农用混合动力汽车（共11篇）
农用混合动力汽车 篇1
目前农用混合动力机在运行过程中不能采集并记录混合动力机各控制单元间内部控制参数, 导致分析故障和整机性能评价的难度增大。本文从解决这些问题的实际出发, 设计的数据记录仪和数据回放仪, 就能够使农用混合动力机在不同的工作模式下, 采集CAN总线上具有特定ID码的数据, 并对采集的数据帧进行时间标定, 同时将采集的数据存储到U盘中;利用数据回放仪将记录仪采集的数据进行回放, 再现记录时CAN总线上的状况。
由于农用混合动力机工作部件和控制单元数量多, 有发动机电控单元、整机控制单元、电机控制单元、电池控制单元、显示控制单元等[1], 各控制单元间有大量数据及参数进行通讯交换, 记录这些数据, 便于出现故障时依据记录故障点前后一段时间内的相关参数, 来分析各工作部件、控制单元的运行特性及可靠性, 为农用混合动力机管理系统控制策略的不断改进提供依据, 同时还可依据记录的数据对整机性能进行评价。因此研制混合动力机控制参数记录仪和回放仪具有很重要的意义。
1 记录系统方案设计与功能要求
1.1 数据获取
农用混合动力机各控制单元间相对独立又相互联系, 各自间有大量的数据交换, 如整机要求的驱动力矩、发动机的实际转矩、电机的驱动转矩以及控制单元出现故障时的故障级别等, 要实现这些控制单元间信息的传输和数据共享, 只需知道CAN协议及与数据相对应的ID码, 就可以通过CAN总线获得所需的数据。从而形成农用混合动力机电子控制网络, 实现机内各控制单元之间交换信息[2]。
1.2 数据存储
选用U盘作为存储介质, U盘具有存储容量大, 使用方便可靠等优点。将通过CAN总线采集的数据经由USB接口存入移动存储器U盘中。USB通信设计的驱动程序和应用软件可以自动启动, 无需人为干预。通过USB接口连接U盘可提高数据传输速度, 支持热插热拔, 实现即插即用。同时为便于观察所记录的数据, 在记录过程中采用液晶显示器通过设置选择键可以直接显示所选择的参数。
1.3 数据处理
对记录仪而言, 要求能在正常模式和故障模式两种模式下工作。对于正常模式要能够在不遗漏数据的情况下完整地记录所需的数据, 且准确地记录相邻两帧数据间的时间间隔 (误差小于0.1 ms) , 以方便数据回放和分析。对于故障模式, 只记录故障点前后至少10 s的数据及其时间间隔, 以便于分析故障, 查找原因。对回放仪而言, 要求能够将通过数据记录仪采集的数据以CAN通讯模式回放, 回放过程中能够真实再现记录时CAN总线的状况。
2 硬件电路设计
记录仪原理框图如图1所示。来自CAN总线的数据经CAN收发器SN65HVD230转换后送入DSP (芯片TMS320F2812) 、USB模块、HM628128A (128KB) RAM存储器、U盘和时钟芯片12C887等核心元件。
2.1 DSP (芯片TMS320F2812) 的选择
DSP具有运算速度快、可靠性强、接口方便、灵活性好的特点, 它的核心芯片采用TMS320F2812 DSP处理器。TMS320F2812是美国TI公司推出的C2000平台上的定点32位DSP芯片, 适合用于工业控制, 电机控制等, 用途广泛, 相当于单片的升级版。IO口丰富。具有12位的0～3.3 V的AD转换等。具有片内128K×16位的FLASH, 18K×16位的SRAM, 一般的应用系统可以不要外扩存储器, 其内置的控制器局域网络CAN模块使记录仪的硬件电路变得简单可靠, 能完全满足农用混合动力电动机数据记录仪的要求。
2.2 USB的选择
为了填补DSP没有内置处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议;同时确保DSP处理速度, 完整记录CAN总线数据, 在DSP芯片与U盘之间使用USB模块。USB模块其核心是控制芯片CH375, 它以8位双向数据总线并行接口模式与DSP相连。实现DSP直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备。通过U盘文件级子程序库实现DSP读写USB存储设备中的文件。
2.3 RAM (HM628128A) 的选择
尽管USB的传输据速度比较快, 可支持12 Mbps全速USB设备[3]。但由于CAN总线上的数据量极大, 平均1 ms传输1～3帧数据, 每帧数据含1～8字节, 再加上每帧数据的11位ID码及相邻两帧数据的时间间隔 (2字节) , 即每帧数据对应最大12字节。因此若将每次接到的数据都立即存入U盘, 加之以字节为单位的文件读写速度比以扇区为单位的文件读写慢, 并且写入文件时需要较多附加操作, 如修改文件长度, 显然U盘的速度不够。为此, 电路中使用了3片HM628128A (128KB) RAM存储器。DSP首先将接收到的数据存入RAM中。此时存储速度足够快, 待3片RAM存满后, 通过扇区写入的方式将3片RAM的数据通过USB模块全部转存入U盘中。
2.4 时钟芯片12C887的选择
