混合动力装甲车辆复杂工况动态热特性及热管理控制策略研究

A hybrid electric armored vehicle has a wide transmission range and continuously variable characteristics, which can promoted comprehensive vehicle performances such as power performance, fuel economy performance and concealment performance. Because of the complex system structure and the additional heat source components such as generator, driving motor, big power batteries and power controllers, hybrid drive system has some unique traits such as complex driving conditions, diversified heat source type, wide operating temperature range and not.synchronized operation process. It is urgent to study the dynamic heat transfer characteristic in order to achieve the minimum power consumption on the premise that the system components working in the optimum temperature range. This project focuses on the research of complex system coupled modeling and analysis methods of hybrid electric armored vehicle. The multi-disciplinary coupled model with different complexity level based on task demands of complex system for hybrid electric armored vehicle will be established. The dynamic heat transfer.characteristic, and the heat transfer rules under complex driving conditions of vehicle system will be revealed. A thermal management control strategy based on multi-objective optimization will be established. The research results can provide new theoretical methods and technical support for the structure design and optimal control of the hybrid electric armored vehicle thermal management system and be applied to both wheeled and tracked hybrid electric armored vehicle in order to supply scientific evidence for powertrain design and improvement of novel military vehicle.

混合动力装甲车辆，具有较宽的传动范围和无级变速特性，能够使车辆的动力性、经济性及隐蔽性等综合性能得到较大提升。由于系统结构复杂，具有额外的发电机、驱动电机、大功率电池组及控制器等，使其具有行驶工况复杂、热源部件种类多、工作温度范围广以及工作过程不同步等特点,必须深入车辆驱动系统动态热特性，才能在保证其工作在最佳温度范围内的前提下实现热管理系统的最小功耗,从而减小整车的能量消耗。本项目着重研究混合动力装甲车辆多学科耦合建模分析方法，建立基于任务需求建立不同复杂度的混合动力装甲车辆复杂系统多学科耦合模型,掌握车辆驱动系统动态热特性，掌握复杂工况下车辆系统的传热规律，建立基于多目标优化的热管理控制策略，为混合动力装甲车辆热管理系统结构设计和优化控制提供新的理论方法和技术支持，研究成果可应用于轮式和履带式混合动力装甲车辆，为军用新型装备动力装置的设计和改进提供科学依据。

1 项目背景.混合动力是未来装甲车辆的主要发展趋势，对于结构复杂的混合动力车辆而言，热管理系统不仅能够影响混合驱动系统部件不同外界环境以及不同行驶工况下的工作性能，还能影响整车系统的功率消耗。为了实现混合动力车辆混合驱动系统部件工作性能的优化以及整车系统功率消耗的下降，先进的热管理系统结构和高效的控制策略二者密不可分，缺一不可。考虑到装甲车辆具有全地域复杂工况工作的特点，因此亟需针对混合动力装甲车辆，开展复杂行驶工况下的功率流和热流的耦合影响关系以及整车混合驱动系统部件热特性研究，设计相应的先进热管理系统结构，在此基础上进一步提出高效的热管理控制策略。.2 主要研究内容.1）混合动力装甲车辆复杂系统多学科耦合建模研究.2）混合动力装甲车辆动态热特性以及复杂工况传热规律研究.3）混合动力装甲车辆热管理控制策略研究.3 重要成果.1）采用试验建模和理论建模相结合的混合建模法，以Matlab/simulink软件为平台，建立了包含整车的前向动态仿真模型和动态传热模型的混合动力装甲车辆复杂系统模型，为整车的冷却系统控制策略和功率消耗研究奠定了基础。.2）揭示了典型设计工况下功率分流混合动力车辆的功率流传递和冷却传热规律研究，分析了各个工况下冷却传热的主要影响因素（包括车速、外界环境温度、爬坡度和制动初速度等），总结出了典型设计工况中不同环境温度下冷却空气质量流量需求随车速变化的关联式，提出了基于规则和模糊逻辑的热管理控制策略。.4 科学意义.针对混合动力装甲车辆多领域性和强耦合性的重要特征和各系统相互之间的影响规律复杂，无法准确完整用数学公式表达的技术难点，开展混合动力装甲车辆复杂工况动态热特性及热管理控制策略研究，为自主研发混合动力装甲车辆高性能热管理系统设计及优化提供理论与技术基础，为实现综合功率流和热流的混合动力装甲车辆能量管理奠定了基础，对提高混合动力装甲车辆的能量利用率，减少能量消耗具有重要的意义。