混合动力系统（精选12篇）
混合动力系统 篇1
1 混合动力汽车动力系统工况匹配法概述
混合动力汽车与常规的汽车动力系统存在很大差异,能够将多种动力供应形式相互结合,这种混合动力系统能够节省汽车的油品损耗,并使用清洁能源逐渐的替代油品使用,节省能源的同时也可以解决污染排放的问题。工况法能够将汽车发动机部分的能源使用情况进行对比,按照汽车设计阶段所应用的能源对比检测情况来进行,更深入地对混合动力汽车的动力系统进行评估,包括能源损耗情况,运行使用后的排放情况,通过这种对比可以更深入地了解到在基层中是否存在需要进一步完善的内容,并在混合动力汽车设计阶段采取框架优化的方法来进一步解决。工况匹配法包含了众多的检测内容,例如混合动力汽车在不同荷载情况下的瞬时动力情况,是混合动力汽车发生的重要基础。
2 理论匹配法
2.1 单动力装置车辆动力系统匹配
该种动力系统匹配方法,是根据常用的技术性方法来进行的,会确定混合动力汽车明确的使用需求标准,并在此基础上进行更深入地控制研究,将所得到的参数带入到计算公式中,最终得到与汽车动力标准相匹配的动力系统参数体系[1]。P在公式中会代表混合动力汽车行驶期间的总功率,分别包含了汽车正常行驶、载重行驶以及爬坡行驶时对动力系统的要求,并将各项动力参数分别求出后相加求和,判断在单动力装置车辆设计时,混合动力系统需要满足的使用需求。行驶期间还会产生一部分能源损耗,会通过Paux来进行表示,损耗主要是由空气摩擦导致,因此在计算时可以考虑空气所带来的阻力,将其作为计算期间的具体参数。
2.2 双动力装置车辆动力系统匹配
双动力装置中,由主动力系统与辅助动力系统共同组合而成,正常形式时主动力系统会导通,并向汽车行驶提供动力。但遇到突发情况时,例如在爬坡阶段,需要配合更高的动力系统支持,此时辅助装置会自动导通并提供足够的瞬时动能,达到理想的使用效果,这样混合动力汽车在任何路况上都能够确保稳定行驶,不会影响到使用安全。具体的计算公式如下所示:
其中Ps表示在稳定状态下汽车行驶消耗的功率,也就是混合动力汽车主动力系统的功率情况,将常规形式的功率损耗与风力阻碍带来的损耗功率相加,便能够对主动力系统有完善地了解。PT是瞬时状态下辅助动力系统在短时间内导通并提供动能时的系统参数变化情况,对其进行计算需要将总功率减去公式1中计算得到的稳态动力系统匹配参数。最终所得到的结果中已经去除了阻碍带来的能量损耗,因此能够直接应用在系统参数配合方面,使得汽车的混合动力系统设计能够得到更好地配合。
3 工况匹配法的应用
在混合动力汽车中应用这种研究方法,首先要对基础部分的参数进行全面了解,观察车辆在进行动力系统设计时,是否存在需要进一步完善的内容,将所得到的计算结果与试验所得到的参数进行对比,这样可以在短时间内判断混合动力汽车的动力系统设计是否达到了车辆使用安全规定标准。计算车辆在不同状态下的发动力动力提供参数情况,在此基础上进行全面地参数对比分析,通过这种方法可以帮助技术人员明确在设计理念中需要进一步完善的内容,并促进管理计划在现场得到更好地落实应用。
混合动力汽车中,电能是常用的能源之一,通过电池来将电能存储在其中,与传统的汽车动力提供形式相比较,增加了很多的新内容,也能够更好地适应使用期间需要继续深入完善的内容,包括对电池蓄电能力标准的选择,是否在形式期间可以达到预期的节能指标,以及在系统中是否存在排放污染物质超标的情况[2]。混合动力汽车在我国正处于研发推广的状态,设计阶段也是十分严谨的,任何一项参数对比误差问题,都有可能会影响到系统功能的正常实现,最终造成严重的质量安全隐患问题,导致混合动力汽车不能在汽车行业中迅速地推广。开展工况匹配法来对汽车的综合指标进行评价是十分有效的,能够帮助继续深入地提升使用安全性。
4 结束语
综上所述,工况匹配法兼顾了目标工况和动力性指标对动力系统的要求,既能有效减小发动机的尺寸,又具有良好的节油效果。工况匹配法不仅适合以国内典型城市公交循环为目标工况的混合动力汽车的动力系统匹配,而且也适合以其他单个循环或多个循环为目标工况的混合动力车辆的动力系统匹配,所以对混合动力车辆动力系统的设计和研究具有一定的现实意义。
摘要：在混合动力汽车中,应用工况匹配法来对汽车的行驶情况进行深入研究,有助于实现更理想的动力系统优化设计计划,为汽车投入使用后提供安全保障。文章重点针对混合动力汽车中开展动力系统工况匹配法的具体形式进行介绍,从理论计算与实践应用需要注意的内容来进行。
关键词：混合动力汽车,动力系统,工况匹配
参考文献
[1]季新杰,李声晋,方宗德.单轴并联式混合动力汽车动力系统参数匹配的研究[J].汽车工程,2011,33(3):188-193+202.
[2]莫愁,陈吉清,兰凤崇.四驱混合动力汽车动力系统匹配与控制策略研究[J].汽车工程学报,2013,3(3):199-204.
混合动力系统 篇2
毕业论文（设计）题目混合动力电动汽车驱动系统的研究与设计
学生姓名车辆工程班级指导教师张 琎
一、毕业论文（设计）的主要内容：
二、毕业论文（设计）的基本要求及应完成的成果：
4、制定尽量完善的研究方案.；
5、完成毕业设计论文（不少于8000字）；
6、完成英文文献翻译（不少于2500字）；
三、毕业论文（设计）的进度安排：
四、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献：
2、主要参考文献：
（1）陈清泉，孙逢春等.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社, 2002.（2）段岩波、张武高、黄震.混合动力电动汽车技术分析[J].柴油机，2002，（6）：43-46
（3）刘金玲，宋健等.并联混合动力客车控制策略比较[J].公路交通科技, 2005, 22(1)
（4）高海鸥，王仲范等.PRIUS混合动力汽车驱动系统键合图建模仿真[J].武汉理工大学学报, 2004, 26(1)：63-65.（5）程伟，徐国卿等.混合动力车用永磁无刷电动机驱动系统[J].微特电机, 2004年9期
混合动力系统 篇3
带来节能新时尚
由于传统的节能措施并没有从根本上解决汽车的能耗问题和减少废气排放，没有达到我们对汽车环保理念的要求，因此国内外的汽车厂商开始着眼于新能源汽车的研发。从目前新能源汽车研究领域来看，混和动力、氢动力、纯电池和生物燃料成为汽车厂家的主攻方向，而且相应产品已经或者即将进入市场。在2009年上海车展上，上汽集团发布的09新款荣威750，是国内第一款面向产业化自主研发的混合动力汽车，采用了创新的DriveStop系统。从字面意思了解这是一款类似于“启-停”装置的节能系统，这个系统将像荣威550配备的一键式智能启动系统一样，吸引无数热爱尝鲜的潮人的眼球。
Drive Stop
系统的工作原理
Drive Stop，其实就是一个节能的装置。它指汽车在刹车停止后，自动切换至N档，达到最佳省油效果。在城市道路行驶时，难免会遇到红灯和塞车的情况，这时究竟要不要熄火，难免让驾驶员犹豫。当驾驶员遇到红灯时，踩下制动踏板，停车摘档。这时，Drive Stop系统自动检测:发动机空转且没有挂档；防锁定系统的车轮转速传感器显示为零；电池传感器显示有足够的能量进行下一次启动，满足这三个条件后，发动机自动停止转动。当交通灯变绿后，驾驶员踩下离合器，随即就可以启动“起动停止器”，并快速地启动发动机。驾驶员挂档，踩油门，汽车快速启动。拆解动作看似复杂，其实是一个短暂得几乎让人察觉不到的过程。正是在这一停一走的时间里，DriveStop系统即可降低汽车的油耗和二氧化碳的排放。这类似于我国香港地区就有一种“停车熄匙”的做法，以到达减少排放废气，环保的作用。当然，当今社会人们不仅仅对汽车燃油经济性产生关注，对于汽车驾乘感还有先进智能技术的运用也很关注。难道Drive Stop系统只是对汽车节油起作用吗？答案显然是否定的，他给人们倾入了更加人性化的特点。
炎炎夏日，我们在行车过程中会开启空调，当我们需要停车等待的情况下，发动机自动停止，空调会在DriveStop系统的控制下处于待机状态，当车内温度升高时，它又会控制空调重新启动，以保持车内的舒适性。
过去的混合动力汽车在动力的衔接上无法做到完全平顺，电动机与引擎在切换过程中有一点迟缓。而09款荣威750在Drive Stop系统的辅助下，各种动力切换非常平顺，相对于同门兄弟荣威550，动力输出更加迅猛，加速时发动机和电动机同时发挥作用，操控感觉更加得心应手。