12C887是由美国Dallas公司推出的一款专用实时时钟芯片, 它将晶振、写保护电路、可充电锂电池等一起封装在一个24引脚的双列直插式芯片内部, 组成一个加厚的集成电路模块, 是一个完整的子系统。大量数据存入U盘后, 为便于分析及区分不同时间获得的数据, 以记录开始时刻的时间值为记录数据文档命名。每次数据存入U盘前, 主控芯片从12C887中读取时间, 并以时间值作为记录数据文件名。回放仪的原理框图与记录仪的原理框图基本类似, 但由于回放仪不需要时钟芯片, 因此只需要将图1中的时钟芯片12C887去除, 即为回放仪的原理框图。
3 系统软件设计
在软件设计方面, 从系统的功能出发分为2个部分:记录仪和回放仪。根据DSP芯片指令系统和C语言设计编制了的数据采集软件和数据回放软件。由于回放仪的工作过程相当于记录仪工作过程的逆过程, 很多软件模块可通用。
3.1 记录仪软件设计
根据数据记录仪所实现的功能, 结合DSP程序设计本身的特点, 整个软件系统从总体上分为2部分:中断服务程序和主程序。其中, 中断服务程序实现的功能是利用主控芯片DSP自带ECAN模块的中断功能进入中断服务程序, 接收并提取CAN总线上具有特定ID码的数据帧所携带的数据以及相关信息, 并按照不同的工作模式将提取的数据存入系统存储模块RAM芯片, 具体流程图如图2所示;主程序实现的功能是根据不同的工作模式, 当各自满足一定条件时将暂存在RAM芯片的数据以文本格式存入U盘, 其中涉及按键判断、指示灯闪动等其他功能, 具体流程图如图3所示。
3.2 回放仪软件设计
根据回放仪实现的功能总体上可以分为如下2个部分:利用U盘读写模块将通过数据记录仪将记录在U盘里的数据读出, 根据记录模式的不同将读出的数据以不同的方式暂存在系统存储模块RAM芯片中;根据记录时数据的格式, 提取出每一帧数据的ID码、数据、数据个数以及数据帧与数据帧之间时间关系的时间量, 将数据的ID码、数据、数据个数等数据信息装入数据帧中, 按照帧与帧之间的时间关系将数据帧发送出去, 再现记录时CAN总线上的状况。具体程序流程图如图4所示。
4 系统采集及回放数据准确性分析
4.1 记录仪采集数据准确性分析
记录仪为机身数据采集系统主体, 其准确性直接影响到整个系统的精准度, 是测试分析的重点。测试时通过一个CAN数据发送器向记录仪连续发送定量的特定数据, 待记录仪将这些数据记录完毕后, 通过对比记录数据与发送数据是否相同, 从而判定记录采集数据的准确性。通过测试试验结果如表1所示, 表中的序号1试验, 发送数据为30H, 发送帧数为28086帧, 接收数据均为30H, 接收帧数为28086帧, 没有出现数据帧错误和数据帧遗漏。
每个数据帧装载的数据代表机身在运行时某时刻的状态, 记录相邻两帧数据的时间间隔就可以对该段时间记录的数据进行时间上的定位, 就可以了解机身运行状态改变的时间关系, 为分析整机性能和故障分析提供准确的信息。因此记录仪记录的时间标定信息的准确性直接影响到记录仪的精度。测试时通过CAN数据发送器向记录仪连续发送具有特定时间间隔的数据帧流, 待记录仪将这些数据记录完毕后, 通过对比记录的时间标定值与实际的时间标定值是否相同, 从而判定记录采集时间标定数据的准确性。如表2所示, 记录了相邻10帧数据的时间标定值。由表可知, 每帧数据记录的时间标定值与实际标定值10 ms比较均相差不大, 平均标定值为10.019 ms。同时, 记录的时间标定值均向同一方向漂移, 考虑到设备和测试技术的误差, 记录的时间标定值能够准确记录相邻两帧间的时间间隔。
4.2 回放仪回放数据准确性分析
回放仪的工作可靠性将借助记录仪来间接体现。回放仪的功能就是回放机身记录仪记录的数据, 回放时不但要回放记录的数据帧, 还要模拟数据帧之间的时间间隔, 再现记录时CAN总线上的状况。
试验测试方法如图5所示, 将装有记录数据的U盘1与回放仪相连, 同时将回放仪记录仪的CAN总线接口对接, 在回放仪将数据回放到CAN总线上的同时, 记录仪记录由回放仪回放到CAN线上的数据, 当回放仪回放完成后记录仪将会把回放的数据采集记录下来并存入U盘2中。通过对比U盘1中回放数据和U盘2中记录数据的一致性, 可以对回放仪的准确性进行分析。经过试验分析测试表明, 回放的数据和记录的数据, 除了在时间标定信息存在细微的误差以外, 其余数据数据部分内容完全一致, 符合预定设计要求。
5 结论
文中研究设计的记录仪采集机身CAN总线上具有特定ID码的数据、同时对相邻两个数据帧进行时间标定、最终使采集到的数据信息和标定的时间信息存入U盘中;利用研究设计的数据回放仪, 通过数据记录仪采集的数据以CAN通讯模式回放, 回放中真实再现记录时CAN总线的状况。同时通过实际采集的数据可以确定各控制模块之间的通信信息, 结合机身生产厂的CAN信息定义协议, 可以深入了解机身的运行状况, 达到预计设计目的。
参考文献
[1]杨亚联, 钱三平, 秦大同, 等.混合动力机故障数据记录系统设计[J].重庆大学学报, 2008, 31 (8) :855.
