（車輛工程專業(yè)論文）基于燃油經(jīng)濟(jì)性串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車優(yōu)化研究.pdf

武漢理r 人學(xué)碩 學(xué)位論文 摘要 汽車工業(yè)發(fā)展在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí) 也帶來了能源緊缺和環(huán)境惡化 同 時(shí)對(duì)石油的依賴也越來越嚴(yán)重 節(jié)能 環(huán)保和使用替代能源成為汽車技術(shù)發(fā)展的 主題之一 混合動(dòng)力汽車在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到了提高燃料經(jīng)濟(jì)性和減少排放 的目的 因而極具發(fā)展f 景 從目f i 的發(fā)展來看 汽車的排放法規(guī)f i 趨嚴(yán)格化 同時(shí)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展都會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展 對(duì)于混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性水平 通常是在進(jìn)行實(shí)車道路 試驗(yàn)之后給予最后評(píng)價(jià) 這樣做不但周期長(zhǎng) 成本高 而且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)整 車及各總成方案的確定 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 傳動(dòng)系參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配等具有一 定的盲目性 可能遺漏較優(yōu)的方案 造成浪費(fèi) 本文以天津清源電動(dòng)車輛責(zé)任有限公司承擔(dān)的國(guó)家8 6 3 項(xiàng)目 混合動(dòng)力公交 車 為依托 開展優(yōu)化串聯(lián)式混合動(dòng)力客車燃油經(jīng)濟(jì)性的研究 確定了串聯(lián)式混 合動(dòng)力客車獨(dú)特的匹配方式以及效率分布 分析了整車各部分的控制策略的優(yōu)缺 點(diǎn)以及燃油經(jīng)濟(jì)性的影響因素 首先 本文分析了串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車動(dòng)力系統(tǒng)的匹配方法 在保證車輛 動(dòng)力性能的基礎(chǔ)上研究了動(dòng)力系統(tǒng)匹配影響整車燃油經(jīng)濟(jì)性的各個(gè)方面 為串聯(lián) 式混合動(dòng)力公交車的匹配方案選擇奠定基礎(chǔ) 動(dòng)力系統(tǒng)匹配完成之后 本文針對(duì) 動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)研究了主控制器控制方式 電機(jī)控制器控制方式 電池管理系統(tǒng) 控制方式 發(fā)電機(jī)組功率分配控制策略以及制動(dòng)能量回收控制策略 在對(duì)傳統(tǒng)控 制策略優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較之后 本文提出了綜合功率跟隨式與恒溫器式控制策略的 轉(zhuǎn)矩選擇式控制策略以及綜合串聯(lián)式制動(dòng)回收策略與并聯(lián)式制動(dòng)回收策略的混 聯(lián)式制動(dòng)回收策略 其次 本文分析了串聯(lián)式混合動(dòng)力公交車燃油經(jīng)濟(jì)性的試驗(yàn)方法和燃油經(jīng)濟(jì) 性判斷標(biāo)準(zhǔn) 在此基礎(chǔ)上本文選擇不加控制道路試驗(yàn)方法來研究本車的燃油經(jīng)濟(jì) 性 通過g p r s 系統(tǒng)采集5 輛混合動(dòng)力樣車與原型車的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)來分析整車 運(yùn)行狀況 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析總結(jié)出了在實(shí)際應(yīng)用中提高此車燃油經(jīng)濟(jì)性的方 法 再次 本文基于整車仿真軟件c r u s i e 并聯(lián)合m a t l a b s i m u li n k 模擬整車 的控制策略對(duì)混合動(dòng)力汽車進(jìn)行基于燃油經(jīng)濟(jì)性與系統(tǒng)效率的仿真 結(jié)合仿真結(jié) 果量化分析了混合動(dòng)力客車中動(dòng)力系統(tǒng)與控制策略在匹配過程中的優(yōu)缺點(diǎn) 并給 出各種動(dòng)力系統(tǒng)下控制策略的選擇方法和注意事項(xiàng) 仿真結(jié)果顯示出轉(zhuǎn)矩選擇式 控制策略在燃油經(jīng)濟(jì)性和整車效率方面都比其他兩者更好 同時(shí)混聯(lián)式制動(dòng)回收 i 武漢理l 人學(xué)碩 學(xué)位論文 策略綜合考慮了制動(dòng)回收能量和制動(dòng)效能的特點(diǎn) 這兩種控制策略更適合用于串 聯(lián)式混合動(dòng)力公交車上 仿真分析結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果表明 控制混合動(dòng)力的燃油經(jīng)濟(jì)性是一項(xiàng)需要結(jié)合 控制策略 優(yōu)化匹配 運(yùn)營(yíng)管理 可靠性控制的系統(tǒng)工程 關(guān)鍵詞 混合動(dòng)力 公交車 燃油經(jīng)濟(jì)性 控制策略 c r u s i e 仿真 武漢理i 人學(xué)碩十學(xué)位論文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r yp r o m o t i n ge c o n o m i c i ta l s ob n n g s t h ee n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a ld e g r a d a t i o n m e a n w h i l e d e p e n d e n c eo no i li s m o r es e r i o u s s oe n e r g y s a v i n g e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dt h ea l t e r n a t i v ee n e r g y s o u r c e si sb e c o m i n go n eo ft h et h e m e st h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l et e c h n o l o g y h e vi so nt h eb a s i so fe x i s t i n gt e c h n o l o g yt or a i s et h ef u e le c o n o m ya n dr e d u c e e m i s s i o n s s oi th a sag r e a td e v e l o p m e n tp r o s p e c t s f r o mn o wo n w i t ht h ev e h i c l e e m i s s i o n sr e g u l a t i o n sb e c o m i n gm o r ea n dm o r es t r i n g e n t a n dt h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r o n i ct e c h n o l o g y h e vw i l lh a v eab r i g h tf u t u r e g e n e r a l l y af i n a la s s e s sa l t e rr o a dt e s tw i l lb ec a r r i e do nf o rt h eh e vp o w e r p e r f o r m a n c ea n df u e le c o n o m y i tw o u l db eal o n gc y c l e h i g h c o s tp r o c e s s a t p r o d u c td e s i g ns t a g eo f v e h i c l ea s s e m b l y t h ed e t e r m i n a t i o no fc h o o s et h es t r u c t u r a l p a r a m e t e r s t r a n s m i s s i o np a r a m e