混合动力领衔新能源汽车Drive Stop系统为混合动力汽车提供了一套低成本的解决方案，它使自主品牌汽车能够推出更多的高性价比混合动力汽车，为消费者带来真正意义上的实惠。当然面对日益严重的环境污染和资源枯竭，各大品牌也在不遗余力发展混合动力、新能源及电动车技术。在今年4月底的上海车展上，我们已经看到不少新能源汽车已不仅出现在概念车的舞台上，更多则以相对成熟的预投产车型身份亮相，那些已经量产的部分新能源车更是高调出场，混合动力汽车已成为新能源汽车中的绝对主角。
油电混合动力
应该说丰田公司是走在混合动力汽车开发的前列的，早在10年以前，丰田公司就着力研发混合动力汽车，普锐斯是最早发布的混合动力汽车之一。随着时间的推移，普锐斯经过不断改进与完善，让丰田公司掌握了先进节能技术，并且他们把这种先进的节能技术运用于丰田公司旗下豪华雷克萨斯的LS600h、RX400h、GS450h一系列混合动力车型。
本田也是较早研发混合动力的厂家之一，混动思域也已经引入到国内销售，与丰田普锐斯面临相同的问题就是售价太高，不足以带来真正意义上的“经济”。
目前国内各大车厂也纷纷推出了自己的混合动力车型，长安杰勋、奇瑞A5、一汽奔腾等都是国内自主品牌车型在混合动力领域的先锋队员，并且这个数量也同样伴随着汽车产销量的增加而不断提升。
燃料电池车
莲花Exige 270E跑车使用了全新开发的生物燃料的发动机，可使用甲醇、生物乙醇和汽油燃料这三种燃料驱动。Exige 270E的1.8升发动机，在机械增压器的助力下，可以达到270马力，255公里的最高时速和3.88秒的百公里的加速时间，使它成为莲花动力最强的街道版赛车。这款超环保跑车有望在年底前引进中国进行销售，青年汽车集团已向英国莲花汽车集团提出申请。
器的助力下，可以达到270马力，255公里的最高时速和3.88秒的百公里的加速时间，使它成为莲花动力最强的街道版赛车。这款超环保跑车有望在年底前引进中国进行销售，青年汽车集团已向英国莲花汽车集团提出申请。
锂离子电动车
斯巴鲁研发的第二代紧凑型EV电动汽车G4e，采用了其独家开发的第二代锂离子电池进行供电，其贮存电量可达到第一代电动汽车的两倍以上。先进的充电技术加上轻型的车身，使G4e概念车在充电后可行驶200公里。
混合动力汽车发展前景
在节能减排的大环境下，造普通消费者负担得起的节能汽车，是摆在每一个汽车厂商面前最现实的问题。对氢、生物乙醇、天然气和高度混合动力等新能源的追求，固然体现出人们在汽车环保方面的愿景，但一些技术壁垒和高昂的制造成本，却使得新能源汽车距离市场较远。而一些低成本的环保技术，则成了现阶段汽车节能减排的最有效的解决方案。
Drive Stop“启-停”技术，是混合动力汽车的一项重要技术，它以人性化、智能化、实用化给广大消费者带来巨大吸引力，将来会有越来越多类似于“Drive Stop”的技术，它将带给目前混合动力汽车带来了更环保，更平顺实用的智能新技术，最终达到节能减排的目标。
MI TIPS
混合动力系统 篇4
串联型混合动力公交客车多能源系统各部件参数设计原则:要在满足汽车动力性能要求的前提下,从降低整车燃油消耗和排放,并减少发动机、发电机、电动机和动力电池组的重量及成本等方面综合确定。表1为动力系统设计的初始参数。
1. 发动机功率的确定
串联型混合动力公交客车的发动机功率可根据满足汽车最高车速的行驶要求所确定。按满足汽车最高车速75km/h的行驶要求计算发动机功率,即
式中,eP为发动机功率,kW;um为最高车速,km/h;g为重力加速度,m/s2。计算得发动机功率eP=114 kW。最终确定某款柴油发动机,功率为117 kW,图2为该发动机的万有特性图。
根据发动机万有特性图可作出最低油耗曲线,发动机将被控制在该曲线上一个较最低油耗区域工作,此时发动机可被控制的最大功率eP_ctl为107kw(1700rpm,600N.m)。
3. 发电机特性的确定
发电机输入功率一般应能传递发动机最大功率,本设计方案将发电机的额定输入功率取为能传递发动机被控制运行的最大功率
为可靠起见,取Pg_in=110kW。
发电机在恒转矩区应能传递发动机的最大转矩,根据发动机万有特性图,发动机最大转矩为600N.m,因此发电机额定转矩为
为可靠起见,取Tg_in=575N.m
发电机最高转速应满足发动机的实际最高转速。
发电机的额定输出功率为
圆整为gP-out=100kW
因发电机与发动机同轴布置并联合工作,故发电机的最高效率的转速区要与发动机的相同,尤其在(1300～1700)rpm的常用转速区。
4. 电动机特性和减速器速比的确定
本设计中主减速器速比是已确定的,因此减速齿轮的速比大小应能满足汽车的最高车速要求
式中nnmax为电动机的最大转速,r/min。
为了将减速比设计得大一点以减少电动机峰值转矩,因而可相应减少电动机电流,故最好选用高速电动机,但目前国内的永磁无刷直流电动机在高转速区的恒功率控制比较难,且高速轴承价格较高,因此取电动机连续运行时的最大转速nmmax=5000rpm,因此取ig=1.927。
电动机扩大恒功率区系数(电动机最高转速与额定转速之比)一般在2.5～5范围内,本设计取为2.5,因此电动机连续运行时的额定转速为
电动机连续运行的额定功率应能满足汽车最高车速行驶要求,即
计算得Pmr=79kW,为了能使汽车在一般的沥青或混凝路面上也具有较高的行驶车速,取
计算得Tmr=405N.m
电动机短时间运行的峰值功率应满足短时间运行的最大爬坡度和加速性能要求。
短时间运行的最大爬坡度要求所需要的电动机峰值转矩为
计算得Tmmax=1265N.m
汽车原地起步加速到ua的加速时间t如式(10)、(11)。
当ua≤umr时,
当ua>umr时,
式中,umr为电动机短时间运行的基速nmmr所对应的车速,km/h。
电动机短时间运行的基速选为nmmr=944rpm,因此电动机的峰值功率为
将nmmr、Pmmax值代入式(10)、(11),经编程计算得到0～50 km/h的加速时间t=20.7s,满足加速要求。
5. 蓄电池组参数的确定
5.1 蓄电池峰值功率
蓄电池的峰值功率应满足加速性能要求和短时间最大爬坡的要求。混合动力汽车加速时可以采用以下两种方式:(1)按汽车纯电驱动运行的加速来确定蓄电池的峰值功率,此时发动机关闭,因此蓄电池峰值功率比较大。(2)按发动机-发电机和蓄电池同时向电动机供电的方法实现加速,这样确定蓄电池峰值功率比较小。本设计中的混合动力公交客车为可外接充电式,即插电式混合动力公交客车。考虑到插电式混合动力公交客车的蓄电池容量比普通的混合动力公交客车大,一次加速(如0-50km/h)过程使蓄电池的荷电状态SOC下降较少,且为了避免在汽车起步加速时开启发动机,使发动机处于油耗和排放都较差的动态运行工况,因此原地起步加速时不启动发动机,而采用蓄电池-电动机的纯电驱动运行来加速,则蓄电池放电模式下的输出功率按电动机峰值功率计算
将该输出功率与附件电驱动系统所消耗的功率相加,得蓄电池需要的峰值功率165kW。
5.3 蓄电池容量
考虑到可利用夜间电网对蓄电池组充电,由于夜间电力价格便宜,因此如果将蓄电池组容量设计得大些,可以降低汽车运行的实际能量消耗费用,大大提高了汽车的经济性。但蓄电池组容量过大会导致蓄电池组重量过大,成本增加过多。最终确定了某款锂离子动力电池,标称容量为Q=100A.h,总电压E=516.8v。蓄电池SOC由100%降低到30%为止,汽车满载按30km/h匀速行驶的纯电机行驶里程为
计算得纯电机行驶里程43km。
串联型混合动力公交客车多能源动力系统各部件的设计参数见表3。
6. 结论
本文对串联型混合动力公交客车动力系统的设计依据及方法进行了分析,结合实际设计过程中的经验,将串联型混合动力公交客车当前存在的瓶颈归纳如下:
1)车用发电机产品不成熟。通过与多家电机厂家沟通,现有的发电机产品多用于静态环境,抗震性差,且噪音大,体积大,质量重,并不适合用于汽车;
2)整车空间结构布置比较紧张。与传统车相比较,串联式混合动力客车增加了两个功率较大的电机和一组大容量的动力电池,对于后驱的公交客车,后悬需放置发动机、发电机、电动机以及减速器,而这些受到后悬尺寸的限制,使得后悬空间布置紧张;
3)整车重量增加较多,且成本较高。由于需要两个大功率的电机以及大容量的动力电池组使得串联型混合动力客车重量增加较多,大大降低了客车的载客能力。成本上来看,电池组的价格居高不下,而串联型混合动力客车又对电池组容量要求较高,所以造成整车成本偏高。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].第三版.北京:机械工业出版社,2004.