[2]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1996.
[3]萧世文, 宋延清.USB2.0硬件设计 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2006.
农用混合动力汽车 篇2
促进者肖澜
2003年3月28日，我们在巴中工商总会负责人和一家巴西咨询公司代表陪同下到圣保罗市郊参观了一家专业从事油—电混合动力汽车动力系统研发和生产的企业，初步调研了其技术特点，实地考察了混合动力公交汽车的运营情况，亲自乘坐了以这家企业产品为动力的公交车，感觉收获很大，双方具有较多的合作前景，下面介绍一下具体情况。
我们考察的这家巴西企业具有90多年的历史，是一个家族式企业，从事机车混合动力系统研究和生产已经有相当基础，据说被英国的技术权威人士评价为此领域内全世界技术最先进的企业。据厂商介绍，其混合动力车的技术特点是用普通柴油发动机与铅酸蓄电池组合成的混合动力来驱动，经测试，它比一般的汽油车节能30%，排放污染物总量减少26%，尾气颗粒减小50%，目前已经达到欧洲—3号排放标准，经过改进可以达到欧洲—5号排放标准。相比目前国内现有的混合动力汽车，我们发觉这家企业的确有明显技术优势。
目前在亦庄北京经济技术开发区内有几家企业从事混合动力汽车的研发和生产，目前已经有两部样车在试验运行。这两部样车采用的混合动力是汽油发动机与蓄电池组合，其中汽油发动机是引进的美国技术，使用的是专门的大功率涡轮发动机，不是普通汽车发动机，因此造价昂贵，另外还有一个比较大的技术缺陷是这种混合动力装置不能安装在现有汽车的底盘上，必须特殊定制底盘，这也导致了成本上升。目前这两部样车的造价在20万美金，而巴西这家公司的动力系统可以安装在普通汽车底盘上，动力系统成本约6万美金，相比之下采用巴西的技术更加实用、经济。
从技术成熟度和实用性上考察，巴西这家企业优势也很明显。据介绍，在巴西圣保罗市郊已经有30辆使用这种混合动力的公交车在运营，我们现场参观了企业的厂房和产品，看到了使用这种动力的18米长的大通道公交车，类似北京的大公共，说明这项技术已经进入实用阶段。据说美国福特公司一直对这家公司技术感兴趣，有较强的合作意向。这家巴西企业对中国市场具有浓厚的兴趣，非常愿意采用适当的方式与中国进行多方位合作。
混合动力汽车已不是一家独秀 篇3
丰田的实践说明，深度混合的混合动力技术能获得40%～50%的节油效果，这是其他技术难以做到的。在其基础上扩展的插电式混合动力技术，进一步大幅度降低了油耗，使得实际使用油耗降到了普通燃油汽车的20～30%。同时，由于电机具有优越的低速扭矩特性，它与内燃机的联合工作，可以获得更好的加速性，使得混合动力技术也开始应用于讲究运动性能的汽车上。
但是相当一段时间，混合动力技术只是丰田一家独秀，其他汽车厂家在观望中。这种情况现在已经发生了改变。尤其是随着国际上对减少碳排放的要求增高，汽车油耗限值的愈加严格。研发混合动力技术成为了各大汽车厂的急迫任务。美国政府预测到2015年将有100万辆插电式混合动力汽车上路，并承诺拿出逾110亿美元纳税人资金支持清洁技术的发展。
近日据海外媒体报道称，采用了插电式混合动力系统与轻量化技术的大众XL1概念车，整车重量仅为795kg，百公里油耗仅为0.9L，将于2013年小批量生产。宝马、福特、奔驰、本田、保时捷等公司也都有混合动力车型投放市场。
前不久，我应邀去了位于浙江枫泾的吉利新能源汽车研发中心参观，看到了他们研发的深度混合动力系统，该系统采用了具有很高技术难度的行星齿轮机电耦合机构。第一轮样机已经制造出来，并在装车调试中。吉利详细地向我介绍了产品的设计与试验情况，我还非常荣幸地试驾了样车，了解了他们取得的初步成果。由于产品还未投产，技术细节不便展开。看过吉利的研发情况，我有以下体会：1.深度混合动力技术形式多种多样，丰田的方案只是其中一种，仍有很多其他可选方案与发展空间；2.深度混合技术具有很大技术难度，涉及多种技术应用，涉及汽车的许多系统，要想成功，需要相当大的投入，需要团队分工合作，需要埋头苦干一段时间，不能急于求成；3.要想获得最佳效果，必须重新设计发动机，掌握发动机的控制匹配技术必不可少，这又涉及到我们的短处。吉利已经走出重要的一步，但愿能够坚持努力，直到成功。
