混合动力公交车（共7篇）
混合动力公交车 篇1
7月29日, 20部由中通客车和天津清源电动车辆公司联合自主研发的绿色能源混合动力公交车正式在天津公交600路上投入运营。
该车型靠电动机驱动行驶, 最高时速80公里, 可利用电池最远行驶20公里。发动机只作为动力源供给电动机和蓄电池电能, 有效克服公交车辆长时间低速行驶、频繁停靠, 油耗上升、尾气排放增加的状况, 可省油30%以上, 降低尾气排放超过70%。因为混合动力公交车没有“离合器”, 因此与一般公交车相比中通新型公交车起步、行车及停车更非常平稳, 起步、停车更加平稳舒适, 噪音也非常低。
金旅混合动力公交试驾之旅 篇2
在大城市, 一辆12米公交车如果行驶在拥堵路段, 百公里油耗突破40升是轻而易举的, 而在同样线路, 金旅的12米混合动力公交能够将百公里油耗控制在25-26升, 节油率超过30%。到底金旅的混合动力公交有什么秘密, 能够创造如此节油佳绩?为此, 本刊记者试驾了金旅的第三代混合动力公交产品, 为您带来前所未有的深度解读。
众所周知, 混合动力起源于丰田普锐斯轿车。但与轿车不同, 公交车有自己特殊的使用情况, 不仅起步停车更加频繁, 同时最高时速也非常有限, 大部分时间都工作在60km/h以下。所以金旅在设计混合动力系统时, 并没有简单的照搬轿车经验, 而是开发出了针对性极强的公交专用混动系统。特别是在最关键的储能系统领域, 金旅在国内首创以超级电容作为储能方式, 并在随后的大规模商业化运行中验证了超级电容的安全、高效和长寿命, 更在不经意间成为目前混合动力市场的主流技术方向。
金旅为客户提供的混合动力公交产品, 有三种不同的解决方案, 分别是纯超级电容储能+驱动电机直驱方案、“超级电容+锂电池”混合储能+驱动电机直驱方案和纯超级电容储能+驱动电机+自动变速箱方案。根据城市路况不同, 用户可以灵活选择, 在充分发挥混合动力节油性能的基础上, 最大程度地节约购车成本。
本次记者试驾的这款车是金旅即将交付厦门公交的新车, 属于金旅第三代混合动力技术, 采用了“超级电容+锂电池”混合储能+驱动电机直驱的设计, 即能实现较高的节油率, 同时也可以满足一些线路的拥堵路况或有长上坡的需求。
对于公交车来说, 起步加速是最为重要的一项性能, 常规动力公交, 由于发动机低速扭矩不足, 往往需要大油门提高转速起步, 不仅一部分燃料被白白消耗、离合器加速磨损, 且产生的噪音、尾气对周围环境都会产生负面影响。针对这种情况, 金旅的混合动力公交在时速低于20km/h, 采用了纯电驱动模式, 发动机只负责给储电系统充电。由于电动机具有低速大扭矩的特点, 尽管没有发动机的帮助, 起步却丝毫不费力, 加速感非常明显。0-20km/h加速平均时间只有4.29秒, 比传统的公交车更给力。
在整个加速过程中, 记者特别注意了储电系统的放电情况, 如果全油门加速电流会迅速攀升, 最大可以达到250A, 之后逐渐下降;如果加速温柔一些, 最大电流也要达到150A左右。这样大的放电电流, 只有超级电容才能轻松驾驭, 如果仅用锂电池, 不仅电池放电能力有限, 限制了加速性能, 且反复的大电流充放电对电池寿命也会有严重影响。
而超级电容+锂电池的设计在充分利用超级电容充放电能力强的特点之外, 又兼顾了储电量的需要, 使得金旅的混合动力客车适应能力更强。即便遇到长坡道、高架桥和严重拥堵路况, 长时间低速行驶, 也能保证有足够的电量持续行进。
当时速超过20km/h之后, 发动机的转速也离开了怠速区间, 开始与电动机协同工作, 油电双动力同时驱动的车辆加速更为有力了。在从纯电到油电混动的过程中记者并没有感到任何顿挫, 动力结合的非常平顺。这时仪表指示的放电电流随着速度的不断提高而逐渐减小, 在达到60km/h后, 放电电流归零, 车辆完全由发动机牵引, 此时发动机的转速已接近2000转。
混合动力公交车 篇3
关键词：高原地区,混合动力公交车,适应性分析,公交车故障率分析
0 引言