混合动力汽车的探索研究 篇5
专业：汽车制造与装配
学生：***，指导老师：***
【摘 要】混合动力汽车燃油经济性好，符合节能环保的理念然而因生产及技术成本较高，导致其销售价格偏高。本文将探讨混合动力汽车的未来发展前景，随着人们环保意识的提高，混合动力技术的不断成熟和完善，生产成本的不断降低，混合动力汽车的市场占有量将不断增加。
【关键词】混合动力汽车；前景；节能；环保
混合动力汽车利用混合动力作为能源，能实现较高的燃油经济性，废气成本较高，排放量低，环保性能好，符合节能环保的理念。混合动力的技术较为成熟，但生产成本及技术，导致目前的销售价格与同类汽车产品相比较偏高，消费者的消费能力影响着现阶段销售状况，未来能否有好的市场前景，值得思索。
一，混合动力的概念及基本原理
混合动力汽车（亦称混合动力汽车，英文为Hybrid Power Automobile）是指那些采用传统燃料的，同时配以电动机/发动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。按照燃料种类的不同，主要又可以分为汽油混合动力和柴油混合动力两种。目前国内市场上，混合动力车辆的主流都是汽油混合动力，而国际市场上柴油混合动力车型发展也很快。混合动力汽车的种类目前主要有3种。一种是以发动机为主动力，电动马达作为辅助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单，只需要增加电动在汽车上马达和电瓶。另外一种是，在低速时只靠电动马达驱动行驶，速度提高时发动机和电动马达相配合驱动的“串联、并联方式”。启动和低速时是只靠电动马达驱动行驶，当速度提高时，由发动机和电动马达共同高效地分担动力，这种方式需要动力分担装置和发电机等，因此结构复杂。还有一种是只用电动马达驱动行驶的电动汽车“串联方式”，发动机只作为动力源，汽车只靠电动马达驱动行驶，驱动系统只是电动马达，但因为同样需要安装燃料发动机，所以也是混合动力汽车的一种。
二，混合动力汽车的特点
采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率，此时处于油耗低，污染少的最优秀工况下工作。需要大功率内燃机功率不足时，由电池来补充；负荷小时，剩余的功率可发电给电池充电。由于内燃机可持续工作，电池又可以不断得到充电，故其行程和普通汽车一样。因为有了电池，可以十分方便地回收制动,下坡，及怠速时的能量。
在繁华市区，可关停内燃机，由电池单独驱动，实现“零”排放，有了内燃机可以十分方便地解决耗能大的空调，取暖，除霜等纯电动汽车遇到的难题。可以利用现有的加油站加油，不必再投资。可让电池保持在良好的工作状态，不发生过冲，过放电等现象，延迟其使用寿命，降低成本。
三，混合动力系统
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。
串联式动力：串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成 SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。
并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动－发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。
混联式动力：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。丰田的Prius属于以电机为主的形式。
四，历史发展
当前普遍使用的燃油发动机汽车、存在种种弊病，统计表明在占80%以上的道路条件下，一辆普通轿车仅利用了动力潜能的40%，在市区还会跌至25%，更为严重的是排放废气污染环境。20世纪90年代以来，世界各国对改善环保的呼声日益高涨，各种各样的电动汽车脱颖而出。虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术问题阻碍了电动汽车的应用。由于电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们所要求的数值，专家估计在10年以内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车（除非燃料电池技术有重大突破）。
现实迫使工程师们想出了一个两全其美的办法，开发了一种混合动力装置
（Hybrid-ElectricVehicel，缩写HEV）的汽车。所谓混合动力装置就是将电动机与辅助动力单元组合在一辆汽车上做驱动力，辅助动力单元实际上是一台小型燃料发动机或动力发电机组。形象一点说，就是将传统发动机尽量做小，让一部分动力由电池-电动机系统承担。这种混合动力装置既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者“并肩战斗”，取长补短，汽车的热效率可提高10%以上，废气排放可改善30%以上。
五，国内混合动力汽车的发展现状目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但还存在一定缺陷。行业状况：1，混合动力汽车成本偏高其回收周期较长
2，我国关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距
发展建议：1，建立自主品牌混合动力汽车产业化共用平台
2，加强混合动力基础技术研究及试验能力建设
3，进一步降低成本并提高产品的可靠性和耐久性
目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，国际、国内的汽车企业在竞相研发混合动力汽车。但要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。
面对交通能源与环境问题的巨大挑战，以能源多元化、排放洁净化、燃料节约化为主要特征的节能与新能源汽车迅速发展，相互竞争，并引发了汽车动力的电控化和电气化两大技术变革，促进了汽车能源及动力的快速转型。
混合动力汽车可在不改变既有的汽车产业结构、能源(石油燃料)体系以及用户对车辆使用习惯的前提下，最大限度地发挥内燃机和纯电动汽车的双重优点，达到节能和环保的目的。因而被业界认为是目前最现实可行且长远有效的节能环保方案。混合动力汽车已处于产业化前夕
目前从全球范围来看，混合动力汽车已处于大规模产业化的前夕，丰田公司的Prius、Estima、Crown、Coaster等混合动力汽车已成功上市，并在日本、美国和欧洲各国市场上均获得较大成功，累计产销量已超过60万辆。随后本田、福特、通用、戴姆勒、大众、雪铁龙、雷诺、宝马、日产、现代、三菱等各大汽车公司也纷纷向市场推出各种类型的混合动力汽车。截至2008年底，混合动力汽车在全球的累计销售量已超过百万辆。
近几年，在国家“863”计划的资助下，长安、一汽、东风、奇瑞、华晨、吉利等自主品牌汽车企业竞相开发出了相应的混合动力轿车，其中部分车型已申报了国家汽车产品公告，但上述汽车企业大多采用ISG轻度混合或BSG微混合方案，这两种方案的技术难度较小，生产成本也较低。同时我们必须清醒地认识到，要真正实现自主混合动力车型的普及，还有诸多障碍需要克服，包括技术上的一些关键难题和成本增加太多、零部件配套资源体系不成熟等。具体表现在：1.与国外一样，成本偏高其回收周期较长成为混合动力汽车普及初期最主要的障碍。一般中度混合动力轿车比同类内燃机轿车成本高出20～
30。若按10万元家用轿车计算，在不赢利情况下成本增加2万元，以每年行驶3万公里计算，油价为6元时，回收期为6.9年；油价为5元时，回收期为8.3年。而根据市场调查，用户可接受的回收期为1～1.5年，也就是用户只接受价格增加5以内，与实际相差比较大，严重削弱了用户对购买混合动力汽车的兴趣。2.关键技术产业化及其产业链的支撑存在较大差距。近年来民族汽车之所以崛起，主要就是得力于存在广阔的低端市场空间以及高速增长的市场容量形成强大的拉动力。民族轿车工业崛起主要靠的就是走的低端产品路线，技术含量低，可以通过自主创新或从国外设计公司直接购得。像长安、奇瑞等企业在混合动力技术研发及其产业化上，联合国内的高校、研究机构，甚至与国外的一些研发机构合作，每年投入上千万元资金进行技术研发，国家也有部分资金支持，但还有一些产业化的关键重大技术需要最后的冲刺突破，系统的可靠性还需要大量的试验验证，关键核心零部件的产业化还存在较大差距，标准体系还不完善。比如镍氢电池一直是个瓶颈，在推进混合动力汽车产业化时，有关部门考察了全国所有的镍氢电池供应商，完全满足产业化要求的厂家基本上没有。此外，还有像ISG电机、各种控制系统等关键技术零部件的产业化都与规模化生产存在差距。与乘用车相比，城市混合动力公交车的发展有所不同。据统计，我国城镇居民日常出门有70是首选乘坐公交车。在城市工况下，公交车频繁起步、加速、制动和停车，要额外消耗许多燃节油减排留下了相当大的空间。
根据调查，将近1/2的燃油是被汽车频繁制动所消耗的，这就为混合动力公交车的7～8家客车企业将研发、生产混合动力公交车作为研发工作的重点。经过几年的开发，虽然已取得了一系列重大成果，但公交车的节油率并未达到预计的要求，主要原因包括：1.汽车的制动过程十分短暂，一般不超过10秒，在短短的几秒内，电机要求发出很大的电流，才能有效回收制动能量，但是电池的充电倍率只有放电倍率的一半，因此电池不能接受大电流充电。理论上汽车有50～60的制动能量可回收，但实际回收的制动能量小于20，最简单的改进办法是加大动力电池容量，例如至少加大容量一倍，回收的制动能量可由20增加到40。但这将大大增加整车成本和汽车自重，经济上可能是得不偿失；2.混合动力公
交车若采用停车断油，甚至滑行即时断油，可节油10左右(4L/100km)，实际上国产柴油机没有专门为混合动力汽车设计，一般不允许频繁地停车断油，否则供油系统和废气增压器都可能损坏，严重影响柴油机寿命。而且，停车断油就必须装有电动转向油泵、电动空压机和电动空调系统，这又会大大增加整车成本和重量，两相权衡，不一定合算，所以近期大多未实现停车断油功能。
在实习期间，我了解到安凯的混合动力的一些情况。近年来，安凯在油电混合动力客车、纯电动客车和燃料电池客车三个方面都取得了一定的成就。特别是其研究的第三代纯电动客车，通过采用锂电池+超级电容的混合系统作为动力，满足车辆启动、爬坡等条件下的瞬时高功率需求，又可以延长电池的循环使用寿命，实现电动车动力系统的最优化。通过这段时间的实习，让我感到混合动力汽车的不同于燃油发动机汽车的全新的一面。
值此本论文完成之际，首先要感谢我的指导老师廖小丽老师。廖老师从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇论文的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量的数据资粮和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误。老师诲人不倦的工作作风，一丝不苟的工作态度，严肃认真的治学风格给我留下了深刻的影响，值得我永远学习。在此，谨向指导老师廖小丽老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！
参考文献:
[1] 张金桂，混合动力汽车结构，原理与维修，人民交通出版社
[2] 日本电气学会，电动汽车驱动系统调查专门委员会，电动汽车最新技术，机械工业出版社
混合动力系统 篇6
关键词 温差发电 ；轻度混合动力 ；节能
中图分类号 TM619
Abstract In order to energy saving and environmental protection， the article based on the research of the temperature difference power generation technology， the thermoelectric power generation organic combination with mild hybrid vehicles， optimize the mild hybrid power supply system design， to provide energy for hybrid cars， to achieve energy saving effect； By comparing with the traditional hybrid cars， really achieve the goal of energy saving.