世界汽车工业已经迎来了混合动力技术新阶段，中国的汽车工业也要勇敢面对，在大力发展新能源汽车同时，加大混合动力技术的研发力度。中国已经是世界汽车生产大国，绕开混合动力技术路径的观点不可取。
混合动力汽车动力总成设计构想 篇4
1 高压共轨柴油机电控技术简介
高压共轨柴油发动机采用电子控制单元 (Electronic Control Unit简称ECU) 从传感器 (油门位置、转速、大气状态、水温、共轨压力) 获取信息, 结合约束条件, 查找预先设定好的MAP, 调整喷油器的主喷, 预喷和后喷 (可选) 时长, 达到控制喷入气缸油量目的。博世高压共轨柴油机电控系统以转速为输入, 结合转速、油门来控制油量和喷油时间, 高压共轨柴油系统以扭矩为输入, 控制最后的油量和喷油时间。
2 电机驱动系统控制简述
电机驱动系统作为类似发动机功能单元的动力单元通常由电机和电机控制器组成。而电机控制器由电机控制器核心板, IGBT驱动电路, 控制电源, 结构和散热系统, 高压开关控制电路组成。控制器核心板负责接收整车控制器的指令并反馈信息, 检测电机系统内传感器信息, 根据指令和传感器信息产生逆变器开关信号;IGBT驱动电路接收CPU板开关信号并反馈信息 (如各相电流) , 放大开关信号并驱动IGBT, 提供电压隔离和保护功能;控制电源为CPU板和驱动电路提供多路相互隔离的电源;结构和散热系统则为电力电子模块散热, 支撑组件安装并提供环境保护;高压开关控制电路负责接受信号将直流电源能量传递给逆变器, 减少突然接通电路的大电流冲击。
各种电机转矩-转速特性在加减速或速度调节情况下都服从运动学方程Te-TL=J*dn/dt (Te为电磁转矩, TL为负载转矩, J为转动惯量, n为电机转速) , 对于恒定负载或者突加减负载, 只需要控制电机电磁转矩即可。
以某型号永磁同步电机 (额定75kw, 输出扭矩540N.m) 控制为例, 接收扭矩请求后将扭矩控制转化为定子q轴电流PI调节;励磁或弱磁控制部分转换为定子d轴电流PI调节[2]。空载情况下在线修改整车控制器RAM指令, 经过CAN总线发送给电机控制器, 0-1.48秒间发命令扭矩20N.m, 转速上升斜率较小, 1.48秒时刻更改为40N.m命令扭矩, 转速上升斜率变大, 在低速空载情况下电机经过报文发出的扭矩和命令扭矩有差异, 真实值需在测功机上测量。电控发动机和电机控制可实现CAN总线模式下转速和扭矩控制, 发动机ECU其通讯协议遵循SAE J1939, 电机控制通讯协议需要自行设定。
3 整车电控技术原理和设计
基于以上对发动机和电机控制的认识, 在并联式混合动力客车中可类比传统柴油车的控制方式, 由司机加速踏板开度 (即传统车油门) 和制动踏板开度, 发动机及电机转速, 并结合发动机水温等约束条件分配二者扭矩。对于串联或者增程式混合动力客车, 尽可能使得发动机转速位于经济区域, 即主要是发动机转速控制和发电机的扭矩控制。除了发动机和电机自带的ECU, 需要另外设计整车控制器 (Vehicle Control Unit简称VCU) 。
3.1 整车控制原理
串混或增程式系统主要驱动力来自驱动电机, 根据电机转速和加速踏板及制动踏板查询扭矩需求得到驱动电机的需求扭矩, 再结合A-PU (即发动机-发电机系统所能提供的电流限制) 得到电机的目标扭矩, 该目标扭矩由整车控制器经过CAN报文发送给电机控制器, 而电机需求扭矩转化为能量需求并结合电池 (或者超级电容) 电压以及剩余电量SOC转化为APU电流需求, 再经CAN总线实现对发动机转速和发电机扭矩 (或者励磁PWM) 需求。
对于并联混合动力, 由于发动机的转矩响应受瞬态空燃比控制燃油补偿等因素较目标扭矩迟滞, 而电机的扭矩响应在毫秒级, 可认为是瞬变量。若某一时刻目标扭矩是600N.m, 分配给电机和发动机扭矩分别是200 N.m和400 N.m, 必然导致瞬间合成扭矩和目标扭矩差异较大影响舒适性, 以并联式混合动力客车从纯电动切换到发动机单独驱动为例, 电机目标扭矩瞬间变为0, 此时发动机输出扭矩尚未输出到位将导致动力中断, 需要电机转矩补偿或者延缓电机响应。
3.2 VCU硬件结构