t e r sa n dt h ep o w e rs y s t e mp a r a m e t e r sh a sa c e r t a i n b l i n d n e s s t h i sw a ym a ym i s ss o m eb e t t e rp r o g r a ma n dl e a d st ow a s t e t h i sp a p e ri sb a s e do na h y b r i db u s e s w h i c hm a d eb yt i a n j i nq i n g y u a n e l e c t r i cv e h i c l ec o l t d w h oa s s u m e st h er e s p o n s i b i l i t yo ft h en a t i o n a l8 6 3p r o j e c t t h eo b j e c to ft h i sp a p e ri st os t u d yt h eo p t i m i z a t i o nw a yo ff u e le c o n o m yo fs e r i e s h y b r i db u s s h b t h i sp a p e rd e t e r m i n a t i o nau n i q u em a t c h i n gm e t h o do fs e r i e s h y b r i db u s e sa n dt h ee f f i c i e n c yd i s t r i b u t i o no f t h ee v e r yc o m p o n e n t i na d d i t i o n i t a l s oa n a l y s i st h ev e h i c l ec o n t r o ls t r a t e g yo fv a r i o u sp a r t s a sw e l la sf a c t o r sa f f e c t i n g 如e le c o n o m y f i r s t l y t h ep a p e ra n a l y z e st h es e r i e sh y b r i db u sp o w e rs y s t e mm a t c h i n gm e t h o d i ne n s u r i n gt h ed y n a m i cp e r f o r m a n c eo fv e h i c l e sb a s e do nt h es t u d yo ft h ei m p a c to f t h ep o w e rs y s t e mm a t c h e st h ev e h i c l ef u e le c o n o m yi na l la s p e c t so fs e r i e sh y b r i d b u sm a t c h i n gp r o g r a ms e l e c tab a s i s p o w e rs y s t e mm a t c h i n gi sc o m p l e t e t h i sp a p e r s t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i e so fp o w e rs y s t e mc o n t r o lm e t h o dt h em a i nc o n t r o l l e r m o t o r c o n t r o l l e r c o n t r o lm o d e t h eb a t t e r ym a n a g e m e n ts y s t e mc o n t r o l g e n e r a t o rc o n t r o l s t r a t e g y f o rp o w e rd i s t r i b u t i o na n db r a k i n g e n e r g yr e c o v e r yc o n t r o ls t r a t e g y a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h et r a d i t i o n a lc o n t r o ls t r a t e g yi nac o m p a r i s o n t h i s p a p e rp r e s e n t sa ni n t e g r a t e dp o w e r t of o l l o wt h ec e r e m o n yw i t hat h e r m o s t a t t y p e t o r q u ec o n t r o ls t r a t e g yo fs e l e c t i v ec o n t r o ls t r a t e g i e sa n di n t e g r a t e dt a n d e m t y p e b r a k er e c o v e r ys t r a t e g i e sa n dr e c o v e r ys t r a t e g yf o rp a r a l l e lh y b r i db r a k e t y p eb r a k i n g i i i 武漢理r 人學(xué)碩 學(xué)位論文 r e c o v e r ys t r a t e g y s e c o n d l y t h i sp a p e rs i m u l a t e st h eh y b r i dv e h i c l e sf u e le c o n o m ya n de f f i c i e n c y o ft h es y s t e mb a s e do nv e h ic l es i m u l a t i o ns o f t w a r e c r u i s e m e a nw h i l e i ts i m u l a t e t h ev e h i c l e sc o n t r o l s t r a t e g y w i t ht h ej o i n to fm a t l a b s i m u l i n k t h r o u g h q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t s i tc a nc o n c l u d et h a t a l lf a c t o r sw h i c h i m p a c tf u e le c o n o m yo fs e r i e sh y b r i db u s a tl a s t a na n a l y s i so fh e vf u e le c o n o m yt e s tm e a s u r e m e n tm e t h o d sh a v ec a r r i e d o nt h r o u g ht h ed e m o n s t r a t i o nr e s u l t so fv e h i c l eo p e r a t i o n sa n de x p e r i m e n t a ls t a t i s t i c a l d a t a o nt h eb a s i so ft h et e s tr e s u l t s i tw i l lo b t a i ns o m eo p t i m i z a t i o nm e t h o dt or e d u c e t h ef u e le c o n o m y a n das y s t e m a t i ct e s tw a yi nt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o nt od e c i d e w h e t h e rah e vi se n e r g y s a v i n g t h er e s u l to fs i m u l a t i o na n dp r a c t i c a lt e s ts h o wt h a tt h ec o n t r o lo fh e vf u e l e c o n o m yi s as y s t e m a t i ce n g i n e e r i n gw h i c hi n c l u d et h ec o m b i n a t i o no fc o n t r o l s t r a t e g i e s o p t i m i z em a t c h i n g o p e r a t i o n sm a n a g e m e n ta n dr e l i a b i l i t yc o n t r o l l i n g k e yw o r d s h y b r i db u s c o n t r o ls t r a t e g y c r u i s es i m u l a t i o n f u e le c o n o m y i v 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得 