Key words Thermoelectric ； mild hybrid ； energy saving
随着传统能源的不断减少和人们环保意识的增强，节能减排已经提上了议事日程。传统汽车不仅能源消耗大，尾气污染也很严重。因此，各种新型节能环保汽车就应运而生。笔者主要对目前的混合动力汽车进行重新优化仿真设计，使得混合动力汽车更符合节能目的。
1 温差发电技术和混合动力汽车
1.1 温差发电技术
温差发电技术是基于塞贝克效应、珀尔效应和汤姆效应3种基本效应发展起来的一门新技术，其原理是通过半导体两端的温度差值，利用半导体自身特殊材料的性质产生热电效应，最终获得所需电源的一种方法[1]。
1.2 混合动力汽车
混合动力汽车是指汽车的驱动是由2个或者2个以上的动力源来进行驱动的车辆，按照电能所占驱动力的不同，可以分成轻度混合汽车、中度混合汽车和重度混合汽车3种[2]。
2 系统优化设计
2.1 温差发电系统设计
车载电源系统中，温差发电主要是指利用尾气排放中的余热作为热源，而汽车的水冷系统作为冷源，通过他们之间的温度差值作为发电电源的主要途径。系统结构如图1所示。
温差发电系统其主要部件为温差发电器，该系统有冷源和热源2条通道为温差发电器提供发电所需要的能源。热源通道主要是汽车的排气管道，而冷源通道则为发动机水冷系统。温差发电器主要采用美国Hi-Z公司生产的HZ系列中的HZ-20热电模块进行设计，HZ-20热电模块由于具有体积大和输出功效高等优点，所以非常适合汽车尾气的温差发电系统的应用。主要参数如表1所示。
2.2 ISG轻度混合动力系统设计
轻度混合动力系统一般分为Start-Stop、BSG和ISG等3种类型[4]。笔者主要以ISG轻度混合动力系统为研究对象，在传统的汽车结构上增设了电机、储能单元以及控制系统，其工作控制过程如下：
（1）起动时把发动机瞬间加速到怠速工况后再起动发动机工作；
（2）低速或巡航工作时，不对蓄电池充电，只有在电池的荷电状态低于规定值时才进行充电，以备汽车加速或爬坡提供辅助动力。
基于以上分析，可以构建出采用温差发电系统的ISG轻度混合动力系统模型，整车仿真模型如图3所示。
3 系统性能仿真测试
3.1 温差发电系统的仿真性能测试
通过系统设计改变输入的内阻以及尾气热端的工作温度，得到系统输出功率与入口温度的变化关系，如图4所示。
从图4可以看出，温差发电器的输出功率随着入口温度的升高而增大。
3.2 整车模型性能仿真测试
在整车模型性能仿真测试中，通过对数据的调整，得到动力电池SOC曲线和累计燃油消耗曲线，如图5、6所示。
由图5可以看出，由于温差发电系统的发电，电动/发电机发电的状况很少，因此，可以降低由于发电机工作而消耗的发动机功率，进而减少汽车的燃油消耗；从图6可知，新系统的油耗比旧系统降低2 %，但温差发电系统在不断起停的工况下不能完全发挥作用，效果不很明显。但如果汽车运行于高速工况，温差发电系统得以发挥它的全效，那油耗的降低会更加明显。由于温差发电系统的作用，会使得汽车的电池处于电量满荷状态，在采用发动机工作的时候，点火系统能量增大，使可燃混合气燃烧得更为充分，从而进一步减少尾气中有害成分的排放。
4 小结
笔者通过将温差发电系统与ISG混合动力系统进行集成匹配，并对新的系统进行相应的仿真实验，与旧系统进行对比，验证了燃油经济性的改善，符合节能减排的最终目的，也为后续的节能减排研究指出了一条可行之路。
参考文献
[1] 邓志杰，郑安生. 半导体材料[M]. 北京：化学工业出版社，2004.
[2] An Feng，John Decicco，Marc Ross. Assessing the Fuel Eeonomy Poteniial of Light-Duty Vehieles[J]. doi：10.4271/2001-01-2482 （2001-08-20）.
[3] 范 韬. 基于汽车尾气温差发电和太阳能发电的新型车载电源系统[D]. 武汉理工大学硕士学位论文，2010.
[4] 胡建军，赵玉省，秦大同. 基于CAN通讯的混合动力系统硬件在环仿真实验[J]. 中国机械工程，2008（3）：300-304.
混合动力系统状态切换技术研究 篇7
关键词：内燃机,混合动力系统,状态切换,控制策略
0 概述
混合动力汽车采用两个或更多的能量转换装置作为混合动力源,是当前解决环境污染和能源短缺问题的最有前途和可行性的汽车动力方案。在混合动力驱动系统中,对动力源的动力输出控制是难点,主要包括:(1)稳态或动态过程中两个动力源的能量分配和效率优化,属于能量管理研究范畴;(2)状态切换过程中动力源间的相互配合问题,属于动态动力协调控制的研究范畴,本文主要针对该问题进行研究。状态切换时由于两个动力源各自的输出转矩可能发生突变,不加以适当控制就会造成输出的总转矩在短时间内发生变化,造成车辆的平顺性、舒适性和驾驶性能下降,因此有必要在两个动力源达到各自目标转矩之前,设法动态协调控制它们进行工作,从而保证输出的转矩之和不产生较大波动。
1 混合动力试验系统
1.1 混合动力系统结构
采用的混合动力驱动系统结构为图1所示的并联式混合动力系统。系统管理层进行多能源动力系统的能量分配和动态协调控制;协调层为各功能模块的控制信号提供控制接口标准和优先级管理,不关心各模块的内部工作过程;执行层是各个具体的功能模块,这些功能模块只需满足协调层的功能要求和接口标准即可,其内部的工作机制可以多样化,可以采用不同的系统来实现。
本文研究并联混合动力工作模式切换过程的动态过程控制,在模式切换过程中变速器的挡位不变,即不涉及变速器的操作,为简化台架搭建工作,实际台架中未接入变速器。
1.2 混合动力系统试验台架
搭建的试验台架系统如图2所示。两个动力源分别是发动机和电动机,发动机为1.6 L的TU5JP发动机;电动机为YCVF160M车用变频调速三相交流电机,工作于直接转矩控制模式。选用磁粉离合器连接发动机和电动机,用于切断和连通发动机动力输出。在试验中,通过控制加速踏板调节油门位置对发动机进行控制,通过对电动机控制器发送控制信号,控制电机工作状态和转矩输出。
系统通过dSPACE控制器进行全局控制。当状态切换需要进行动态协调控制时,dSPACE计算出发动机节气门目标开度,然后根据驱动转矩需求(发动机目标转矩与电动机目标转矩之和)与估计的发动机转矩之差确定电动机目标转矩,通过向电动机控制器发送转矩命令,进行直接转矩控制。基于dSPACE控制软件制作的混合动力协调控制试验操作界面如图3所示。
2 状态切换控制策略
2.1 切换控制方法
对于并联混合动力,通常是按发动机的稳态特性进行转矩分配,然而由于在工作模式切换过程中,发动机处于动态工况,其动态转矩比相同工况下的稳态转矩有较大差异,如果还是按照发动机的稳态特性进行转矩分配,就会造成模式切换过程中总的需求转矩与期望值不同,影响汽车的性能。所以本文所用模式切换控制技术的关键就是采用发动机动态转矩估计值来进行发动机和电机的转矩分配,这样可以利用电机的快速转矩响应特性,实现模式切换过程中总的需求转矩不变。
混合动力系统状态切换的控制策略如图4所示,即:稳态转矩预分配+发动机动态转矩估计+电动机转矩补偿,其难点在于如何得到发动机的动态转矩值。当需要状态切换时,发动机按照一定的节气门开度变化率从现有的节气门开度变换到目标节气门开度。通过发动机转矩估计方法把发动机动态转矩估计出来,和驱动所需的目标转矩进行比较得到一个差值,并用电机的转矩进行补偿这个差值,这样可以使状态切换时转矩波动减小。
在工作模式切换的转矩调节期间,由于时间短,汽车的惯量大,车速变化小,发动机转速变化小,所以选择混合动力系统状态切换的台架试验是在恒转速模式下进行的,对于这种工况在状态切换时的发动机转矩估计采用3种不同的控制方法比较其控制效果。(1)控制方法A:按发动机稳态特性估计其实时转矩,简称稳态控制;(2)控制方法B:按发动机稳态转矩特性加上油门输出延时估计发动机实时转矩,简称稳态延时控制;(3)控制方法C:按发动机动态特性估计实时转矩,简称动态控制。
方法A作为对方法B和方法C的控制效果的参照,以对比评价后两种方法的效果。方法B采用的发动机动态转矩估计方法较简单。方法C采用基于神经网络的发动机转矩实时估计模型,比方法B复杂。
无论何种控制方式,发动机节气门开度的变化率是一致的,不同之处在于是否采用发动机节气门输出延时或电机油门输出延时,是否采用动态控制策略。不同的控制方法有利于考察采用不同控制方法的控制效果和有效性,为实际控制时采用何种策略提供必要依据。
2.2 发动机动态转矩估计方法
状态切换动态协调问题涉及到发动机转矩的实时反馈,但由于发动机转矩传感器价格昂贵,如果在车上用其来监控发动机的实时转矩,那混合动力车辆的价格将会大幅度增加。目前通用的做法是将发动机转矩实时测量反馈方式转化为对发动机转矩在线转矩估计反馈方式[1,2]。
要实现对发动机转矩的在线估计,需要深入了解发动机的转矩输出特性。通过大量的发动机稳态试验和动态试验发现,发动机在动态工况下的转矩输出特性和稳态工况下的转矩输出特性存在较大差异[3]。图5和图6是发动机在3 000 r/min时,不同节气门开度增加率和不同节气门开度减小率下的发动机转矩输出,从图中可以看到,在定转速时,不同的节气门开度变化率对应不同的发动机转矩输出。
并联混合动力系统中,发动机的节气门开度是由多能源动力总成控制器控制的,从而可以根据需要设定发动机的油门变化过程。在并联混合动力工作模式切换过程的短时间内,车速的变化较小,且发动机转矩的调节在离合器结合状态下进行,相应的发动机转速变化也较小,所以在模式切换过程中可以认为发动机的转速不变。为了便于控制和发动机瞬态转矩的估计,将节气门开度变化率设定为某一固定值,本文选取节气门开度变化率为50 %/s,以防止变化太快造成的发动机排放变差。
通过发动机试验数据进行基于神经网络的样本训练,可以得到发动机的转矩估计模型[4]。从图5和图6还可以看出,在定转速下,发动机油门变化率小于100 %/s时,其转矩输出特性近似等于将发动机的稳态转矩输出特性在时间上进行一定的延迟输出,所以也可以尝试采用这种方法对定转速和定节气门开度变化率工况下的发动机动态转矩进行估计。本文应用这两种方法估计发动机动态转矩,实施了模式切换试验。
3 试验及结果分析