设计一款采用freescale S12X系列处理器的VCU, 负责采集挡位, 加速踏板和制动踏板信息, 并根据转速或者车速信息, 发送扭矩命令给电机控制器和发动机ECU (也可用总线油门或者硬件油门信号) ;对于带有自动变速箱的车辆, 需要根据挡位和位置传感器由H桥电路控制离合器或者选档换挡执行器;对于串联式混合动力汽车, 通常需要控制发电机励磁或发电机扭矩需求。
发动机ECU的RAM设计为1-2MB, 单片机自身RAM通常难以达到, 需要另外用地址数据总线扩展, 可标定数万个浮点型变量和若干一维和二维MAP。S12X处理器RAM为64KB, 在标定变量不是特别大的情况设定某个RAM地址区域用于MAP和可调整参数标定, 通常使用CAN Calibration Protocol (CCP) 协议。
3.3 VCU软件结构
在codewarrior下新建工程文件project后, 手工代码完成硬件层驱动程序, 如CAN, AD, PWM等功能。控制策略部分通常采用Matlab Simulink中进行上层算法建模仿真调试, 其软件结构通常分为初始化和步进执行两部分。初始化不进入无限循环只需要执行一次, 而步进执行部分分不同的周期需要在无限循环中执行, 该周期需要在simulinkconfigue中设置且须和project中执行周期一致。然后利用Real-Time Workshop工具箱对上层算法进行自动代码生成。最后需要在Codewarrior集成开发环境中将生成的C代码形式的上层算法与手写代码进行拼接, 整合与调试, 编译连接之后生成在单片机环境下运行的可执行文件, 可通过串口或者CAN下载已经编写bootloader的VCU中。
4 结束语
以扭矩为切入点分析发动机和电机控制的共性从而扩展应用到混合动力汽车研发是本文的主要脉络。建立在Freescale S12X处理器平台的整车控制器可实现simulink算法生成代码, 并通过扭矩命令 (或者转化为发动机油门) 实现对电控发动机和电机的控制可以应用于混合动力汽车开发。
参考文献
[1]黄海燕.汽车发动机试验学教程[M].北京:清华大学出版社, 2009.
尴尬的混合动力汽车如何破题？ 篇5
新能源汽车是未来汽车的主要方向。在新能源汽车家族中，电动汽车主要依赖电池本身的成本和容量，但电量限制成为目前接受的障碍。混合动力是新能源汽车发展过程中一个无法回避的阶段，目前混合动力技术已经渡过了启动期，开始跨入成熟期，并在一些国家实现产业化和市场化。但是混合动力车型目前却被中国很多城市“抛之脑后”，市场定位变得十分尴尬。其原因主要在混合动力汽车领域丰田等车企已经占有绝对领导地位，自主品牌混合动力汽车公司基本没有超越的机会。要让混合动力汽车在中国市场化中破题，还需要企业对混合动力的技术革新，以及政府对混合动力汽车的重视。
混合动力汽车身份尴尬
新能源汽车家族中，纯电动、混合动力、氢燃料电池车各有千秋。在国家政策大力鼓励新能源汽车的当下，车企对现阶段较有市场优势的插电式混合动力车型热情涌动，但在各区域市场普及推广的执行层面，混合动力汽车开始面临各种难题。
上海市出台了相关政策，要求从2015年起，该市消费者购买新能源汽车，必须先提供充电桩安装证明才能上牌照，而这项政策在很大程度上堵住了混合动力汽车的销售。据称，上海市针对插电式混合动力车型的这种政策变化，始于去年底的一次讨论。2014年底，有一组统计数据显示，上海市购买插电式混合动力汽车的车主家里大多没有充电桩，95%以上的车主都在以传统汽油车的模式运行。因此有很多人指出，插电式混合动力汽车没有起到节能减排的效果，国家应该取消补贴。鉴于上海汽车牌照非常难于获得，“套牌论”和“煤电论”将混合动力汽车推上了风口浪尖。
北京市基于同样的出发点，至今也未将插电式混合动力汽车纳入补贴范围。目前，北京已经采取备案制替代此前针对新能源汽车销售、上牌、补贴等的《北京市示范应用新能源小客车生产企业及产品目录》（简称《目录》）。此前，北京市《目录》中只有纯电动车型，一直将插电式混合动力车型拒之门外。而改为备案制之后，北京仍不考虑将插电式混动车型纳入鼓励范畴。
同样，广州也出现了普通混合动力车型不能按照“节能车”的指标上牌的现象。今年2月份出台《广州市新能源汽车推广应用管理暂行办法》称，适用于该《办法》的新能源汽车是指列入工信部《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型》的纯电动车、插电式（含增程式）混合动力车及燃料电池汽车等。传统混合动力车型已不在其列。