随着科技的发展, 汽车已成为方便人类出行的重要交通工具。汽车保有量的增加, 对人类的生存环境造成了极大的影响, 石油资源也在急剧减少, 而石油是一种不可再生资源。传统汽车工业的发展造成了严重的环保问题及能源短缺, 世界各国开始重视新能源汽车的发展。混合动力汽车是现在发展较好的的新能源汽车, 我国很多汽车企业也在大力研发、改进这种汽车[1]。昆明作为新能源汽车首批25个节能与新能源汽车示范推广试点城市之一, 已完成1 000辆节能与新能源汽车示范推广。昆明市是所有示范推广城市中新能源汽车技术路线和品牌最多的城市, 也是首批示范推广城市中惟一的高原地区城市, 昆明地区的示范推广工作, 为我国高原环境下运行的电动汽车及混合动力系统性能差异性及适配技术的综合技术提供了科学依据[2,3]。
本文以昆明某公交线路上传统纯柴油公交客车及三种不同品牌混合动力公交客车为实验对象, 依托昆明市新能源汽车示范运行信息化管理与监控平台, 对在同一公交线路上运行的传统纯柴油汽车和混合动力汽车示范运营数据进行采集, 对其示范运营经济性及故障特性进行了数据统计与对比分析。
1 实验车辆与线路
1.1 实验车辆
对昆明市某公交线路上传统纯柴油公交客车、三种不同品牌混合动力公交客车的运行数据进行采集, 通过对数据的分析, 对比它们的燃油节能效果。品牌A混合动力公交客车、品牌B混合动力公交客车、品牌C混合动力公交客车及传统纯柴油公交客车的主要参数如表1所示。传统纯柴油公交客车与品牌A、品牌B、品牌C三种品牌混合动力公交客车发动机额定功率与混合动力系统总功率基本相同, 车型相同。
1.2 实验线路
选取昆明某公交线路为实验运营路线, 该路线去程停靠站点23个, 回程停靠站点19个, 单程距离12.6 km。选取该线路示范运营的纯柴油公交客车、三种品牌混合动力公交客车各10辆, 依托昆明市新能源汽车示范运行信息化管理与监控平台, 采集车辆示范运营两个月的燃油消耗、里程和故障数据, 对比所采集数据, 分析昆明地区传统纯柴油公交客车及三种品牌混合动力公交客车示范运行期间的经济性和故障情况。
2 实验结果与分析
采集实验车辆在6月, 7月这两个月的运行数据, 运行时间共计60天。10辆纯柴油公交客车总运行里程为106 548.9 km;10辆品牌A混合动力公交客车总运行里程为106 845.7 km;10辆品牌B混合动力公交客车总运行里程为106 453.9 km;10辆品牌C混合动力公交客车总运行里程为93 302 km。
2.1 经济性分析
三种品牌混合动力公交客车及传统纯柴油公交客车示范运营两个月平均百公里油耗对比图如图1所示。
由图1数据可以得出:
(1) 同一公交线路上, 10辆传统公交车平均百公里油耗为32.76 L, 10辆品牌A混合动力公交车平均百公里油耗为29.62 L, 节油率为9.58%;10辆品牌B混合动力公交车平均百公里油耗为29.62 L, 节油率为12.15%;10辆品牌C混合动力公交车平均百公里油耗为28.48 L, 节油率为13.06%, 三种品牌混合动力公交车昆明地区示范运营均表现出了一定的节油效果。
(2) 品牌A平均节油率为9.58%, 品牌B平均节油率为12.15%, 品牌C平均节油率为13.06%, 品牌C在该公交线路上示范运营节油效果最好。
经分析, 得出以下结论:
(1) 混合动力公交客车可以控制发动机一直运转在最佳功率转速区间, 把富余的能量存储起来, 并将再生制动时制动能量回馈[4]。整车起步可以采用纯电动驱动的方式, 降低起步时的能耗。整车行驶加速和急加速时, 发动机运行在最佳燃油经济转速区间, 电池能量转换成电机的助力扭矩实现助力[5]。当运转在最佳燃油经济性转速区间并且有富余能量时, 把富余的能量存储起来[6], 从而实现节油的目的。
(2) 品牌C混合动力公交客车节油效果优于品牌A和品牌B, 表明品牌C车辆在昆明市地区该公交线路上示范运营适应性最好。
2.2 故障分析
查询混合动力公交客车车维修清单, 三种品牌混合动力公交客车的故障可分为:底盘、车身故障, 系统故障, 发动机故障三类。
2.2.1 三种不同品牌混合动力公交客车两个月故障分析
图2为三种不同品牌混合动力公交客车6月与7月故障对比分析。
由图2数据可以得出:
(1) 10辆品牌A混合动力汽车在6月、7月两个月的示范运行期间三类故障共出现80台次;10辆品牌B混合动力公交客车共出现59台次;10辆品牌C混合动力公交客车共出现32台次。