本文对发动机从驱动到联合驱动、再从联合驱动到发动机驱动的切换过程进行了试验,试验控制目的是要保证在状态切换前后及状态切换过程中,动力系统输出的总转矩保持80 N·m不变。
图7和图8是在2 000 r/min恒转速、发动机节气门开度变化率为50 %/s时,分别采用3种控制方式进行状态切换的结果比较,切换前后发动机转矩分别为80 N·m和60 N·m,电动机转矩分别为0 N·m和20 N·m。
图7a和7b是发动机的目标转矩从80 N·m下降到60 N·m时,发动机的节气门开度由36 %下降到30 %,电动机的油门开度则从0 %上升到12 %时试验测得的结果。由图7可以看到,状态切换时,控制方法A转矩波动最大达18 N·m,相对幅度为22.5 %,转速波动最大达25 r/min,相对幅度为1.25 %;控制方法C测得的转矩波动减小到4 N·m,相对幅度为5 %,转速波动减小到12 r/min,相对幅度为0.6 %;控制方法B的控制效果界于上述两种方法之间,转矩波动为9 N·m,相对幅度为11.25 %,转速波动为18 r/min,相对幅度为0.9 %。
图8a和8b是当发动机的目标转矩从60 N·m上升到80 N·m时,发动机的节气门开度由30 %上升到36 %,电动机的油门开度则从12 %下降到0 %时试验测得的结果。由图8可见,控制方法A转矩波动最大相对幅度为14.58 %,转速波动最大相对幅度为1 %;控制方法C的转矩波动最大相对幅度为5.28 %,转速波动最大相对幅度为0.49 %;控制方法B的控制效果界于上述两种方法之间,转矩波动最大相对幅度为11.58 %,转速波动最大相对幅度为0.59 %。
图9是在2 000 r/min恒转速、发动机节气门开度变化率为50 %/s时,分别采用3种控制方式进行状态切换得出的结果比较。切换前后发动机的转矩分别为80 N·m和40 N·m,电动机的转 矩 分 别 为0 N·m和40 N·m。发动机的节气门开度从原来的36 %下降到25 %左右,电动机的油门则从0上升到22 %左右。状态切换前后发动机和电机的转矩和电机的转矩变化幅度比图7增加1倍。由图9可以看出,所得到的控制效果仍然是方法A最差,方法B较好,方法C最好,说明在不同的转矩变化幅度下,3种控制方法的控制效果排序一样。
由以上分析可见,在发动机单独驱动与联合驱动两种工作模式间切换时,3种方法的控制效果由好到差的顺序依次是动态控制方法C、稳态延时控制方法B和稳态控制方法A。方法C明显优于方法A,这充分验证了动态控制方法的有效性。这说明在状态切换时,电动机转矩根据估计的发动机动态输出转矩,补偿了发动机转矩和目标转矩之间的差值,有效地减小了总目标转矩的波动,波动幅值减小到最小幅度,也说明了动态转矩估计的正确性。
4 结论
(1) 基于模块化思想,利用AVL PUMA Open动态试验台搭建了混合动力系统试验台架。
(2) 发动机转矩在线估计的3种控制方法中,效果由好到差依次是动态控制方法C、稳态延时控制方法B和稳态控制方法A,方法C明显优于方法A,采用动态控制方法C进行状态切换时,转矩波动相对幅度约为5 %,能够取得最好的控制效果。
参考文献
[1]杜常清.汽车动力装置动态试验台建设与应用研究[D].武汉:武汉理工大学,2006.
[2]童毅.并联式混合动力系统动态协调控制问题的研究[D].北京:清华大学,2004.
[3]郝培.基于PUMA Open动态测试系统的混合动力试验技术研究[D].武汉:武汉理工大学,2008.
混合动力系统 篇8
随着世界汽车保有量的急剧增长,人们越来越意识到传统的内燃机汽车对人类环境带来的危害。人们对生存环境的要求越来越高,降低汽车有害排放的呼声与日俱增。环境保护的迫切性和石油储量日见短缺的压力,迫使人们重新考虑未来汽车的动力问题。经过对各种新燃料、新能源和新动力的探索,电动汽车成为最主要的选择之一。
纯电动汽车由于关键部件之一的电池能量密度、寿命、价格等方面的问题,使得其性价比无法与传统的内燃机汽车相抗衡,在发展中受到了技术上的制约,产业化前景并不看好【5】。
混合动力电动汽车是指采用了两种动力装置(内燃机和电动机),通过储能装置(蓄电池等)和控制系统对能量的调节,能实现最佳的能量分配,达到整车的低排放、低油耗和高性能的混合动力汽车,融合了燃油汽车和电动汽车的优点,是最具有市场价值的低排放和低油耗汽车。
1. 混合动力汽车概述
配置有两个或更多个能源及其能量变换器的车辆被称作混合动力车,当其携带有电器的动力系(能源及能量变换器)时,进而被称为混合动力电动汽车。
混合动力汽车的关键是混合动力系统,它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。混合动力汽车的驱动系通常有不多于两个的动力系组成,多余两个动力系的结构使其更加复杂化。为了达到回收在传统内燃机车辆中以热形式消耗的部分制动能量的目的,通常的混合动力驱动系含有一个双向的能源及其能量变换器。如图1展示了混合动力电驱动系的概念,以及可能发生的各种动力流通路【1】。
根据不同的负载需要,混合动力的工作模式可分为以下模式:
a.动力系1单独向负载提供动力。这一模式可应用于蓄电池组近乎完全放电,而发动机没有剩余功率给蓄电池充电的情况;或者可应用于蓄电池组以完全充电,而发动机能供应足够的动力去满足车辆动力需求的情况;为发动机单独驱动模式。
b.动力系2单独向负载提供动力。这一模式可应用于发动机不能有效的运行的场合;为纯电动模式。
c.动力系1和2同时向负载提供动力。这一模式可应用于需要大量动力供给的情况;是混合牵引模式。
d.动力系2由负载获得功率(制动再生能量)。这一模式应用于车辆的动能或位能回收转化成电能,储存在蓄电池中;是再生制动模式。
e.动力系2从动力系1中获得能量。这一模式中没有动力应用于负载或来自负载,车辆处于停止、惯性或滑行等状态;是发动机向蓄电池组充电的模式。
f.动力系2从动力系1和负载中同时获得能量。是同时存在再生制动和内燃机向蓄电池组充电的模式。
g.动力系1同时向负载和动力系2提供动力。是发动机驱动车辆和向蓄电池组充电同时存在的模式。
h.动力系1向动力系2提供动力,同时动力系2向负载提供动力。这一模式是发动机向蓄电池组充电,同时蓄电池组向负载供应功率。
i.动力系1向负载提供动力,同时负载向动力系2提供功率。这一模式是借助车辆的质量,来自于热机的动力流进入蓄电池组的模式。
混合动力电动汽车中,各种电驱动系的运行模式形成了优于单动力系车辆的更多的灵活性。由特有的结构和控制,采用对每一特定运行工况的专用模式,能够优化车辆的全面性能、效率和排放【1】。
2. 混合动力驱动系的构造
混合动力电动汽车根据动力传输路线可分为以下4种形式:串联式、并联式、混联式和复合式(如图2)
3. 我公司HEV的研究
3.1 商用汽车现状
混合动力系统目前已在乘用轿车上有成功的经验,但在重型商用卡车上使用较少,主要原因是相对于乘用轿车的使用环境和用途来说,重型商用卡车作为人们的生产工具,主要使用环境比较恶劣,经常在建筑工地、长途非高速公路满载,更多的是超载情况下使用,这就要求混合动力系统具有更高的安全可靠性,导致成本过高。但金融、能源危机的影响,混合动力系统能够提高燃油经济性;而且混合动力特有的减速制动能量回收系统能够减少能量的损失;同时混合动力系统能够减轻汽车尾气排放的污染,对生存环境的保护有利;随着技术的不断发展,成本在逐渐下降。
Volvo公司已经研发成功一款混合动力城市垃圾车——the Volvo FE Hybrid(a hybrid truck for distribution and refuse collection)。Volvo-FE混合动力商用汽车驱动系结构如下图3所示,这套驱动系统中1为柴油发动机,2为离合器,3为I-SAM电动机,4为变速箱,5为能量管理单元,6为蓄电池组,7为能量转化器。图中整个蓝色部分为电气部分,其中I-SAM电动机也具有发电机的功能,可以给蓄电池组6提供(回收)能量。该系统的核心是能量管理单元,他控制着柴油系统和电气系统的能量供给以及电气系统的能量回收。
3.2 我公司研究现状
我公司为专业的商用汽车生产企业,已经研发成功某型号的混合动力商用汽车。该混合动力商用汽车采用并联式结构。考虑到设计的复杂程度和成本,选用双离合器形式动力分配机构,其整车技术方案如图4所示。
3.3 并联混合动力商用汽车驱动系结构设计
并联式混合动力电动汽车的动力系统主要由发动机、电动机、电池组、电机控制器等总成组成。和串联式混合动力电动汽车不同的是,发动机和电动机是以机械能叠加的方式来驱动汽车,可以组合成不同的动力模式。发动机功率和电动机功率分别约为电动汽车所需最大驱动功率的50%-100%(最大),其能量利用率高,因此,可以采用小功率的发动机与电动机,使得整个动力系统的装配尺寸、质量都较小,成本较低,行程也可以比串联式混合动力电动汽车的长一些,但布置结构相对复杂,实现形式也多样化。
并联式混合动力汽车的驱动模式有:驱动力复合式、双轴转矩复合式、单轴转矩复合式、转速复合式等。根据混合动力汽车所用的各种类型的动力分配机构的分析,并结合我公司PHEV的技术要求,考虑到设计的复杂程度和成本,最终选用单轴转矩复合式并联驱动模式。输出转矩可表达为单轴并联结构的动力合成方式为转矩合成。其传动系输入端的转矩计算公式为Ttqreq=Ttqe+Ttqm·ρ
其中,Ttqreq—传动系总转矩;
Ttqe—发动机转矩;
Ttqm—电机转矩;
当ρ取1时,两个动力源转速相等,而转矩各自独立,无比例关系,传动系总转矩是发动机转矩和电动机转矩之和。
动力系统的工作模式如表1所示,表1中,“0”表示发动机/电机不工作;“1”表示发动机/电机工作,此时的电机用作电动机;“-1”表示电机用作发电机,用来发电;“+”表示离合器接合,“-”表示离合器断开。
3.4 并联混合动力商用汽车驱动系总体控制设计
混合动力汽车总体控制方案基本上分为两大类,即分布式和集成式。所谓分布式是指设置独立的整车控制单元,同时整车控制单元和各总成控制单元之间相互独立。PHEV商用汽车采用分布式层次化的控制方案,如图4所示。混合动力系统属于多能源动力系统,各个子系统之间需要协调工作才能实现混合动力系统在各个工况下的功能,从而体现混合动力系统在提高燃油经济性和排放性能方面的优势。整个系统的控制策略主要由多能源动力总成管理系统来完成。