武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一 同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說 明并表示了謝意 簽名 j 啦e t 期 絲掣 學(xué)位論文使用授權(quán)書 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文被查閱和借閱 本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的 全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制 手段保存或匯編本學(xué)位論文 同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有 關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文 并向社會(huì)公眾提供信息 服務(wù) 保密的淪文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 薪究生 簽名 節(jié)霄翠導(dǎo)師 簽名 靈 髫日期歹 夕 i 7 弓 li 武漢理i 人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 1 引言 第一章 緒論弟一早 珀 了匕 隨著石油資源的大量消耗和同益減少 人們環(huán)保意識(shí)的提高 電動(dòng)汽車及混 合動(dòng)力汽車將成為新世紀(jì)前幾十年汽車發(fā)展的主流 這一點(diǎn)也是我國(guó)汽車界所有 業(yè)內(nèi)人士的共識(shí) 我國(guó)政府已經(jīng)在8 6 3 計(jì)劃中列有電動(dòng)汽車重大專項(xiàng) 包括燃料 電池汽車 混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車 總經(jīng)費(fèi)8 8 億 由此可見國(guó)家對(duì)電動(dòng) 汽車研究的重視程度h 叼 從美國(guó)爆發(fā)的金融風(fēng)暴已經(jīng)演變成了一場(chǎng)世界性的經(jīng)濟(jì)危機(jī) 開始對(duì)世界 實(shí)體經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大的影響 特別是對(duì)世界汽車工業(yè)打擊巨大 美國(guó)的三大汽車公 司已經(jīng)瀕臨破產(chǎn)的邊沿 德國(guó)奔馳和大眾汽車公司的股價(jià)跌去近一半 日本豐田 汽車公司首次出現(xiàn)巨額虧損 中國(guó)的汽車產(chǎn)銷量也出現(xiàn)大幅度下跌 現(xiàn)在 世界 主要汽車生產(chǎn)國(guó)例如美國(guó) 德國(guó) 法國(guó)等國(guó)家出臺(tái)了一系列的支持政策和資金扶 持計(jì)劃來幫助汽車產(chǎn)業(yè)度過難關(guān) 我國(guó)也下調(diào)油價(jià) 取消養(yǎng)路費(fèi) 實(shí)施燃油稅改 革 特別是今年1 月份發(fā)布了 汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃 通過這些措施來提 振消費(fèi)者的信心 加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和提升自主開發(fā)能力 幫助我國(guó)的汽車工業(yè)走出 困境 這些支持政策和資金扶持計(jì)劃都把以電動(dòng)汽車為主的新能源汽車作為支持 和扶持的重點(diǎn) 把以電動(dòng)汽車為主的新能源汽車作為今后汽車工業(yè)發(fā)展的方向 我國(guó)新頒布的 汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃 指出 要以新能源汽車為突破口 加 強(qiáng)自主創(chuàng)新 培育自主品牌 最近 國(guó)家科技部聯(lián)合其他部委出臺(tái)了 關(guān)于開 展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)工作的通知 在北京等十三個(gè)城市開展以電 動(dòng)汽車為主的新能源汽車的示范推廣工作 根據(jù)電動(dòng)汽車的車型 節(jié)油率和最大 電功率比來補(bǔ)助 最高補(bǔ)助額 混合動(dòng)力汽車達(dá)到5 萬元 輛 純電動(dòng)汽車達(dá)到6 萬元 輛 燃料電池汽車達(dá)到2 5 萬元 輛 支持力度巨大 將會(huì)極大地推動(dòng)我國(guó) 以電動(dòng)汽車為主的新能源汽車產(chǎn)業(yè)化工作 混合動(dòng)力汽車是目前公認(rèn)的最具有產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)前景的電動(dòng)汽車 它具有如 下主要的優(yōu)點(diǎn)u 川 令可以大幅度降低汽車的排氣污染 奪可以較大幅度的提高汽車燃油效率 令與純電動(dòng)汽車相比 大大降低了對(duì)動(dòng)力電池的過分依賴 避開了目前電 動(dòng)汽車研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程中電池領(lǐng)域的 瓶頸 令使用傳統(tǒng)的燃料 對(duì)基礎(chǔ)設(shè)旋沒有提出任何特別的要求 奪使用方便 成本提高幅度小 武漢理1 人學(xué)碩十學(xué)位論文 由于混合動(dòng)力汽車具有上述諸多的優(yōu)越性 國(guó)外各大汽車公司紛紛投入巨資 和人力致力于相關(guān)技術(shù)的研究丌發(fā) 目前 混合動(dòng)力汽車在同本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè) 化和商業(yè)化 并大量出口到歐美等國(guó) 引起了世界的震驚 而混合動(dòng)力汽車技術(shù) 代表了當(dāng)今和未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)l 日j 內(nèi)汽車高技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì) 成為各大汽車 公司競(jìng)相爭(zhēng)奪的汽車技術(shù)的制高點(diǎn) 十五 期間 國(guó)家科技部啟動(dòng)了電動(dòng)汽車 重大專項(xiàng) 給予電動(dòng)汽車尤其是混合動(dòng)力汽車前所未有的支持 國(guó)內(nèi)幾大汽車公 司如東風(fēng)汽車公司 一汽 重慶長(zhǎng)安 安徽奇瑞等或在 8 6 3 項(xiàng)目的支持下 或是自籌資會(huì)啟動(dòng)了混合動(dòng)力汽車的研究開發(fā) 目前有的已經(jīng)取得階段性成果 1 2 混合動(dòng)力汽車概述 1 2 1 混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn) 混合動(dòng)力汽車是介于內(nèi)燃機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車之間的一種車型 它是一種內(nèi) 燃機(jī)汽車向純電動(dòng)汽車 過渡 型的車輛 同時(shí)也是一種 獨(dú)立 型車輛 它將 發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 能量?jī)?chǔ)存裝置 蓄電池 超級(jí)電容等 組合在一起 通過系統(tǒng) 良好的匹配和優(yōu)化控制 可以顯著提高燃油經(jīng)濟(jì)性 降低排放 2 3 較之純電動(dòng)汽車 混合動(dòng)力汽車具有如下的優(yōu)點(diǎn) 整各質(zhì)量小 汽車的續(xù)駛 里程和動(dòng)力性可達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平 保證駕乘舒適性 較之內(nèi)燃機(jī)汽車 混合動(dòng)力汽車則具有如下的優(yōu)點(diǎn) 可使原動(dòng)機(jī)在最佳的工 況區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行 從而降低排放和油耗 在人口密集的商業(yè)區(qū) 居民區(qū)等地可用 純電動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輛 實(shí)現(xiàn)零排放 可以回收汽車減速和制動(dòng)時(shí)的能量 進(jìn)一步 提高燃油經(jīng)濟(jì)性 2 1 4 1 6 混合動(dòng)力汽車所能達(dá)到的動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)使其成為緩解汽車需求 與環(huán)境污染及石油短缺日益矛盾尖銳的最現(xiàn)實(shí)的技術(shù)途徑 特別是近幾年 隨著 以豐田p r i u s 