(2) 10辆品牌A在6月份底盘、车身故障出现13台次, 系统故障出现19台次, 发动机故障出现4台次, 总共36台次, 7月出现底盘、车身故障15台次, 系统故障23台次, 发动机故障6台次, 总共44台次;10辆品牌B在6月份底盘、车身故障出现5台次, 系统故障出现15台次, 发动机故障出现5台次, 总共25台次, 7月份底盘、车身故障出现9台次, 系统故障出现18台次, 发动机故障出现7台次, 总共34台次;10辆品牌C在6月份底盘、车身故障出现3台次, 系统故障出现8台次, 发动机故障出现1台次, 总共12台次, 7月底盘、车身故障出现6台次, 系统故障出现12台次, 发动机故障出现2台次, 总共20台次;三种品牌混合动力公交客车出现的故障中, 系统故障和底盘、车身故障均比发动机故障多, 且7月出现的故障相对6月有了一定增长, 说明车辆稳定性有了下降。
经分析得出下述结论:
(1) 混合动力公交客车部分零部件技术不成熟, 且昆明地区昼夜温差较大, 对混合动力系统的影响较大, 导致混合动力公交车故障率较高[7]。
(2) 混合动力汽车控制系统和整车技术由于发展时间短, 技术薄弱, 而发动机发展时间长, 技术相对较为成熟, 导致混合动力汽车系统故障和底盘、车身故障高于发动机故障[8]。
(3) 混合动力汽车为新兴起的新能源汽车, 技术不成熟, 随运行时间的增加, 故障率也有一定程度的增长。
2.2.2 传统纯柴油公交客车与三种不同品牌混合动力公交客车示范运营两个月故障对比分析
图3为传统纯柴油汽车与三种不同品牌混合动力汽车两个月故障次数对比。
结果表明:10辆品牌A混合动力公交客车在6, 7两个月的示范运行期间, 底盘、车身故障出现28台次, 系统故障出现42台次, 发动机故障出现10台次, 总共80台次;10辆品牌B混合动力公交客车底盘、车身故障出现14台次, 系统故障出现33台次, 发动机故障出现12台次, 总共59台次;10辆品牌C混合动力公交客车底盘、车身故障出现9台次, 系统故障出现20台次, 发动机故障出现3台次, 总共32台次;10辆纯柴油公交客车运行两月期间底盘、车身故障出现4台次, 系统故障出现5台次, 发动机故障出现4台次, 总共13台次。数据表明:三种不同品牌混合动力公交客车各类型故障比传统纯柴油公交客车增长了很多。通过分析, 得出以下结论:混合动力汽车发展时间较短, 很多技术还不成熟, 传统纯柴油汽车发展时间较长, 各方面技术条件较为成熟, 故传统车的故障率低于混合动力汽车。
3 结论
通过昆明地区同一公交线路上传统纯柴油汽车、三种不同品牌混合动力汽车的示范运行对比, 分析了传统纯柴油汽车及品牌A、品牌B、品牌C三种品牌混合动力汽车的经济性和各类故障, 得出以下结论:昆明地区同一公交线路上示范运营的三个品牌混合动力公交客车与同线路运营纯柴油公交客车相比, 均表现出了一定的节油效果;同一线路示范运营的三个品牌混合动力公交客车中品牌C车辆节油效果最好, 表明品牌C混合动力公交客车在该线路示范运营适应性最好;昆明地区同一示范运行条件下, 三个品牌混合动力公交客车在两个月的示范运营期间, 发生的故障主要为底盘、车身故障, 系统故障, 发动机故障三类, 其中系统故障居于首位;昆明所处高原地区, 昼夜温差较大, 混合动力汽车发展时间短, 很多技术不成熟, 传统车发展时间比较长, 技术相对成熟, 故传统纯柴油汽车故障率明显低于混合动力汽车。随运行时间的增长, 混合动力汽车的故障率会相应地增加。
参考文献
[1]张玉龙, 颜文胜, 申江卫, 等.高原地区混合动力出租车运行适应性分析[J].科学技术与工程, 2013, 22 (13) :6633-6635.
[2]申江卫, 颜文胜, 邢伯阳, 等.高原环境对混合动力城市客车性能影响的分析[J].汽车工程, 2012, 34 (7) :585-588.
[3]申江卫, 阮辉平, 贺璟, 等.高原地区混合动力公交客车运行适应性分析[J].科学技术与工程, 2011, 11 (23) :5730-5734.
[4]宋百朝, 杨森林, 宋东虹, 等.混合动力系统工作原理简述及系统技术特点[C]//河南省汽车工程学会第七届科研学术研讨会论文集.郑州:河南省汽车工程学会, 2010:176-177.
[5]王波, 徐智敏.新型混合动力汽车检测技术的研究及应用[J].现代电子技术, 2009, 32 (17) :168-170.
混合动力公交车 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.