多能源管理系统根据驾驶员的各种操作(钥匙、油门踏板位置、制动踏板位置、档位等)以及各个子系统当前状态进行判断,确定各子系统的运行模式并对其进行相应的能量分配以及协调控制。最后多能源管理系统将控制信号发送给对应的子系统的控制器,由各个子系统的控制器完成对相应子系统的调节和控制。
本方案主要控制思想是将动力总成系统中的电机作为灵活变化的被控部件,利用电力系统反应迅速、控制准确的特点,在电动汽车行驶过程中,随工况需求变化配合发动机进行电机实时调控,。使动力总成的能量输出在满足汽车动力性要求的同时,确保动力电池组的SOC维持在合理的范围内,并使整车获得良好的燃油经济性和排放特性。
3.5 电机选型及参数匹配
混合动力电动汽车与传统发动机汽车不同,它有两种车载动力源。按照两种动力源不同能量的搭配比例,混合动力车辆有四种类型。图5用图形的方式,可表达出微混合、轻度混合、全混合、可外接电源充电混合系统之间,电池、电机、内燃机能量搭配比例的差别。
3.5.1电机性能参数确定
1)、以纯电动最高车速确定电机额定功率
式中:
PN—驱动电机的额定功率(kW),
ηT—整车传动系效率,
m—整车最大总质量(kg),
fr—滚动阻力系数,
CD—空气阻力系数,
A—迎风面积(m2),
V—纯电动最高车速(km/h),
2)、以常规车速确定电机额定转速
其中:nN—电机额定转速(rpm),ig—传动比,i0—主减速比,uN—常规车速(km/h),r—滚动车轮半径(m)
3)、以额定功率/转速确定电机额定转矩
其中:MN——额定转矩(Nm)
4)、以最大爬坡度确定电机短时工作时的最高转矩
电动机性能分为连续工作性能和短时工作性能,其连续工作特性曲线由电机的额定值来确定,短时工作特性曲线是由电机过载一定倍数之后的转矩功率特性曲线。由上面公式计算后所得的参数便可满足以下基本原则:
用电机的额定工况计算电动汽车的最高车速
用电机的短时工作性能曲线计算车辆的最大爬坡度
电动汽车的常规车速应落在电机的基速上
电动汽车最高车速功率平衡点应落在电机连续工作性能曲线的等功率段上
3.6 发动机功率范围的确定
根据PHEV商用汽车要满足的技术指标,发动机与电机联合驱动时要满足该车混合驱动时动力性能指标。发动机功率选择的原则是确保在PHEV商用汽车的经济巡航车速下,发动机工作在万有特性图上经济性最佳的区域,此时发动机单独驱动车辆并可以承担一定的充电功率,功率大小参看公式
式中,eP——发动机匀速时的功率
ηT——传动系效率
ma——整车质量
CD——空气阻力系数
V——经济巡航车速
A——迎风面积
fr——滚动阻力系数
在整体考虑整车运行状况,对发动机功率进行修正时,还应当加上附件功率Pacc(特别是有空调时)、1%～2%的爬坡功率iP和10%(经验值)的充电功率Pbc,即公式
另外还要考虑发动机的噪声和振动、可靠性、使用寿命、维护成本、运行成本以及安全性能等因素。
结束语
目前,混合动力商用汽车的研究已经越来越深入,但大部分研究还停留在样车阶段,距离真正的产业化之路还很长。我公司通过对混合动力汽车技术方案的确定,根据动力分配机构的分析,结合商用卡车不同于乘用轿车的独特使用环境,确定出所设计的混合动力商用汽车驱动系统结构,设计出总体控制方案以及针对不同工况下的控制策略,并对电动机及发动机的参数进行设计选择,最终设计出我公司混合动力商用汽车。而且经过各种仿真计算,各项性能指标均能达到设计要求,体现了混合动力驱动系统相对于传动柴油驱动的优越性。但在研究中还存在一些问题,我们将在下一步的研究中进行验证研究,并为下一轮深度混合动力商用卡车开发研制提供有价值的指导。
参考文献
[1]Mehrdad Ehsani,Yimin Gao Sebastien E.Gay,Ali Emadi(著);倪光正,倪培红,熊素铭(译).现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车——基本原理、理论和设计【M】,北京:机械工业出版社,2008.
[2]《汽车工程手册》编辑委员会.汽车工程手册-设计篇【M】.北京:人民交通出版社,2001.
[3]德国BOSCH公司(编);顾柏良等(译).BOSCH汽车工程手册【M】,北京:北京理工大学出版社,2004.
[4]C.C.Chan and K.T.Chau.Modern Electric Vehicle Technology.Oxford University Press.New York.2001.
[5]姜涛,混合动力汽车要解决的关键技术[J],汽车维修,2001.11.
[6]李槟.混合动力汽车中动力系统参数选择及电池特性研究[D].北京:清华大学,l998.
[7]陈洁平,混合电动汽车能源总成控制系统的研究[D].长沙:湖南大学,2004.
[8]彭涛,陈全世.并联混合动力电动汽车动力系统的参数匹配[J].汽车工程,2003.
混合动力系统 篇9
混合动力汽车(HybridElectricVehicle,HEV)的动力耦合机构将发动机和电机的动力进行耦合,动力耦合方式决定了HEV的结构方案和控制难度[1]。日本、美国和欧洲HEV起步较早,开发出功能完备、性能稳定且全面的动力耦合机构。我国混合动力技术起步较晚,目前研制的HEV动力耦合机构与国外同类产品相比有很大差距。近年来,混合动力技术正向农业机械与工程机械等领域渗透和发展。本文对HEV动力耦合机构的功能、类别、控制要求和发展趋势进行了详细阐述,对于HEV以及工程机械和农业机械的混合动力化研究具有一定的参考意义。
1 混合动力汽车分类
1.1 串联式混合动力汽车
串联式混合动力汽车(SeriesHybridElectricVehicle,SHEV)的动力系统由发动机-发电机组和驱动电动机组成,如图1所示[2]。
发动机的动力全部用来驱动发电机发电,一部分电能直接供给电机驱动车辆,剩下的电能储存到电池中。当SHEV的负荷较高时,电池的电能释放出来,协助发电机共同驱动负载。SHEV的特点是发动机工作点不受车辆的实际运行工况影响,可以保持发动机在低能耗、高效率和低污染的状态下运转,但机械能-电能-机械能的二次能量转化影响了SHEV的总体节能效果。清华大学和南车电力所共同开发的LCK 6110GHEV就是这种类型。
1.2 并联式混合动力汽车
并联式混合动力汽车(ParallelHybridElectricVehicle,PHEV)的动力系统由发动机、电动/发电机组成。PHEV的特点是发动机、电动/发电机均能够单独驱动车辆,发动机和电动/发电机也可以联合驱动车辆,传动效率较高,控制难度大。PHEV的动力耦合部位大致可分为:一是在发动机输出轴处进行耦合;二是在变速器后进行耦合;三是在驱动轮处进行耦合。本田公司的Insight采用的是在发动机输出轴上进行动力耦合。
1.3 混联式混合动力汽车
混联式混合动力电动汽车(Series-ParallelHybrid ElectricVehicle,S-PHEV)是综合SHEV和PHEV优点的一种车型,其动力系统由发动机、发电机和电动机组成。发动机以经济负荷运转,发电机的发电负荷根据整车负荷而定。整车负荷较低时,发动机输出的功率一部分用于直接驱动车辆,另一部分用于驱动发电机发电;整车负荷要求高负荷时,发动机和电机共同驱动。P-SHEV在各种行驶条件下都能发挥良好的经济性和排放性,是最理想的混合动力驱动方案,但结构复杂,制造成本高,且控制难度大。P-SHEV的代表产品是丰田公司的Prius,其动力系统布置如图2所示[3,4]。
1.4 插电式混合动力汽车
插电式混合动力汽车(Plug-In Hybrid Electric Vehicle,Plug-InHEV)是一种能极大减少燃油消耗的HEV。Plug-InHEV能够单独依靠电池行驶很长周期。当电池SOC较低或整车负荷较高时,发动机仍然可以像PHEV一样单独驱动或联合驱动,可以使用家用电源对其电池快速充电。Plug-InHEV实质上是PHEV的延伸和扩展,但它匹配的发动机功率比PHEV小,电机和电池功率比PHEV大。
1.5 增程式混合动力汽车
增程式HEV是在纯电动汽车的基础上加装了一个小型发动机-发电机组,可以做到“边行驶边充电”,以延长纯电动汽车的蓄驶里程。增程式HEV从本质上说属于SHEV。
2 动力耦合机构的功能
虽然HEV的种类繁多,结构形式各异,但其实质都需要将发动机和电机的动力耦合并向驱动轮输出。各种混合动力车型的动力耦合方式存在很大差别,但它们的功能基本相同,总结起来有以下4点[5]。
2.1 动力耦合功能
实现两个或多个动力源的转速、转矩和功率的合成,形成驱动车辆的动力,保证各动力源输出的动力不发生相互干涉,每个动力源可以单独驱动车辆,也可以两个动力源共同驱动,不影响传动效率。在必要的时候,还可以将一个动力源输出的动力进行分解。
2.2 能量反馈功能
再生制动功能是HEV的4种节能途径之一[6],它利用汽车制动时的动能拖动电机发电。这个过程需要保持驱动轮与电机的机械连接,并与发动机断开连接,动力耦合装置应能实现这种功能。
2.3 模式切换灵活方便
混合动力汽车经常需要切换驱动模式,模式切换应该平顺无冲击。动力耦合装置应该结构紧凑,与动力传动系统的其它部件配合紧密,控制便捷可靠。
2.4 辅助功能
动力耦合装置应该能满足HEV在起步阶段的低速、大扭矩需求,避免传统汽车在起步离合器上消耗的能量。另外,该装置还能够利用电动机的反转特性或改变发动机转矩传递方向实现倒车功能,进而取消变速器的倒挡机构。
以上4种功能中,前两种属于基本功能,后两种是HEV发展到一定阶段才能实现的高级功能。目前,国内HEV的动力耦合装置基本实现了前两种功能,后两种功能还有待于更深入地研究。
3 动力耦合机构的分类
根据HEV动力耦合方式不同,将HEV分为转矩耦合式、转速耦合式、牵引力耦合式以及混合耦合式等4类[7]。
3.1 转矩耦合式
各动力源输出的转矩相互独立,且转速符合一定的比例关系。动力耦合器输出的转矩等于各个动力源转矩的线性和[8],这类耦合方式还可以细分为以下3种。
3.1.1 齿轮耦合式
图3为一汽开发的混合动力城市客车结构简图。它采用一对常啮合圆柱齿轮作为动力耦合机构,将发动机和电机的动力合成。这种耦合方式结构简单,可以实现单输入、双输入和再生制动等多种工作模式,传动效率高,控制简单。但由于变速器一轴上增加了电机转子和一对常啮合齿轮,转动惯量变大,使变速器换挡困难,且齿轮是刚性啮合的,在模式切换过程中易产生纵向冲击,影响HEV的乘坐舒适性。