為代表的一批混聯(lián)式全混合動(dòng)力汽車和本田i n s i g h t 為代表的并聯(lián)式 輕度混合動(dòng)力汽車的推出 產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的前景一片光明 然而 其中動(dòng)力電 池組的壽命仍然是一個(gè)不可回避的問題 系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本也是影響其市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)力的主要因素 1 2 2 混合動(dòng)力汽車的分類及結(jié)構(gòu) 混合動(dòng)力汽車按結(jié)構(gòu)可分為如下幾類i s 9 1 1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車s e r i e sh y b r i de l e c t r i cv e h i c l e s h e v s h e v 是由發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成 發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā) 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用 串聯(lián) 的方式組成s h e v 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) s h e v 用發(fā)動(dòng)機(jī)一 2 武漢理i 大學(xué)碩 學(xué)位論文 發(fā)電機(jī)組均衡地發(fā)電 電能供應(yīng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或動(dòng)力電池組 使s h e v 的行駛旱 程得到延k 實(shí)際上s h e v 的發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組只能看作一種電能供應(yīng)系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接參與s h e v 的驅(qū)動(dòng) s h e v 的發(fā)動(dòng)機(jī) 可采用四沖程內(nèi)燃機(jī) 二沖程內(nèi)燃機(jī) 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和燃 氣輪機(jī) 笈動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一定范圍內(nèi) 不受s h e v 運(yùn)行工況的影響 經(jīng)常保持在低能耗 高效率和低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn) s h e v 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單 動(dòng)力電池組 發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組和驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)在底盤上的巾置有較大的自由度 控制系統(tǒng)也比較簡(jiǎn)單 因?yàn)橹挥形ㄒ坏碾?動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式 其特點(diǎn)是動(dòng)力特性更加趨近于e v 8 h e v 必須配備一個(gè)大功率 的發(fā)動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組 再用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)車輛 發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng) 機(jī)的功率都要求等于或接近于s h e v 的最大驅(qū)動(dòng)功率 在熱能 電能一機(jī)械能 之間的轉(zhuǎn)換過程中 總效率低于內(nèi)燃機(jī)汽車 三大動(dòng)力總成的體積較大 質(zhì)量 也較重 還有龐大的動(dòng)力電池組 使得在中小型汽車上布置有一定的困難 一 般適合大型客車采用 圖1 1 為串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)原理圖 霹扣雕 柚弧 圖卜1 串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)原理圖 并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車p a r a l l e l h y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e p h e p h e v 是出發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成組成 發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)或驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)采用 并聯(lián) 的方式組成p h e v 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 從p h e v 的動(dòng)力系統(tǒng)組成 可大致分為發(fā)動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 變速器和驅(qū)動(dòng)橋 一驅(qū)動(dòng)輪 等 電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相組合 可以 在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸處進(jìn)行 組合 在變速器 包括驅(qū)動(dòng)橋 處進(jìn)行組合 在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合 因此 p h e v 的驅(qū)動(dòng)力組合有以下不同的組合模式 a 發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)力組合式p h e v 發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)力組合式p h e v 只有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng) 發(fā)電機(jī)兩大動(dòng)力設(shè)備 發(fā)動(dòng) 機(jī)和電動(dòng) 發(fā)電機(jī)的動(dòng)力在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上進(jìn)行組合 然后通過由離合器 變速 3 武漢理ji 人學(xué)碩十學(xué)位論文 器 驅(qū)動(dòng)橋和半軸組成的傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)車輪行駛 稱為發(fā)動(dòng)機(jī)軸動(dòng)力組 合式p h e v b 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式p h e v 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式p h e v 只有發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力設(shè)備 發(fā)動(dòng) 機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在動(dòng)力組合器上進(jìn)行組合 然后通過差速器和半軸帶動(dòng)車 輪行駛 由于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在動(dòng)力組合器上進(jìn)行組合 稱為動(dòng)力組 合器動(dòng)力組合式p h e v c 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式p h e v 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式p h e v 的發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器 變速器和驅(qū)動(dòng)橋獨(dú)立驅(qū)動(dòng) p h e v 的后驅(qū)動(dòng)輪 前輪 