混合动力公交车 篇5
关键词：插电式混合动力公交车,特征参数,工况识别,参数优化
一直以来混合动力汽车的控制策略都是基于单一标准循环工况制定的,然而标准工况与实际行驶工况随机性之间有不可协调的矛盾,造成混合动力汽车的节油性能不能得到充分发挥[1,2,3,4,5]。文献[6]分析了行驶工况对控制策略制定及汽车行驶性能的影响,指出了标准工况与车辆行驶工况的随机性的矛盾;并引进马尔科夫模型对未来工况进行预测,通过需求功率、SOC两个输入的模糊控制器,输出发动机关断转矩的调整系数,以此来提高车辆对行驶工况的适应性。文献[7]通过训练学习向量化(LVQ)神经网络模型对各工况特征参数进行学习训练,并进行工况实时识别,获取当前的工况类型,周期性更新当前工况下对应的等效燃油系数,以此来提高燃油经济性和车辆对行驶工况的适应性。
本文在规则类控制策略的基础上增加工况识别模块,建立基于工况识别的自适应控制策略。由车速记录窗记录过去一段时间内的车速与时间关系,实时提取平均车速、平均绝对加速度、怠速时间比三个特征参数,并作为模糊工况识别器的输入,对车辆当前所处的工况进行识别;建立自动优化平台,对各工况下的控制参数以燃油经济性为目标进行优化,根据工况识别器输出结果调用适合此工况的最优控制参数,提高PHEB的路况适应性、燃油经济性。
1 基于规则的能量管理策略
研究对象是某公司PHEB的单轴混联式混合动力系统,如图1所示。其中电源部分为复合电源,其结构为动力电池与双向DC/DC串联后与超级电容并联。该系统可以根据电磁离合器1的闭合、断开实现纯电动、串联、并联、制动能量回收等运行模式。
PHEB的整车基本参数如表1所示。
PHEB驱动模式的控制策略,分为CD(电量消耗)阶段和CS(电量维持)阶段,基于规则类的转矩分配策略如表2所示。
表2中m_sep为主电机的转速;soc_cup为超级电容的荷电状态;T_req_act为整车需求转矩;T_emax为发动机工作区域上限;T_emin为发动机工作区域下限;T_e为发动机实际提供的转矩;T_mor为主电机实际提供的转矩;T_ISG为ISG电机实际提供的转矩。
2 工况识别自适应控制策略
基于规则类的控制策略是现阶段实际应用最广泛的控制策略,此控制策略一般是基于一种标准工况优化得到[8],因此控制参数与PHEB行驶工况的随机性有不可协调的矛盾,因此提出工况识别的自适应控制策略。基于工况识别的控制策略是在规则类的基础上增加工况识别模块,根据过去一段时间内的车速与时间关系,提取特征参数对当前工况进行模糊识别,并调用当前工况所对应的最优控制参数,其具体过程如图2所示。
2.1 工况分类
根据公交车运营特点:行驶线路相对固定,上下班、休息日、节假日等不同时段内呈现周期性高峰循环,同一路段不同时间可能出现不同的状况,起步加速频繁。忽略不同的路面条件和天气条件对驾驶工况产生的影响,可以将公交工况分为:拥挤、城市、市郊工况三种。选取了CYC_MANHATTAN拥堵、CYC_CHN_URBAN市区、NEDC市郊工况组成的综合工况,如图3所示,选用的综合工况基本可以反映PHEB实际的道路状况。
2.2 特征参数的选取
特征参数选取的原则是数量尽可能少,对燃油经济性影响较大且尽可能多的反应出工况类型[8,9,10,11],选取特征参数为平均车速、平均绝对加速度、怠速时间比,具体计算公式如下。
式(1)中v(i)为每一个仿真步长对应的速度;i为仿真的步数。
式(2)中a(i)为每一个仿真步长对应的加速度,
式(3)中t(i)为速度为零的点。
2.3 工况识别模型建立
工况特征参数与其类型之间存在非常复杂的非线性关系[12,13],模糊控制具有非常高的自适应性、鲁棒性,因此选择模糊控制进行模式识别。模糊识别周期结合“工况块”概念及实时处理能力选取200s为识别周期[14]。
工况识别的模糊控制包括三个输入量、一个输出量。平均车速、平均绝对加速度、怠速时间比作为输入量,工况类型为输出量。三个输入量分别有“S”、“M”、“B”三个模糊子集,分别代表小、中、大。输出量为“1”、“2”、“3”,分别代表拥挤、市区、市郊工况。
平均车速、平均绝对加速度、怠速时间比的隶属度函数如图4~图6所示。
工况识别的模糊规则如表3所示。
3 控制策略优化
3.1 优化模型
优化控制参数具有非线性、多目标性,求解是在目标函数的可行域内得到控制参数最优解,控制参数优化的数学模型为
式(4)中:f(x)为目标函数;Qfuel为各循环工况下车辆百公里综合油耗;gi(x)≥0为约束条件;m为约束条件个数;xi为优化变量参数;n为优化变量个数;xil与xiu分别为第i个优化变量参数的上限和下限。
3.2 优化参数
工况对控制策略的影响体现在不同工况有不同的最优控制参数,本文所选取的优化参数为:e_high、e_low为发动机工作上下限修正系数,它决定着发动机实际工作的最优区间;k_dis为超级电容工作在合理区间时的实际放电系数,它决定着超级电容的放电速率;clutch_sep为离合器的结合转速区间,它决定着发动机启动转速和发动机的实际工作状态;soc_cup_e0为并联-超级电容荷电状态,它决定着行车充电时发动机的实际工作状态。soc_cup_e1为串联-超级电容荷电状态,它决定着串联模式时发动机的实际工作状态。表4为优化参数名称及其上下限。