3.1.2 磁场耦合式
将电机转子和发动机曲轴布置在同一轴线上,通过电机的励磁控制将电机转矩和发动机的转矩耦合,如图4所示。本田公司的集成电机助力系统(IntegratedMotorAssist,IMA)和长安集团的启动/发电一体化电机系统(IntegratedStartedGenerator,ISG)均采用该种耦合方式。这种耦合方式效率高,结构紧凑,冲击小,制动能回收方便,但增加了发动机到变速器的轴向长度,对于汽车的可靠性不利。电机转子增加了变速器的转动惯量,使换挡困难。目前,这种结构多用于轻度混合的电动车上。
3.1.3 链或带耦合式
这种耦合方式通过链条或皮带将动力源输出的动力进行合成,如图5所示。一汽开发的奔腾混合动力轿车采用的带传动耦合方案(Belt-DrivenStarterGenerator,BSG)就是这种结构。这种耦合方式结构简单,冲击小,但传动效率低。
3.2 转速耦合式
转速耦合是指两个动力源的输出动力在耦合过程中动力源的输出转速相互独立,而输出的扭矩成一定比例,最终合成的转速等于两动力源转速的线性和[9]。根据驱动结构的不同,转速耦合方式又可分为行星齿轮式和差速器式两种。
3.2.1 行星齿轮耦合式
图6为北京理工大学与华沙工业大学合作开发的行星齿轮动力耦合装置。该耦合装置利用一组行星齿轮将发动机和电机的动力进行耦合,通过一组离合器和两组制动器的接合/分离控制HEV的模式切换过程。这种结构发动机和电机动力不在同一轴线上,结构不紧凑,稳定性差。
3.2.2 差速器耦合式
图7为湖南大学以菱形车为基础研发的一款差速器耦合式混合动力轿车[10]。菱形车的驱动车轮位于中间,两个转向轮分别位于汽车的前方和后方。该车巧妙地“反向”运用了汽车差速器作为动力耦合装置,将发动机和电机的动力进行耦合,用两组离合/制动器控制该车的模式切换过程。这种结构采用了锥齿轮传动,传动效率低。差速器耦合式HEV要求发动机和电机动力参数相当,动力混合程度比较高。
3.3 牵引力耦合式
图8为2004年长丰公司开发的一款4轮驱动混合动力越野车。该车前后轴分别由独立的动力源驱动,通过前后轴驱动力的合成实现动力耦合。该耦合方式前后轴独立性好,可以将整车的驱动功率划分为前轮(电机)驱动、后轮(发动机)驱动和四轮(联合)驱动等几个层次。这种耦合方式结构简单、改装方便,可实现单双模式驱动及制动再生多种驱动方式,但这种动力传递方式的效率很低,且整车的驱动控制复杂。
3.4 混合耦合式
近几年出现了在同一辆车上应用几种动力耦合方式的HEV,即混合耦合式。丰田公司的Prius和Camry、福特公司的Escape以及最新开发的HEV均采用混合耦合式。图9所示为Camry的动力耦合原理图。
发动机和M 1电机通过转速合成端的行星齿轮构成转速耦合,动力从齿圈输出。由于M 1电机的转速调节作用,使发动机转速与车速独立,即实现了eCVT功能[11]。转速耦合后的动力再与M 2电机形成转矩耦合,动力在齿圈上叠加输出。这种耦合方式能汇集多种耦合方式的优点,避免它们的不足,实现多种工作模式。与变速系统紧密配合,使HEV节能减排的优势得到充分发挥,但同时也是结构最复杂、控制难度最大的动力耦合方式。这种耦合方式已经成为HEV的发展趋势。
3.5 各种动力耦合方式的比较
表1为从平顺性、复杂程度、传动效率、控制难度和成本等角度对各动力耦合方式进行评价的结果。
4 结论
本文对HEV的动力耦合机构进行了分类研究,对各种动力耦合方式进行了比较,总结了各种耦合方式的规律和优缺点,为今后混合动力系统的动力耦合机构的深入研究提供了有价值的参考。
参考文献
[1]钱立军,赵韩,鲁付俊.混合动力汽车传动系结构分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003,26(6):1121-1126.
[2]蔡梦贫.混合动力系统概述[J].汽车电器,2005(1):55-59.
[3]Jerome Meisel.An analytic foundation for the toyota priusTHS-II powertrain with a comparison to a strong parallelhybrid-electric powertrain[C]//SAE Paper,2006-01-0666:1-13.
[4]M Kamiya.Development of traction drive motors for the toyo-ta hybrid system[J].IEEJ Transactions on Industry Appli-cations,2006,126(4):473-479.
[5]邹乃威.无级变速混合动力汽车动力耦合及速比控制研究[D].长春:吉林大学,2009.
[6]曾小华.混合动力客车节能机理与参数设计方法研究[D].长春:吉林大学,2006.
[7]李美军.混合动力电动汽车动力耦合方式的分类与比较[J].公路与汽运,2008(2):24-27.
[8]黄贤广,林逸,何洪文,等.混合动力汽车机电动力耦合系统现状及发展趋势[J].上海汽车,2006(7):2-5.
[9]黄贤广,何洪文.混合动力车辆动力耦合装置特性研究[J].上海汽车,2008(14):4-7.
[10]钟勇,钟志华,金秋谈,等.一种新型HEV动力耦合器的ADAMS建模与仿真研究[J].汽车工程,2006,28(10):877-880.
混合动力系统 篇10
混合动力汽车采用发动机和电动机作为动力, 成为解决能源危机和环境污染问题的有效手段[1,2]。发动机、动力电池、电机参数匹配结果的优劣决定着汽车的动力性和经济性[3]。
国内外学者对混合动力汽车动力系统匹配已经开展了一系列的研究, Sheu对混合动力汽车传动系参数匹配进行了研究, 建立了混合动力汽车传动系统参数评价方法[4]。Ehsani提出了并联混合动力汽车的动力总成参数设计原则和匹配方法[5]。S.Rinderknecht结合变速器对混合动力电动汽车的动力参数进行匹配分析[6]。清华大学卢兰光针对混合动力汽车提出了一种基于道路工况和整车功率需求分析的系统匹配方法[7]。重庆大学王锟应用正交试验法, 以车辆的燃油经济性作为目标对气电混合动力客车动力参数进行匹配与优化[8]。
本文针对山区城市道路行驶的油电混合动力客车进行研究, 对其发动机、电机以及动力电池组进行了选型, 对其动力系统参数进行匹配, 并通过ADVISOR软件进行仿真分析。
1 参数匹配的初始条件和要求
1.1 整车参数
某型号油电混合动力城市客车采用并联式结构, 其整车参数如表1所示。
1.2 设计目标
根据城市客车道路循环工况, 并充分考虑山区道路条件, 需增大车辆爬坡能力, 混合动力城市客车的动力性能要求如表2所示。
2 动力系统参数匹配设计
2.1 发动机选型
混合动力城市客车的发动机采用柴油发动机, 提供驱动力, 克服客车行驶阻力, 保证最高车速。
最高车速下的发动机功率计算如式 (1) 。
当混合动力混合客车以20km/h的速度爬坡15%时, 发动机功率需求应满足式 (2) 。
为满足客车0~50km/h加速时间小于35s, 发动机功率计算如式 (3) 。
从满足混合动力客车动力性角度考虑, 发动机功率选择应为Pel、Pe2和Pe3中的最大者。考虑到发动机所带的附件功率及空调负荷 (约10kw) , 并有1%~2%的爬坡功率裕量和10%的功率裕量为动力电池组充电, 因此发动机选取功率按照式 (4) 计算。
通过计算, 并充分考虑动力性因素, 混合动力城市客车发动机选择功率为150kw。
2.2 电机选型
混合动力城市客车发动机采用永磁同步电机, 由于在客车起步时发动机处于低转速, 效率低, 造成高油耗和高污染, 所以混合动力城市客车起步采用电机驱动。
在山区道路条件下, 客车在坡道起步时, 起步转矩不仅克服传动系统的静态阻力和路面静摩擦力, 还要用来克服坡道阻力, 起步之后立即加速, 一般要求起步车速达到3km/h~5km/h, 设计要求客车的最大爬坡度为20%, 混合动力客车电机最大功率计算如式 (5) 。
根据公式 (5) , 计算得出混合动力城市客车电机的最大功率为59kw。
2.3 动力电池组选型
动力电池的主要作用是在车辆起步、怠速等发动机效率较低状态下为电机提供所需能量, 在减速、制动时吸收反馈能量, 本混合动力城市客车选用锰酸锂电池。
客车起步时, 动力电池组以瞬间高功率的形式向电机提供电能, 因此电池组的功率必须大于电机输出的最大功率, 即:
动力电池组用作峰值电源, 能量不能完全地用于向驱动系传递功率, 其SOC值在0.3~0.8之间时, 内阻较小, 动力电池效率较高, 因此, 仅有部分存储在动力电池组的能量得到有效的应用, 动力电池的容量通过能量状态来计算, 即:
因此, 动力电池组的最小容量为5.5kw·h, 功率为66.7kw。
3 性能仿真及结果分析
在仿真软件ADVISOR中建立后驱并联混合动力城市客车模型, 并将匹配参数导入模型, 在UDDS工况循环下进行仿真, 循环工况、发动机转速、电机转矩以及动力电池组SOC值变化情况如图1~图4所示。
从图1~图4中可以看出, 当道路循环工况中车速需求较大时, 发动机与电机共同工作, 动力电池组SOC值下降, 为电机提供能量。当道路循环工况中车速需求明显减小或制动时, 电机进行根据动力电池组的SOC值情况, 提供转矩或者对动力电池进行充电。
整车性能仿真结果与设计要求对比如表3所示。
从表3可以看出, 仿真结果符合匹配设计要求。该混合动力城市客车与同型号传统燃油客车相比, 节油率可达到28.2%, 具有良好的动力性和节油率。
4 结论
根据整车动力性要求, 针对山区城市道路条件下某型号并联式混合动力城市客车的动力系统进行动力系统选型和参数匹配, 并通过ADVISOR软件对该混合动力城市客车进行仿真分析, 结果表明该混合动力城市客车动力性满足设计要求, 适于山区城市道路条件, 且具有良好的燃油经济性。
参考文献
[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2006:58-59.