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過減速器獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)p h e v 前驅(qū)動(dòng)輪 后輪 在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共同組成4 輪驅(qū)動(dòng)模式驅(qū) 動(dòng)p h e v 的前驅(qū)動(dòng)輪和后驅(qū)動(dòng)輪 由于在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)時(shí) 發(fā) 動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力 牽引力 在驅(qū)動(dòng)輪上組合 因此成為驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合 式p h e v 雖然p h e v 有不同的結(jié)構(gòu)模型 但都是以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要驅(qū)動(dòng)模式 發(fā)動(dòng)機(jī) 控制在低油耗 高效率和低污染的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng) p h e v 的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)p h e v 行駛 采用傳動(dòng)效率高的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 沒有 s h e v 在熱能一電能一機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗 p h e v 的發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)兩大動(dòng)力總成都是驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置 在p h e v 上 可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式和發(fā)動(dòng)機(jī)一驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng) 模式等三種驅(qū)動(dòng)模式 發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)各自的功率 可以是p h e v 的最大驅(qū)動(dòng)功 率的o 5 1 倍 兩大動(dòng)力總成的功率可以疊加 因此可以采用較小功率的發(fā)動(dòng) 機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 使得整個(gè)動(dòng)力總成的尺寸較小 質(zhì)量較輕 造價(jià)也較低 可 以應(yīng)用在中小型p h e v 上 由于是以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式為主要驅(qū)動(dòng)模式 其特點(diǎn) 是動(dòng)力特性更加趨近于內(nèi)燃機(jī)汽車 圖1 2 為并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)原理圖 4 武汝四 1 人學(xué)硬l 學(xué)位淪史 盔扣恒 m h 口日啼 m n 圈1 2 并聯(lián)式混合動(dòng)力車結(jié)構(gòu)原理圖 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車s p l i th y b d de l t r i ev e h i c l e p s h e v 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車 p s h e v 是綜合s h e v 和p h e v 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的 p s h e v 由發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力總成組成 由于電動(dòng) 發(fā)電機(jī)必然是裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上 才能起發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī)的作用 也 才能保持發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)并進(jìn)行發(fā)電 因此電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要與車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相 組臺(tái) 只有 在變速器 包括驅(qū)動(dòng)橋 處進(jìn)行組合 在驅(qū)動(dòng)輪處進(jìn)行組合 因此 p s h e v 的驅(qū)動(dòng)力組合有以下不同的組合模式 a 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式p s h e v 動(dòng)力組合器動(dòng)力組合式p s h e v 有發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大 動(dòng)力總成 在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上 裝有一個(gè)電動(dòng) 發(fā)電機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)一般只用 于快速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電 發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在動(dòng)力組合器上進(jìn)行組 合 然后通過差速器和半軸帶動(dòng)車輪行駛 由于發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在 動(dòng)力組合器上進(jìn)行組合 稱為動(dòng)力組合器組合式p s h e v b 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式p s h e v 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式p s h e v 有發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三大動(dòng)力 總成 在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上 裝有一個(gè)電動(dòng) 發(fā)電機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)一般只用于快 速起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電 發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器 變速器和驅(qū)動(dòng)橋獨(dú)立驅(qū)動(dòng)p s h e v 的 后驅(qū)動(dòng)輪 前輪 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過減速器獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)f s h e v 前驅(qū)動(dòng)輪 后輪 在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)模式時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共同組成4 輪驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)p h e v 的 前驅(qū)動(dòng)輪和后驅(qū)動(dòng)輪 由于在發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)混合驅(qū)動(dòng)時(shí) 發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力 牽引力 在驅(qū)動(dòng)輪上組合 因此稱為驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力組合式p