为何这么多城市对混合动力汽车不太友好？
在一些人看来，混合动力只是汽车迈向“零排放”的纯电动时代中的一种过渡产物。在几年前，持这种观点的人不乏业内权威专家，以及政府有关部门的决策者，这也导致在我国新能源发展政策中始终将普通混合动力排除在外，而对纯电动车给予了扶持力度，希望绕开混合动力，直接跨越到纯电动车的阶段。
然而，随着近年来纯电动车在推广过程中遭遇到的种种尴尬，越来越多的人认识到，即使混合动力是种过渡产物，也是一种必然经历的阶段，而且这一阶段远比此前想象的要长得多！国家863“节能与新能源汽车”重大项目监理咨询专家组组长王秉刚就明确表示，混合动力是我国新能源汽车发展中绕不过的坎，这和几年其在公开场合几乎只谈纯电动车的态度形成鲜明反差。而来自工信部、发改委、科技部等相关部委的相关专家，也都对混合动力车在节能减排过程中的必要性予以“充分肯定”。
技不如人，担心“肥水流了外人田”？
说到混合动力技术，中国政策制定者必须要考虑中企潜在的竞争对手，这也是政策的基本出发点。
混合动力技术有多种，比较成型的是串联式，并联式和混联式。
其中串联式技术也就是我们常说的增程式电动车。这种模式车内只有一套电力驱动系统，包括电机、控制电路、电池，由电动机直接驱动车轮，发动机则用来于驱动发电机给电池进行充电。因为发动机并不直接驱动车轮，因此也不需要变速箱，相当于在普通的电动车上装载了一台汽油/柴油发电机。主要代表车型为宝马i3（可选装增程模块），雪佛兰沃蓝达（有隐藏的直接驱动模式），Fisker卡玛和奥迪A1e-tron。
并联式插电混合动力车内有两套驱动系统，大多是在传统燃油车的基础上增加电动机、电池、电控而成，电动机与发动机共同驱动车轮。车内只有一台电机，驱动车轮的时候充当电动机，不驱动车轮给电池充电的时候充当发电机。主要代表车型为奔驰S500插电版、比亚迪秦。
混联式插电混合动力与并联式插电混合动力一样，也有两套驱动系统，但不同的是，混联式有两个电机。一个电动机仅用于直接驱动车轮，还有一个电机具有双重角色：当需要极限性能的时候，充当电动机直接驱动车轮，整车功率就是发动机、两个电机的功率之和；当电力不足的时候，就充当发电机，给电池充电。混联式也称为串并联式，它可以最大限度地发挥串联式与并联式的各自优点， 丰田的Prius 系列的混合动力系统采用的就是这种工作方式。工作时，利用动力分配器分配发动机的动力：一方面直接驱动车轮，另一方面自主地控制发电。由于要利用电能驱动电动机，所以与并联相比，电动机的使用比率增大了。
为何业内人士对混合动力“平反”的同时，相关鼓励政策却一再爽约？一个可能的理由是，面对目前国内企业在混合动力技术方面的研发情况，对混合动力车给予补贴，会使以丰田为代表的跨国车企成为最大赢家，即所谓“肥水流了外人田”。
目前国内在销的混合动力车型中，仅有长安、比亚迪、荣威、一汽等个别品牌的几款车型，且从技术层面，目前只有比亚迪号称即将上市的“秦”具备与丰田抗衡的全混技术，而其他车型更多只是停留在串联式轻混或并联式中混层面。
而另一方面，丰田、本田等汽车企业已在混合动力技术研发上具备多年成熟经验，产品也在全球范围内经过了广泛验证。甚至在混合动力技术方面起步较晚的大众，也在法兰克福车展上宣布，只要市场需要，可以迅速组合出40种以上的混合动力和纯电动车型。在自主品牌缺乏混合动力产品的情况下，出台面向混合动力汽车的补贴政策，必然会使跨国汽车公司获益。
nlc202309081014
我们必须承认，在混合动力领域，日本比中国的技术要好，日本的技术甚至是全球混合动力企业中最好的技术。目前丰田、本田等日系车企的混合动力汽车已经实现了技术的稳定和产品的产业化，截至2015年末，丰田旗下混合动力车型普锐斯，全球销量已突破900万辆，混合动力汽车全球保有量就已经达到1200万辆。
在超过900万消费者的使用过程中，丰田的混合动力车型的可靠性与安全性也得到了充分的考验，丰田已在大约80个国家和地区销售共计19款混合动力乘用车和1款外插充电式混合动力车。与传统车辆实施同样的日常保修保养，而电池在安全性等方面完全符合全球各个国家和地区严苛的标准，也达到了与整车同寿命，不需要在使用中途更换电池。相对目前业界对纯电动车安全性的担忧，混合动力在这方面的表现也更为成熟。
真相：混合动力正在被市场快速接受
