处理方法也叫直观分析法。

　　按上述处理方法，把计算结果填入下半部分。结果发现：影响指标值的主次因素依次为混合度H、电池容量C、主减速比i 0和电压等级V，同时还可以直观地看出各因素的优水平。*后可以挑选出其中*优的一组方案，如*后一行所示。按这一方案进行仿真试验，发现其燃油经济性指标为46. 2 L/ （100 km）。从中可看出，这就是*优的方案，比按中配置的正交试验方案进行计算的指标值都小。

　　结束

　　将正交优化设计理论应用于混合动力汽车的优化设计，利用正交表格的正交特性、均衡性及直观性对混合动力汽车的多方案优化进行研究，不仅可以使仿真试验次数大大降低，同时可以高效、直观地找出其中的*优设计方案。