s h e v f s h e v 兼有s h e v 和p h e v 的優(yōu)點(diǎn) 可以組臺(tái)成更多種形式的混合驅(qū)動(dòng)的 驅(qū)動(dòng)模式 發(fā)動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率可以是p s h e v 總功率的 l 3 1 倍 車輛的整各質(zhì)量可以降低 而且性能更加完善 經(jīng)濟(jì)性更好 在動(dòng)力 5 甙汝理i 人學(xué)碩i 學(xué)竹論文 性能方面接近和達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平 有害氣體的捌放更少 達(dá)到 超低污染 的標(biāo)準(zhǔn)要求 混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)原理圖丑u 陶1 3 所示 否也b 竺 觸唑 飚 t t t 眷 啪 圖卜3 混聯(lián)式 品古動(dòng)力車結(jié)構(gòu)原理圈 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電池輸出的功率比值 混合動(dòng)力系統(tǒng)又可分成弱混合 強(qiáng)混合 和中度混合 其中混合動(dòng)力汽車的混合比定義見式i 0 1 串聯(lián)混合比 島 i 毒 式中 砟一混合動(dòng)力汽車串聯(lián)混合比 b 一電池組額定功率 k w 島一發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組額定功率 k w 并聯(lián)混合比 島 瓦 東 式中 島一混合動(dòng)力汽車串聯(lián)混合比 昂 一電池組額定功率 k w 昂 一發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)組額定功率 k w 各混合度對(duì)應(yīng)車輛的性能如圖l 4 所示 6 1 1 i 2 褂 一 五 武漢理1 人學(xué)壩t 學(xué)位論文 圖l 一4 混合動(dòng)力系統(tǒng) i 翕島燃油經(jīng)濟(jì)眭 1 2 3 混合動(dòng)力客車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 在德國(guó)舉行的2 0 0 8 漢諾威商用車展上 沃爾沃發(fā)粕了一款混合動(dòng)力客車7 7 0 0 沃爾沃宣稱 作為歐洲市場(chǎng)上首次出現(xiàn)的商業(yè)化混合動(dòng)力客車 沃爾沃7 7 0 0 混 合動(dòng)力客車使用沃爾沃獨(dú)有的混合動(dòng)力系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了油耗降低3 0 沃爾沃混合 動(dòng)力系統(tǒng)被稱為 i s a m 包括了啟動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)和電控單元 1 s a m 將與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和沃爾沃l s h i l f 變速箱一起工作 配備的鋰離子電池可阻在制動(dòng) 過程中進(jìn)行充電 沃爾沃混合動(dòng)力客車既可以由電動(dòng)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 也 可以由兩者同時(shí)驅(qū)動(dòng) 因此 在沃爾沃7 7 0 0 混合動(dòng)力客車中 配備的柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)排量只需要5 升 從而比普通柴油的9 升柴油發(fā)動(dòng)機(jī)更加小巧 實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng) 力系統(tǒng)動(dòng)力更強(qiáng) 油耗反而更低 另外一點(diǎn) 沃爾沃7 7 0 0 混合動(dòng)力客車在遇到 紅燈停車的時(shí)候 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將自動(dòng)停止工作 客車將由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力 在車 速達(dá)到1 5 2 0 公里 4 時(shí)之后 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)爿會(huì) 始根據(jù)車速情況自動(dòng)提供動(dòng)力 美國(guó)發(fā)展中重型混合動(dòng)力技術(shù)的公司有b a es y s t e m s e a t o n e b u s g m a l l i s o n i s e r e s e a r c h 以及o s h k o s h 等 其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于民用及軍崩當(dāng)中 目前 美國(guó)已經(jīng)有超過3 0 個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行著混合動(dòng)力客車 令人滿意的試運(yùn)行結(jié)果 也促使了多家公交公司大量購(gòu)買混合動(dòng)力客車 i n d y g o 采用加利福尼亞 d o w n e y 生產(chǎn)的2 2 座 低地板串聯(lián)插電式混合動(dòng)力城市客車e b u s 該混合動(dòng)力 7 武漢理1 人學(xué)碩十學(xué)伉論文 客車使用c a p s t o n em i c r ot r u b i n e t m 串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng) 如圖1 5 所示 數(shù)字功 率控制器監(jiān)控蓄電池電量 當(dāng)電池電量不足時(shí) 使j 1 j 一臺(tái)小型渦輪機(jī)為蓄電池充 電 這樣可以增大公共汽車的續(xù)駛里程 同時(shí)可以對(duì)i b u s 施行快速充電 僅需 要大概l h 的時(shí)間就可以將蓄電池電量充滿 圖1 5 美國(guó)混合動(dòng)力城市客車e b u s 我國(guó)的混合動(dòng)力客車發(fā)展主要來源于兩個(gè)國(guó)家計(jì)劃 一是 8 6 3 計(jì)劃 高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 從2 0 0 1 年起 中國(guó)就已將電動(dòng)汽車 研究開發(fā)列入了國(guó)家 8 6 3 計(jì)劃重大專項(xiàng) 其中一汽 東風(fēng) 中通等企業(yè)先后 被列入國(guó)家 8 6 3 計(jì)劃中的混合動(dòng)力電動(dòng)客車項(xiàng)目 列入國(guó)家 8 6 3 計(jì)劃的客車 項(xiàng)目極少 混合動(dòng)力客車能夠列入其中 是國(guó)家發(fā)出的一種信號(hào) 其發(fā)展前景 被客車企業(yè)普遍看好 二是 十城千輛 示范計(jì)劃 科技部部長(zhǎng)萬鋼在 2 0 0 8 年首屆中國(guó)綠色能源 汽車發(fā)展高峰論壇 上表示 科技部正在設(shè)想 通過連續(xù)3 年對(duì)國(guó)內(nèi)1 0 個(gè)以上 有條件的大城市進(jìn)行千輛新能源汽車的試驗(yàn) 并形成新能源供應(yīng)設(shè)施的規(guī)模市 場(chǎng) 使我國(guó)到2 0 1 0 g 節(jié)能與新能源汽車的規(guī)模達(dá)到1 0 0 0 0 輛 東風(fēng)汽車公司繼承 九五 電動(dòng)汽車研究成果 從2 0 0 0 年開始研究混合動(dòng)力 客車和轎車 并獲得了 十五 國(guó)家科技部 8 6 3 計(jì)劃的混合動(dòng)力客車和轎車兩個(gè) 課題 為了促進(jìn)和支持這兩個(gè)項(xiàng)目的研究及今后向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展 2 0 0 1 年成 立了東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司 在省市政府的大力推動(dòng)下 2 0 0 3 年7 月成立 了武漢電動(dòng)汽車示范運(yùn)營(yíng)有限公司 在2 0 0 3 年1 1 月 東風(fēng)混合動(dòng)力客車走出了 實(shí)驗(yàn)室 成為武漢市民日常出行的交通工具 6 臺(tái)混合動(dòng)力公交樣車在武漢5 1 0 路公交線投放 與傳統(tǒng)的燃油客車共同運(yùn)營(yíng) 進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比 2 0 0 5 年1 2 q 8 武漢理1 