选取的优化算法为模拟退火算法,它是基于Monte-Carlo迭代求解策略的一种随机寻优算法,具有较强的局部搜索能力。约束条件为满足动力性指标,优化目标是在满足动力性指标的基础上百公里综合油耗最小,具体内容如表5所示。
本文以Isight为基础优化平台,将在CRUISE环境下建立的PHEB模型及Matlab/simulink环境下搭建的整车控制策略,集成到同一环境下进行自动优化。图7为Isight自动优化模型。
表6为各参数在优化前及优化后三种工况对应的最优控制参数。
控制参数与综合油耗的关系曲线如图8所示。
由图8可以看出在拥挤工况下对燃油经济性影响较大的参数为soc_cup_e1;在市区工况下对燃油经济性影响较大的参数下有clutch_sep和e_high;在市郊工况下对燃油经济性影响较大的控制参数有e_low和soc_cup_e0。
4 仿真及实验验证
4.1 离线仿真分析
在前向仿真软件CRUISE搭建整车模型,在Matlab/simulink中搭建控制策略,进行联合仿真。根据PHEB公交车的运营及用电机制,仿真工况选取4个循环综合工况,图8为一个综合总况的特征参数和识别结果图。
图9中(a)、(b)、(c)动态车速记录窗记录的200 s内的平均绝对加速度、平均车速、怠速时间比。(d)为对应车速及识别结果,由图可以看出拥挤工况、市郊工况的平均绝对加速度较为稳定,分别为0.26 m/s2、0.33 m/s2左右,市区工况的绝对平均加速度波动较大;平均车速呈现依次递增的趋势;怠速时间比总体呈现依次下降的趋势。在拥挤工况识别结果为“1”代表拥堵工况,在市区、市郊工况,识别结果则是在“2”、“3”之间交替变换,则是因为在市区及市郊工况中含有彼此的成分,模糊识别器准确识别并加以区分。
图10为仿真过程中soc_bat的变化趋势图,由图可以看出,有工况识别控制策略的电量消耗比无工况识别控制策略多,仿真结束soc_bat分别为25%、29%,这是因为工况识别控制策略能使发动机、主电机更合理的、有针对性的功率输出。
图11、图12为发动机在等燃油消耗曲线上的工作点,由图可以看出转速在1 200~2 000 r/min范围内有工况识别控制策略对应的发动机工作点比无工况识别控制策略集中且分布在低燃油消耗曲线上,发动机的工作区间更加合理,从而降低油耗,提高燃油经济性。
离线仿真结果对比结果如表7所示。
由仿真结果可知有工况识别控制策略较无工况识别相比燃油经济性进一步提高7.2%,发动机的工作状态进一步得到优化,可以看出工况识别控制策略的有效性。
4.2 驾驶员在环半实物仿真验证
为使验证结果更加准确且接近实车,采用驾驶员在环半实物仿真验证。此半实物仿真验证系统主要由硬件系统和软件系统构成,硬件系统主要包括:驾驶员模拟器、CANoe、d SPACE实时仿真系统,软件系统主要包括:d SPACE自带的数据监测软件Control Desk、AVL CRUISE及Matlab/simulink。
本验证试验采用d SPACE实时仿真系统的2路ADC模数转换通道来分别采集油门信号、制动信号,1路CAN通道用来接收与发送数据,实现与整车模型的通信。将有工况识别及无工况识别控制策略模型利用实时工作空间(RTW)分别下载到d SPACE板卡中;用CANoe来模拟实车时数据间的CAN传输。驾驶员模拟器可实现人机在环交互,可以更好的模拟真实驾驶员的操作,使结果更接近实际情况,实现控制策略验证。半实物验证平台如图13所示。
图14为有、无工况识别的半实物仿真过程中发动机、主电机转矩历程图,从图14(a)、(b)可以看出,无工况识别控制策略,发动机启动参与系统工作的时间、频次较有工况识别控制策略工作时间要长,频次要高,这直接造成油耗的升高。从其局部放大图14(c)、(d)可以清晰看出2 350~2 380 s、2 460~2 490 s发动机的模式切换频次,有工况识别的模式切换次数明显少于无工况识别模式切换的次数,并且发动机单独驱动时所需转矩也得到优化,从而进一步提高其燃油经济性。
驾驶员在环半实物仿真结果如表8所示。
由驾驶员在环半实物仿真实验结果可以看出,较无工况识别控制策略,有工况识别的自适应控制策略使PHEB的燃油经济性进一步提高7%,此与仿真结果基本吻合,验证了工况识别自适应控制策略准确、有效。
5 结论
(1)根据过去一段时间内的车速与时间关系,实时提取特征参数对当前工况进行模糊识别,对不同工况下的控制参数进行优化,建立工况自适应控制策略。从仿真及试验结果可以看出工况识别模块有效,增强了PHEB对工况的适应性,燃油经济性进一步提高7%。
混合动力公交车 篇6
为了创造良好的公路营运环境, 给市民出行带来安全。不少公交公司、运输公司着力改善营运车辆的马达启动安全性能。目前, 公交大客车的启动马达普遍存在启动时间较长后, 容易发生超负荷运转和高温冒烟乃至燃烧的现象, 为此对其安装启动马达保护控制器就显得非常的必要, 汽车启动马达保护控制器可以有效保护马达性能, 其的应用具有较高的性价比和可行性。