[3]景柱, 符纯明, 干年妃.纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真[J].汽车工程学报.2013.3 (1) :54-58.
[4]Sheu K B.Analysis and evaluation of hybrid scooter transmission systems[J].Applied Energy.2007, 84:1289-1304.
[6]RINDERKNECHT S, MEIER T.Electric Power Train Configurations and Their Transmission Systems[C].International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2010:1564-1568.
[7]吴晓刚, 卢兰光.插电式串联混合动力汽车的系统匹配与仿真[J].汽车工程.2013.35 (7) :573-618.
混合动力系统 篇11
驾驶感受
30E的电池电量可以支撑车辆以纯电模式最远行驶80公里，最高速度可达到125km/h。当然驾驶者不能一脚油门到底，这样发动机肯定会介入工作，终止纯电动模式。
开起来30E和普通版本并没有太多不同，只不过是在电池电量充足时行车很安静。舒适模式下驾驶者突然的加速指令会让EVT有所迟疑，之后会调动发动机和电机一起努力工作。而在选择运动模式后EVT就时刻准备着，毫不吝惜使用输出更直接的驱动模式，这一点让我们挺意外的，我们认为30E肯定还是舒适取向，事实上它也是这样的。即便有比40T更强大的加速性能，全功率输出时它也不会让驾驶者感到不安的躁动。我们在测试场做了一下0-400m加速，整个过程很优雅，气定神闲。
大家一定还在30E挡位上发现了M这个字母，这确实是个手动模式，但不是挡位的手动模式，而是调节能量回收强度的。一共分为4个基本，4最弱，1最强。最强是什么感觉了，跟一般我们在路上带刹车减速差不多，车速掉的不是一般的快。
我们能看出来凯迪拉克想给30E一个好的、可以走量的价格，同时也能看出他们对这一点很无奈。虽然我们从来都不认为30E能在短期内给整个CT6销量上带来大的变化，但30E作为一款先进的PHEV存在却很重要，这是目前彰显技术实力的最好方式。话虽这样说，我们还是非常关注上汽通用凯迪拉克会给30E定出一个什么样的价格，会不会效仿凯雷德呢？
混合动力系统 篇12
随着人们对汽车的舒适性要求日益提高, 汽车空调系统成为了汽车里必不可少的设备。汽车空调起到了对汽车车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化等用途, 同时汽车空调能耗也占汽车电器设备能耗的最大部分[1、2]。由于深度混合动力汽车的发动机运行时间占汽车总行驶时间的比例低于60%, 不像传统燃油汽车可以持续利用发动机的余热对车厢内进行采暖。为了满足深度混合动力汽车制冷、采暖和除霜的要求, 研究和开发具备制冷和采暖双向运行工况的高效混合动力汽车空调势在必行。
市面上的混合动力汽车根据其混合程度的不同可以分为轻度混合动力汽车 (混合度低于20%) 、中度混合动力汽车 (混合度接近30%) 以及深度混合动力汽车 (混合度超过40%) 。深度混合动力汽车具备燃料汽车和电动汽车两者特性, 由于其驱动方式和动力源与传统汽车有较大的差异, 致使混合动力汽车空调采暖制冷系统的设置区别于传统汽车空调。
传统汽车一般使用的空调系统仅仅满足夏季工况的制冷需求, 而冬季工况的采暖则是利用发动机余热来加热车厢内空气来满足汽车室内舒适性的要求。但混合动力汽车的诞生, 使得驱动电机逐步取代发动机成为汽车的主要动力源。而电动机由于其工作效率远远高于传统发动机, 其产生的余热也远远低于传统发动机, 因此不能单纯通过电动机的余热回收来为车内采暖。而随着混合动力汽车的混合程度逐步加深, 电动机的运行时间大大超过发动机, 发动机运行时间占整体工作时间也越来越少, 因此其汽车空调系统不能沿用传统汽车空调。
本文测试对象普锐斯为深度混合动力汽车, 其混合动力超过45%, 该款深度混合动力汽车的结构为混联式结构, 即串联式与并联式的综合组成。它的发动机发出的功率一部分通过动力分配装置输送给驱动桥, 驱动车辆行驶。另一部分则驱动发电机发电。发电机发出的电能由控制器控制, 输送给电机或蓄电池;电机产生的驱动力矩通过动力分配装置传送给驱动桥。一方面使发动机不受汽车行驶工况影响, 始终在其最佳工作区稳定运行, 并可选用功率较小的发动机。另一方面发动机在辅助汽车动力的同时, 把多余的动力转换成电力存储起来, 其机械效率损耗相对较低, 所以深度混合动力汽车大部分时间都在纯电动驱动模式下运行, 在电力不足或需要辅助动力时才会处于混合驱动模式。
本次测试把原有空调系统改装成R134a热泵空调系统, 该款热泵空调系统是把空气作为热源, 在车厢内安装有蒸发器和冷凝器, 通过电子控制方式控制四通阀等关键部件来实现制冷剂在车厢内外双向流动, 实现了制冷、取暖、除湿、除霜的功效。
由于本次研究目的是比对采用加装PTC采暖的空调系统与根据该系统进行改装成热泵空调系统后的采暖经济性。由于是在原有空调基础上进行采暖部分改装, 因此整个空调系统的制冷部分与原制冷部分无太大差异, 因此在对比经济性上不考虑制冷经济性对比。
本次试验车辆在测功平台上以定速每小时40 km行驶, 在行驶过程中平均每5 min进行一次制动模拟深度混合动力汽车实际路面运行情况, 测试该车载不同模式下无空调的运行能耗, 以及该车辆PTC采暖能耗。再根据车辆的冷热负荷把原有空调系统改装为热泵系统进行测试, 最后对比加装PTC采暖车辆和热泵空调系统在不同环境温度、不同行驶公里和不同电池蓄电量下的采暖经济性。
在本次测试过程中首先对电池、电动机和控制器进行发热量测试, 测出车辆在室外温度为12℃, 车厢温度为27℃的情况下数据, 如表1所示:
考虑到纯电动模式下电池、电动机和控制器的发热量达到车内采暖负荷的48%, 因此在其原有的结构基础上进行改良, 通过在电池和电动机上加装热回收装置来回收两者产生的热量并起到冷却作用。同时在发动机上加装余热回收装置, 该装置与热泵系统相连, 确保发动机余热能让热泵空调系统高效回收, 其最后设计结果如图1所示:
根据以上方式我们可以测试出对于电池蓄电量为5.2 k W·h的普锐斯, 以时速40 km/h行驶100 km的, 在外界环境温度为-8~18℃时进行测试, 其中汽车使用的90号汽油按当时价格7.1元/L计算。通过以上测试, 可以计算得出关于车辆行驶到国家规定报废里程的采暖总能耗和发动机采暖时总油费, 如图2和图3所示:
由图2和图3可以看出, 随着温度的不断下降, 由于PTC采暖功耗逐渐增大, 迫使发动机增加运行时间来满足电量需求, 而同比热泵采暖时的发动机运行增加量要远远小于PTC采暖。发动机运行时间影响着车辆的油耗, 其两者的能耗差和总油费差在报废里程时达到最高值。因此可以看出, 深度混合动力汽车采用热泵空调采暖比用PTC采暖在低温地区段更加有效降低油耗, 提高经济性。
摘要：由于深度混合动力汽车的发动机运行比例低于60%, 使汽车无法通过发动机获得足够的余热用于采暖, 不能沿用传统燃油汽车的空调系统来制冷制热。大部分深度混合动力汽车通过加装PTC热敏电阻来协调解决这个问题。本文则设计一套热泵空调系统, 并改装到装有PTC热敏电阻空调的深度混合动力汽车普锐斯上。然后通过实车测试获取深度混合动力汽车运行能耗、采暖系统能耗、电动机发热情况和电池发热情况;在不同外界环境温度下的采暖能耗, 与原车的PTC采暖能耗进行经济性对比, 由此来评测深度混合动力汽车应用热泵采暖空调后对汽车的经济性的影响。