人學(xué)碩十學(xué)位論文 首批下線的1 5 臺(tái)東風(fēng)混合動(dòng)力電動(dòng)客車交付給示范運(yùn)營(yíng)公司 在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn) 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車商業(yè)化銷售 在2 0 0 5 年底武漢市殲通了5 9 9 路公交線路 成 為路國(guó)內(nèi)首條混合動(dòng)力綠色公交專線 標(biāo)志著我國(guó)自行研制的混合動(dòng)力客車正 式進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營(yíng) 一汽汽車集團(tuán)經(jīng)過近三年的苦心研制 于2 0 0 5 年1 2 月在一汽 無錫汽車廠駛下裝配線 在 十五 期間 自行研制混合動(dòng)力客車的公司還有幾家 如深圳五洲龍 上海汽車集團(tuán) 長(zhǎng)沙聯(lián)合等公司 近年來開始介入混合動(dòng)力客車的公司如雨后 春筍 宇通 金龍 福團(tuán) 申龍等公司紛紛展出了樣車 1 3 混合動(dòng)力客車的燃油經(jīng)濟(jì)性 由于混合動(dòng)力客車運(yùn)行在城市工況下 因此它對(duì)動(dòng)力性要求并不高 而對(duì) 燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的要求卻很嚴(yán)格 鑒于此 研究混合動(dòng)力客車的燃油經(jīng)濟(jì)性 可謂重中之重 1 3 1 混合動(dòng)力客車的特殊性 對(duì)于混合動(dòng)力汽車而言 發(fā)動(dòng)機(jī)和電池 其他儲(chǔ)能設(shè)施 是必不可少的兩 個(gè)能量源 因此就決定了混合動(dòng)力汽車同時(shí)兼有機(jī)械能和電能傳遞的特殊性 同時(shí) 對(duì)于客車而言 其工作環(huán)境與整車參數(shù)確定了各電氣 電子部件的工作的 特殊性 具體來說 混合動(dòng)力客車具有下述特殊性 1 7 2 5 3 2 1 1 能量分配可控制 混合動(dòng)力客車的發(fā)動(dòng)機(jī)與電池之間的能量通過整車控 制器按照一定的策略進(jìn)行分配 若能將發(fā)動(dòng)機(jī)與電池的能量按照理想曲 線進(jìn)行分配 那么整個(gè)能量鏈的效率將會(huì)得到很大的提升 2 能量回收比例大 混合動(dòng)力客車所允許的城市工況下大部分時(shí)問處于制 動(dòng)減速或停車狀態(tài) 因此可回收能量占很大比例 中國(guó)城市工況中可回 收能量占3 8 2 6 而紐約城市工況中其可回收能量高達(dá)6 7 7 3 3 混合度與電量平衡的矛盾 根據(jù)圖1 4 可知 混合動(dòng)力客車的燃油經(jīng)濟(jì) 性與混合度息息相關(guān) 因此提高混合度可提高燃油經(jīng)濟(jì)性 然而 若車 輛的混合度太低 即發(fā)動(dòng)機(jī)功率過小 那么車輛在工況運(yùn)行中就會(huì)出現(xiàn) 電量持續(xù)下降 不能達(dá)到電量平衡 嚴(yán)重時(shí)可造成電池的過放損壞電池 因此動(dòng)力匹配時(shí)要找出這兩者之間的平衡點(diǎn) 4 電子 電氣元件影響可靠性 要實(shí)現(xiàn)能量的分配 對(duì)各能量輸入系統(tǒng) 如 發(fā)動(dòng)機(jī) 電池 和能量輸出系統(tǒng) 如電機(jī) 的控制 約束以及分配是必 不可少的 而這些都必須借助于電子 電氣元件來實(shí)現(xiàn) 已有的車用電 9 武漢理 i 人學(xué)碩 學(xué)位論文 子 電氣元件都僅用于低壓回路 即1 2 v 2 4 v 而混合動(dòng)力車輛上所用 的元件要求為用于高壓回路 高達(dá)3 0 0 v 以上 因此 很多車輛上所用 元件都為工業(yè)級(jí)元件 顯然 電子 電氣元件的不成熟以及數(shù)量的增加 都大大的降低了整車的可靠性 5 工作環(huán)境惡劣 公交工況的工作壞境都較惡劣 無論任何天氣 溫度以 及路面情況 客車都必須保持始終運(yùn)行 這就給車載設(shè)備帶來了比其他 車輛更加嚴(yán)格的要求 對(duì)于混合動(dòng)力客車而言 高溫下各控制器不會(huì)正 常工作 電機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)效率都會(huì)低 低溫下電池效率較低 發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟 動(dòng)需時(shí)較長(zhǎng) 若所用控制器采用飆冷 傳感器直接暴露于車身外 則控 制精度很容易受到空氣中的水分與灰塵的影響 6 工作時(shí)間較長(zhǎng) 一般來說 公交線路上的每輛客車平均工作時(shí)間都會(huì)長(zhǎng) 達(dá)1 0 d 時(shí)以上 天 運(yùn)行距離超過1 5 0 k m 天 機(jī)械連接的部件可正常滿 足此負(fù)荷 而對(duì)于使用高壓系統(tǒng)的電驅(qū)動(dòng)部件來說 長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)發(fā)電 意味著溫度的上升以及效率的下降 因此 混合動(dòng)力客車上對(duì)于電驅(qū)動(dòng) 部件的散熱是非常重要的 7 后輪驅(qū)動(dòng) 出于整車穩(wěn)定 安全和效率的考慮 大部分客車選擇后輪驅(qū) 動(dòng) 而在車輛制動(dòng)時(shí) 若考慮到制動(dòng)效果和制動(dòng)安全 后輪的制動(dòng)能量 遠(yuǎn)小于前輪的制動(dòng)能量 因此對(duì)于后輪驅(qū)動(dòng)車輛來說 可制動(dòng)回收的能 量就小于前輪制動(dòng)的車輛 鑒于混合動(dòng)力客車的特殊性 在研究其燃油經(jīng)濟(jì)性的時(shí)候之前要首先保證 其動(dòng)力性 安全性及可靠性 只有這樣所得到的燃油經(jīng)濟(jì)性才是有價(jià)值的 1 3 2 各類混合動(dòng)力客車特征比較 各類混合動(dòng)力汽車的性能及燃油經(jīng)濟(jì)性比較如表1 1 及表1 2 所示 1 2 1 6 1 0 武漢理l 人學(xué)碩十學(xué)位論文 表1 1 各類混合動(dòng)力汽車性能比較 混合 串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式 動(dòng)力 所需發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 電池 電發(fā)動(dòng)機(jī) 電池 電發(fā)動(dòng)機(jī) 發(fā)電 部件機(jī)等機(jī) 機(jī)械耦合裝置機(jī) 電池 電機(jī) 機(jī)械耦合裝置 優(yōu)點(diǎn)1 機(jī)械連接簡(jiǎn)單 布置方便 1 并聯(lián)式能量輸1 燃油經(jīng)濟(jì)性 2 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況可不受工 出 動(dòng)力性好 和排放都較好 況影響 始終工作在最佳效2 能量傳輸效率較 率區(qū)域 無怠速 高 燃油經(jīng)濟(jì)性較 3 排放好 可選用較小的發(fā) 好 動(dòng)機(jī) 3 沒有發(fā)電機(jī) 發(fā) 4 電機(jī)有較強(qiáng)的制動(dòng)回收能 動(dòng)機(jī) 電機(jī)都可選 擇較小型號(hào) 整車 力 質(zhì)量較小 4 可靠性好 缺點(diǎn)1 能量串聯(lián)式傳輸 每經(jīng)過1 機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜 1 結(jié)構(gòu)更加復(fù) 一個(gè)部件都會(huì)降低 總體效雜 控制策略也 率低 因此燃油經(jīng)濟(jì)性較差 2 發(fā)動(dòng)機(jī)隨工況運(yùn) 行 有怠速 排放 更復(fù)雜 2 動(dòng)力輸出全部由電機(jī)完情況相對(duì)較差 2 成本較高 成 因此電機(jī)要求較高 質(zhì) 擁有組件多 量也較大 3 能量回收能力 差 3 可靠性差 任何部件出現(xiàn) 故障 整車都處于故障狀態(tài) 表1 2 各類混合動(dòng)力汽車燃油經(jīng)濟(jì)性比較 1 9 混合動(dòng)力汽車串聯(lián)式并聯(lián)式混聯(lián)式 相對(duì)于原型車節(jié)油量 1 0 一1 5 1 5 一2 0 3 0 1 4 選題的依據(jù) 意義和研究路線 1 4 1 本文選題的依據(jù)及意義 混合動(dòng)力汽車在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到了提高燃料經(jīng)濟(jì)性和減少排放的目 武漢理l 人學(xué)碩十學(xué)何論文 的 