1 起动马达冒烟故障的原因分析
通过长期的实践经验和研究分析, 笔者认为, 汽车启动马达发生启动事故的原因分为以下几个方面:
1.1 汽车启动马达前端盖轴承套磨损严重。
磨损严重后的启动机转轴和轴承套之间空隙较大, 从而使得启动马达工作时, 会受到飞轮齿的反作用力而发生错位, 从而使的启动机的定子和线圈产生摩擦, 进而导致线圈的发热短路和烧毁现象。
1.2 操作不正确导致启动事故。
很多司机对启动操作存在错误, 根据汽车启动的基本要求, 以及车辆使用的基本要求规定, 操作者对汽车进行启动马达时, 必须遵循一定的规则, 规则规定启动的时间不能太长, 一般为10秒以内, 同时还要保证启动要有一定的间隔, 间隔时间为5-10秒。但是在实际的汽车启动过程中, 有很多司机并不严格按照规则要求执行, 当他们在启动马达不成功的时候, 就会接二连三的启动汽车马达, 直到把汽车马达启动起来为止。这样就会导致马达在较长时间内通过较大的电流, 大电流的影响下, 必然导致严重的发热, 最终有可能造成导线包裹的绝缘漆受热而遭到破坏, 进而导致短路引起冒烟事故, 还有可能导致火灾事故。另外, 还可能因为高温原因, 致使电枢转轴轴承的润滑脂迅速挥发掉, 使轴承套和电枢转轴产生干摩擦, 干摩擦导致轴承磨损严重, 进而出现线圈和定子的碰刮短路, 引起事故。
1.3 还有些是因为点火锁匙开关有问题。
这种情况是磁吸线圈无法正常回位, 单向啮合器不能正常退出、同时, 马达电枢在发动机的带动下以高于发动机转速的速度高速旋转, 这样就使得离心力使电枢轴承变形进而导致刮碰, 引起故障或事故。
2 启动保护器工作过程及功能
2.1 工作过程
启动器的工作原理:首先是启动保护器对汽车启动开关的检测, 启动开关开启后, 这时变速箱是处于空挡上的, 这时汽车的发动机不在工作状态, 接通车身电器电源继电器, 切断车身电器负载电源, 延时0.5 s后, 接通起动控制继电器, 起动机通电起动。当起动开关断开或者发动机转速达到300 r/min后, 控制器释放起动控制继电器, 起动机断电停止工作, 延时0.5 s后。释放车身电器电源继电器, 接通车身电器负载电源, 起动完成。
2.1 主要功能
2.2.1 正常起动
汽车的启动开关从关闭状态到打开状态后, 这时蓄电池的电压处在一个正常值上, 然后就启动了马达保护控制器, 进而启动汽车的启动继电器, 这时就可以启动起动机起动。当发电机的电压过高时, 钥匙开关就会从起动开关返回原来位置, 控制器就截断电路, 同时释放启动继电器, 启动机的启动任务完成, 停止工作, 控制器记录启动的次数这时整个启动过程结束。
2.2.2 重复起动保护
当发动机正在处于发动的状态, 而且发电机电压有超过了一定的电压值, 这时启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 启动保护器就不会对其作出启动的信号, 从而使得汽车不再进行启动, 启动也不能产生效果。
2.2.3 低电压报警及保护
如果电源电压稍微低于正常值, 保护控制器将会发生报警提示, 报警器鸣叫短、中、长三声警报, 这时启动机可以启动。但是如果电源电压低的太多, 这是除了报警器鸣叫短、中、长三声警报, 当启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 这时保护控制器将对启动进行保护, 启动就无法进行。
2.2.4 起动时间控制
启动开关从关闭的位置打开到启动的位置时, 起动的最长时间控制器限定为5秒, 如果5秒之内, 汽车的起动没有启动, 保护控制器将自动进入保护状态, 停止输出。开关回位后, 要等待1秒才能继续启动, 因为保护控制器在进行保护, 如果连续进行3次启动都没有成功, 启动系统的电路就回产生大量热量, 这时启动机输出功率就减小了, 控制器为了保护就会阻止启动工作。这时, 可以保持点火开关处在关闭状态10秒, 等报警器发出可以再次启动的警报后, 在进行启动, 如果需要立即启动, 可以关闭汽车的整车电源, 1秒后, 就可以进行再次启动。
2.2.5 控制器自身输出短路保护
当保护控制器出现问题, 或者引线等出现短路, 控制器就会自己切断电路, 等检查排除故障后, 控制器才能正常的进行工作。
2.2.6 点火开关问题或线路短路
控制器有时会频繁的接收到启动的信号, 这种问题可能是点火开关的接触不良问题或者线路的短路问题, 这种问题如果没有保护控制器的保护非常容易引起事故, 如果安装了保护控制器, 经过保护控制器的芯片的分析, 控制器将对启动时间进行延时, 或者禁止启动。有效避免事故发生。
结语
混合动力公交启动马达的保护控制器是根据汽车的启动环境以及经济可靠性而设计而成的, 结构简单, 设计新颖, 同时能有效保护和控制不良的启动, 具有非常高的可靠性和较低的成本优势, 应用在汽车马达的启动上可以有效提升车辆的启动安全性能, 降低因启动引起的事故, 节约维修成本, 给广大用户带来实惠, 为社会节约了资源。
参考文献
[1]王盛良.汽车发动机电控技术与检修[M].北京:机械工业出版社.2007.