2016年2月，德媒公布了由德国汽车管理中心（CAM）评选出来的“十年以来汽车行业十大创新技术排行榜”。该榜单根据市场影响力、技术意义以及创新度等要素，对自2005年以来近8000项汽车新技术进行考量之后评选而出。我们看到在十大创新技术中，有4项目都是与混合动力技术相关。
特别是插电式混合动力的高增长让更多人关注了解到了这一类产品的优点。
以刚刚在国内亮相的沃尔沃S60L插电式混合动力车为例，它有效解决了消费者对新能源汽车的种种顾虑：不依赖充电设施，一箱汽油加一次充电，最大续航里程高达1000公里；大幅降低油耗，S60L插电式混合动力车百公里油耗低至2.1升。
德国奥迪公司推出的插电式混合动力车“A3etron”，这是以纯电动汽车和插电式混合动力车等马达驱动车型为对象的专用品牌“e-tron”系列的第一款产品。
宝马“i3”最初只有纯电动汽车，但宝马已经宣布，可选配增程装置（Range Extender），即成为混合动力车型。
现代于不久之前发布了2016款索纳塔插电式混合动力车。据悉，2016款索纳塔插电式混合动力车内部安装了9.8千瓦时电池，电量大约是标准索纳塔混合版的五倍，这样的电量标准使这款车型能够享受到美国最高的税收抵免。这款汽车在纯电动模式下大约能够行驶27英里（约合43公里），240V充电器的充电时间为3小时，120V充电器的充电时间为9小时，它的总行驶里程为600英里（约合966公里）。
美国高效传动公司（EDI）在今年1月宣布，公司即将量产的插电式混合动力SUV被命名为Energy，主要针对亚洲市场。EDI将自身描述成零排放、高校混动电力系统方案提供商的全球领导者。该公司制造SUV专门针对中国市场，搭载2.4升的发动机，为车辆提供能量。该车型提供全电模式，全电模式下车辆可以行使50千米，这使车辆可以符合中国政府新能源汽车的相关规定。
日本政府2010年提出“谁控制了电池，谁就控制了电动汽车”，并组织实施国家专项计划，在2011年已经投入5亿美元用于先进动力电池技术研究。日本把发展新能源汽车作为“低碳革命”的核心内容，并计划到2020年普及包括混合动力汽车在内的“下一代汽车”达到1350万辆，为完成这一目标，日本到2020年计划开发出至少38款混合动力车、17款纯电动汽车。
2016年，本田将在中国启动混合动力车的本地化生产。作为第一项举措，本田将在今年夏季推出混动版“雅阁”。按照计划，本田在中国的合资公司广汽本田将负责汽车的生产，关键组件（比如马达和电池）暂时将从日本进口。
当然，欧美日的汽车厂商致力于插电式混合动力车还是与这些国家的环保政策和人们的环保意识密切相关的。
比如欧盟在强化二氧化碳排放量规制，欧盟规定要到2015年要使“每家汽车厂商产品的二氧化碳排放量降低到每公里120克以下。从2012年开始已要求汽车销量的65%达到规制值，今后将分阶段进行强化，2014年达到80%，2015年达到100%。厂商如果达不到规定，会被处于高额罚款。如果1公里超过1克，会处以5欧元罚款，超过2克会处以15欧元罚款。预定2019年每超过1克，便处以95欧元罚款。通过单纯计算即可发现，到2015年，年产量为100万辆的企业如果二氧化碳排放量超过5克，将被处以9500万欧元的高额罚款。这对于企业而言，是关系到生死存亡的问题。
不仅是欧洲，日本也设定了到2015年度，使二氧化碳排放量达到1公里138克的标准。美国目前正在探讨强化企业平均燃效标准（CAFE）的法案，具体而言，就是到2015年使乘用车的二氧化碳排放量达到1公里152克。
中国：
混合动力车平台低，补贴还不确定
根据2012年出台的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020年）》之规定，新能源汽车是指采用新型动力系统，完全或主要依靠新型能源驱动的汽车，主要包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车及燃料电池汽车，混合动力汽车仅被归入节能汽车，并不被归为新能源汽车范畴。
众所周知，目前新能源汽车主要还存在续航里程短、充电时间长、配套体系不完善以及成本居高不下等直接制约其大规模产业化和市场化的问题。而从目前新能源汽车的发展现状来看，要想短时间内实现对上述这些问题的突破或解决，可能性并不大。
此前国家相关部门已经对我国混合动力技术的水平进行了相关调查，当然也看到一些不愿说出的事实。