因而極具發(fā)展自訂景 從目前的發(fā)展來看 汽車的排放法規(guī)r 趨嚴(yán)格化 同 時(shí)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展都會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展 混合動(dòng)力汽車充 分吸取了電力 熱力系統(tǒng)中最大的優(yōu)勢(shì) 在遠(yuǎn)途時(shí)使用熱力發(fā)動(dòng)機(jī) 在城市和過 渡階段時(shí)使用電動(dòng)機(jī) 如果調(diào)配合理的話 電力和熱力的配合使用 將很大程 度地降低汽車的耗油量和污染物的排放 并同時(shí)提高駕駛樂趣 改善車輛行為 與傳統(tǒng)型汽車相比 h e v 可以確保具有同等的性能和優(yōu)勢(shì) 而在節(jié)能和排放上 勝出一籌 對(duì)于本文所研究的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車而言 主要存在下列問題 1 2 3 2 4 2 5 1 1 在目前電池技術(shù)沒取得重大突破之前 發(fā)動(dòng)機(jī) 電機(jī)和電池之問的匹配 難以達(dá)到均衡 過多的使用電池會(huì)造成電池性能下降 壽命減少 發(fā)動(dòng) 機(jī)輸出功率太小難以滿足動(dòng)力性要求 太大又不利于燃油經(jīng)濟(jì)性和排 放 2 由于控制策略不夠完善 導(dǎo)致整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的 節(jié)油 3 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及策略的研發(fā)周期過長(zhǎng) 研發(fā)前期若有大量的模擬仿真來輔 助匹配以及確定控制策略 則可大大縮短研發(fā)周期 而現(xiàn)有的仿真模型 大多為后向驗(yàn)證模型 達(dá)不到所要求的目的 對(duì)于混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性水平 通常是在進(jìn)行實(shí)車道路 試驗(yàn)之后給予最后評(píng)價(jià) 這樣做不但周期長(zhǎng) 成本高 而且在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì) 整車及各總成方案的確定 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 傳動(dòng)系參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配等具 有一定的盲目性 可能遺漏較優(yōu)的方案 造成浪費(fèi) 如果在設(shè)計(jì)階段 根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略 利用計(jì)算機(jī)仿真 模擬對(duì)汽車動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測(cè) 可以考察驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)是如何影響 汽車動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性 并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) 此外 按預(yù)定的程序模擬各 種行駛工況 包括瞬變的非穩(wěn)定工況 能全面地預(yù)測(cè)汽車在多種工況下的動(dòng)力 性和燃油經(jīng)濟(jì)性 本論文針對(duì)天津清源公司與中通公司合作開發(fā)的混合動(dòng)力大客車進(jìn)行燃油 經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化 研究整車的匹配及控制策略 旨在改善整車的運(yùn)行性能 提高 其燃油經(jīng)濟(jì)性水平 在此基礎(chǔ)上縮短整車開發(fā)周期 為后續(xù)的研發(fā)提供參考 1 4 2 本文的研究路線 本文通過城市工況和功率需求匹配合理的動(dòng)力源與驅(qū)動(dòng)電機(jī) 經(jīng)過系統(tǒng)的 研究分析a p u 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電池的工作特性選擇適當(dāng)?shù)目刂撇呗?根據(jù)試驗(yàn)結(jié) 果進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn) 加入控制策略后 采用前向模型對(duì)于動(dòng)力總成仿真 并對(duì)比 1 2 武漢理i 人學(xué)硬十學(xué)協(xié)論文 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析 選擇最合理的策略方案及匹配參數(shù) 從而達(dá)到理想的燃油 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 基本思路直 圖i 6 所示 d d 圖i 6 本文所用的技術(shù)路線 3 武漢理l 人學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 基于燃油經(jīng)濟(jì)性混合動(dòng)力客車匹配分析 2 1 串聯(lián)式混合動(dòng)力客車總成分析 21 1 串聯(lián)式混合動(dòng)力客車結(jié)構(gòu) 從第一章的分析可知 串并聯(lián)混合動(dòng)力車輛各有利弊 在決定混合動(dòng)城市 客車選用串聯(lián)還是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí) 必須充分結(jié)合混合動(dòng)力客車的運(yùn)行工況和所要 側(cè)重達(dá)到的目標(biāo) 動(dòng)力性 排放還是燃油經(jīng)濟(jì)性 著重從以下幾個(gè)方面考慮 2 7 1 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的燃油經(jīng)濟(jì)性較串聯(lián)好 而串聯(lián)方案的排放更佳 目前 發(fā) 展混合動(dòng)力客車的直接動(dòng)力是改善公交客車的排放 所以 歐美前一階段所生 產(chǎn)的掘臺(tái)動(dòng)力客車的產(chǎn)品 樣車和演示車多采用串聯(lián)布置 2 串聯(lián)方案只有電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪這一驅(qū)動(dòng)形式 電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)候絕 佳的扭矩特性使串聯(lián)布置的混合動(dòng)力客車具有很好的加速性能 這對(duì)城市客車 尤為重要 而城市工況對(duì)最高車速及爬坡度要求都較低 不需要太大的動(dòng)力性 這點(diǎn)來說串聯(lián)式更適合用于混合動(dòng)力客車上 3 對(duì)于混合動(dòng)力公交客車而言 會(huì)非常頻繁地出現(xiàn)減速和停車等運(yùn)行工 況 相對(duì)而言 采用串聯(lián)布置更利于制動(dòng)能量的回收 4 串聯(lián)方案特點(diǎn)決定了其對(duì)電池組的依賴更強(qiáng) 但公交客車很規(guī)律的運(yùn)行 工況使其具有對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電等維護(hù)的條件 5 串聯(lián)方案具有 零排放 特性 這使它更適合于在排放要求極為嚴(yán)格的 中心市區(qū)內(nèi)運(yùn)行 行 簡(jiǎn)4 爬自 定i 機(jī)中 結(jié) 串霉 6 各自的技術(shù)特點(diǎn)決定了串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車特別適合于在市內(nèi)低速運(yùn) 頻繁的加速 減速 停車的復(fù)雜工況 而并聯(lián)混合動(dòng)力汽車更適合于路況 j m 拋動(dòng)力單元 a p u 剮球黠 uu 面 持 圈2 l 串聯(lián)式混合動(dòng)力景統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)翻 武漢理i 人學(xué)碩l 何論文 本車采用交流異步電機(jī)通過兩速變速箱驅(qū)動(dòng)車輪 其中二擋速比為r 常使 用速比 滿足整車在平坦的城市道路的閂常公交運(yùn)營(yíng)要求 要求無需駕駛員挾 檔操作實(shí)現(xiàn)車輛起步 加速 行駛 減速網(wǎng)饋等功能 低遮檔僅用于爬坡 保 留純 b 動(dòng)運(yùn)行功能 但是其性能指標(biāo)只需要保汪低速運(yùn)行1 0 公里左右即可