混合动力公交车 篇7
电动汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。对于纯电动汽车而言, 由于目前关于电池的关键技术问题迟迟未能取得突破性进展, 充电站的设置问题也没有根本性解决。而混合动力电动汽车在某种程度上可以弥补这方面的不足, 因此混合动力电动汽车是电动汽车开发过程中最利于市场化的一种车型。
1997年12月, 丰田首先产业化和商业化世界上第一款混合动力汽车PRIUS, 现在, 丰田公司已推出第二代PRIUS。日本的本田CIVIC混合动力汽车、ACCORD和INSIGHT混合动力车也占有了一定的市场。
美国三大汽车公司在电动汽车产业化方面比日本逊色不少, 三大汽车公司仅在1990~2000年期间, 小批量生产、销售过纯电动汽车, 而混合动力和燃料电池汽车还未能实现大规模产业化。2004年福特共售出2566辆ESCAPE混合动力汽车, 大约相当于市场的3%。
据有关数据统计表明, 包括HEB在内, 目前电动汽车的售价还是处在一个比较高的位置, 对于普通消费者来说还谈不上经济适用。虽然电动汽车在使用过程中的维护费用比较低, 但是据有关人士研究表明, 同等配置的电动汽车和传统燃油发动机相比, 电动汽车也只是在行驶30万km之后才会比传统燃油发动机车辆经济。而对于大多数家轿而言, 用到报废也不一定能跑30万km。因此电动汽车要想在家轿中市场化运作还有一定的难度。而混合动力电动汽车的工作特点适应了公交客车的工作环境, 因此公交客车成了混合动力电动汽车的优先发展方向。
一、城市公共交通系统的特点
1. 城市道路特点
(1) 路面质量优, 车辆行驶平稳。
(2) 城市普遍采用立体交通, 易发生坡道起步。我国大中城市广泛采用了立体交通, 立交桥路面坡度一般为4%~6%, 在现在没有公交专线的情况下城市车辆行驶速度较低, 易发生交通堵塞, 经常发生坡道起步。
2. 公交客车数量大
城市规模、面积的扩大带来了城市居民出行的增加, 目前在我国大中城市, 公交车是市民出行的主要代步工具, 公交车对市民出行有着举足轻重的作用。
3. 公交车辆严重污染城市大气
在城市工况下, 汽车经常处于怠速、加减速状态, 发动机工作状态恶劣, 排放和油耗都相对其他路况严重, 特别是城市出租车和公交车辆, 更是污染源的重中之重。据统计, 虽然公交车辆占城市汽车保有量只有10%左右, 但尾气排放量却占了总量的50%。
4. 车辆平均时速不高
由于城区公交车停靠的站点多, 站与站之间的距离平均仅1km左右, 目前站点的平均滞留时间为2.5~3.5min/站) , 再加上交通道口红灯停车, 起步、停车十分频繁, 且公交专线少, 导致城区交通拥挤, 行驶时速不高。以郑州城区公交车为例, 目前平均车速仅为19.07km/h。
5. 车辆负荷率变化大
随着城市规模的逐步扩大, 城市交通网也日趋复杂, 城市公交线路众多, 每条线路的长度也不同, 每条线路途经地区的行驶速度、道路特点、乘客数量各不一样, 高峰时段和中心城区乘客拥挤, 在非高峰期和边远城区部分站点乘客稀少。正常行驶时由于时速较低, 载荷不大, 车辆负荷率低, 造成了能源的极大浪费。而在夏季, 汽车长时间在烈日下曝晒, 车内空调高负荷运行, 在高峰时段、爬长坡时车辆负荷率高, 动力系统易出现过热和过载。
二、混合动力电动客车在城市公交中的应用优势
混合电动公交车 (HEB) 是混合动力电动汽车技术与城市公交客车的结合体, 是推动混合动力电动车商业化、产业化的主要举措。混合动力技术也在公交客车上找到了一个很好的应用平台, 两者的结合也能够有效地解决各自存在的一些问题, 共同促进发展。
1. 适用性优势
混合动力对于轿车和轻型车而言, 附加质量大使得整车质量增加。但对大型公交车来说, 因为其自身质量就大, 乘载能力强, 车内空间也大, 所以附加质量不会带来太多的负面影响。随着城市公交客车大型化, 低地板化的发展趋势, 公交客车应用混合动力电动技术非常合适。
2. 经济性优势
传统城市客车燃油经济性为33L/100km, 每天营运300km, 按每辆混合动力城市客车可节省燃油20%计算, 每辆混合动力城市客车可节省燃油19.8L/天。
3. 动力性优势
城市公交客车的城市运行工况决定了其最高速度不高, 动力性能要求较低, 这也方便了混合动力电动车各部件之间的良好匹配, 以达到最佳性能的要求。
4. 排放性优势
电动机代替传统公交客车的发动机起动, 并且可使发动机快速起动, 从而大大降低了发动机起动时的高排放。在怠速时发动机可以停止, 则实现了城市路段上的“零排放”状况。
5.“个性化”优势
对于同一线路的公交车都是在固定公交线路上行驶, 其停靠站点、车站间距、道路状况等都相同。因此可建立相应的“个性化”车辆管理策略, 使得车内多能源管理系统可以在不同控制模式下切换, 进行功率自适应调节, 使得车辆在满足功率要求的条件下, 始终工作在高效、经济的状态下, 最大限度地实现节能、环保, 实现“一线一车”。车辆负荷小时, 只有电动机工作, 当负荷逐渐增大, 电动机不足以带动整个车辆时, 内燃机起动, 这样电动机和内燃机配合使用, 大大提高了使用的经济性。
6. 发展环保性优势
城市交通属于大型公共事业, 混合动力电动客车经济节能和环保的特点使之将得到政府和社会的极大关注, 这对于混合动力电动车的产品商业化发展十分有利。大批混合动力电动汽车的广泛运用, 也使政府相应地对大气污染治理的资金投入减小, 带来绿色经济效益。同时, 公众也可从中加强环保节能意识, 有利于提高城市形象。
三、混合动力电动客车在城市公交中广泛应用还存在的问题
由于环保和能源的压力, HEB产业化已经成为其发展的一个重要趋势。相对于已经很完善的传统内燃机客车, HEB还是一个很新的事物, 目前要对其产业化还面临不少问题, 而这些问题的解决将大大促进HEB的商品化进程。
1. 购买费用
高昂的购买费用是制约HEB发展的最大因素。性价比是消费者选购商品的重要指导因素。不可否认, HEB相对于传统内燃机客车在油耗和排放性能上有很大的优势, 但是HEB的价格也远远高出传统内燃机客车。一般, 一辆HEB的价格高出传统内燃机客车的一倍到数倍。近年来, HEB的价格在不断下降。HEB价格较高的主要因素是材料和结构与传统客车不同, 以及产量低和系统的手工制作。随着HEB技术的不断完善, HEB需求量的不断增大, 生产成本将进一步降低;批量生产也将促进生产手段的改进, 使得系统更多地采用机械生产。但是据估计, 即使HEB的产量达到了一定规模, 其价格仍将高出传统内燃机客车不少。
2. 维护、保养和修理
HEB一般采用1~3套电池组并联提供动力。在HEB运行时, 电池组提供的功率一般起调峰作用。电池组频繁充放电会严重影响电池的使用寿命和效率。HEB用铅酸蓄电池大概每3年需要更换一次电池, 从而使其在整个生命周期中的费用增加。改进汽车设计, 改善控制策略, 可以延长电池寿命, 并提高汽车的总效率。随着混合动力电动汽车的发展, 专为混合动力电动系统使用的各式储能装置也得到了巨大发展, 这些储能装置将逐渐满足HEB对其性能、价格等的要求。
HEB的动力系统是一个综合机械、电力和电子的复杂系统, 同时HEB的运行经验也比较缺乏, 这都使得现有的汽车修理部门没有足够的技术和经验对其进行保养和修理, 从而影响HEB的发展推广。HEB技术的成熟也将会使其各个系统更加可靠, 从而使它的保养修理费用更少。
3. 相关法规及保险制度
混合动力电动客车的发展减少了大气污染, 带动了相关产业和技术的发展, 减少了环境问题带来的医疗卫生和治理费用, 它带来的社会效益是巨大的。然而城市客车运营商更关心的是利润, 要使得HEB能够更好地发展, 必然离不开政府行为。政府应该为研究机构及企业提供研究资金, 鼓励HEB的研究开发;制定合乎国情的排放法规, 促进并鼓励企业研发生产低排放汽车;鼓励公车运营企业购买使用HEB, 为之提供贷款, 并提供减免税等优惠政策;在油品上提供补贴等。HEB的数量少, 运行经验少, 保险业缺乏如何制定HEB政策的信息, 这使得HEB的保险费用很高。美国HEB的保险费用成为了仅次于其购买费用的第二费用。因此, HEB生产企业必须积累更多的运行经验并让保险业更加了解HEB。
4. 安全性能
和传统的内燃机客车相比, HEB增加了大量的电力电子设备, 使得HEB除了有由于燃油而可能存在的着火危险外, 还可能有高电压引起的电击、电池的气体爆炸、有毒物质如铅等的泄漏等潜在危险。这些潜在的危险可以通过不断改进设计和监控技术、加强操作和保养来加以控制。
5. 宣传环保观念
HEB的推广离不开广大民众对HEB的接受, 要想更快地促进HEB的发展, 就必须大力宣传环保观念。培养民众的环保意识, 使民众了解HEB在环保方面的巨大优势以及使用和乘坐HEB也是为环境保护出力, 从而培养潜在的HEB市场。