比如目前我国汽车厂商研发、生产的混合动力汽车水平参差不齐，很多车型还只是普通燃油车的混电改装品而已，并没有严格按照混合动力的需要而重新设计燃油发动机，或至少没有把发动机作为一项专门的品种加以重视。业内专家指出，他们仅从国内一些混合动力车的燃油发动机排量和整个车重上就能看出个大概。
另外就是技术平台水平比较低。如果与外国成熟的混合动力平台相比，我国的技术平台真可谓是发展混合动力汽车的“致命短板”。据悉，混合动力汽车技术平台包括动力系统技术平台、底盘结构平台和储能系统平台。我国的混合动力汽车大多是在传统车上进行改装，无混合动力汽车专业平台化发展的概念。
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但是国外的车企则是率先对此进行了多年的研发，技术已十分出众。比如：以本田为代表的发动机与电机的耦合平台、美国Plug-in电动汽车APU与电机的耦合平台，以及丰田和通用为代表的变速器与电机耦合平台。在底盘结构平台化方面，国外很多整车厂都为电动汽车开发构建了全新的平台，比如Volt电动底盘、本田纯电动及Plug-in平台。
此外，核心的发动机也是我国的短板。从国外混合动力成熟产品如丰田普锐斯第三代产品、丰田雷克萨斯IS300h/GS300h，本田雅阁PHEV以及本田飞度、缤智的混合动力车型来看，皆配备的是专用的阿特金森循环发动机。
与传统的奥托循环发动机相比，阿特金森循环发动机具有一定的优势。比如说，阿特金森循环发动机具有极佳的部分负荷经济性，配合电动机能实现更高经济性。在汽车的起动与低速阶段，电动机低速扭矩大的特性恰好弥补了阿特金森循环发动机低速扭矩差的特性，而且阿特金森循环发动机的热效率高也能更好地满足此类环保车型自身的特点。因此，油电混合动力汽车的发动机采用阿特金森循环发动机已经成为先进混合动力车型的标志之一。而现在成熟的阿特金森循环发动机是丰田独立开发的。
再比如镍氢电池，全球约95%的传统混合动力汽车仍然使用镍氢电池。目前Primearth是全球最大的镍氢电池制造商，在全球混合动力车用镍氢电池市场上占有66.4%的份额。但是Primearth是丰田汽车公司的下属子公司。由于Primearth强劲的技术优势和大规模产能，其它镍氢电池制造商很难在短期内进入该市场。
从以上几点考虑，就知道混合动力汽车在中国遭遇尴尬是必然的。真正的混合动力车技术含量较高，价格高昂，在我国实现大批量生产有难度。目前我国混合动力车的制造成本要比同类型的传统汽车高出30%，而这仅靠采购控制、加强管理、设计优化等传统降低成本的方法是远远不够的。由于核心技术几乎都掌握的外企手中，贸然给予补贴肯定无益于国产混合动力汽车的发展。
更直接地说，在传统混合动力汽车市场，丰田等车企已经占有绝对领导地位，自主品牌混合动力汽车公司基本没有超越的机会。
当然，即使是这样恶劣的市场环境，我们还是看到一些试水者。比如最近，长安将与吉利集团共同投资科力远混合动力技术有限公司，双方将就新能源混合动力技术及动力总成研发展开合作。据悉，科力远是混合动力汽车电池及总成世界第三大供应商，云内动力则是我国多缸小缸径柴油机行业的国有控股上市公司。此次长安汽车与云内动力与科力远合作，目的就是能提高传统内燃机的燃油利用率，并与混合动力总成系统匹配，形成自主有竞争力的知识产权。
当然，混合动力汽车若要在中国实现产业化，还需要政策的扶持，这也是国际上通行的做法。虽然短期内国家尚无对混合动力汽车的明确补贴信息，但不排除在远期国家可能通过对混合动力车出台一些优惠措施，例如减免养路费、车辆购置税，或者直接现金补贴，但一个前提是中国的混合动力技术确实已经取得了较大的突破。
混合动力汽车结构类型解析 篇6
依据组成混合动力汽车的两个或多个能同时运转的单个动力传动系之间动力联合位置的不同, 混合动力汽车还具有串联、并联和混联三种基本的类型。
1串联混合动力汽车
串联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构, 其单个动力传动系间的联合是车载能量源环节的联合, 即非直接用于驱动汽车的能量的联合, 并同时向动力装置供能。典型的串联混合动力汽车动力传动系组成如图1所示。
串联混合动力汽车具有如下特点:
a.车载能量源环节的混合。b.单一的动力装置。c.车载能量源由两个以上的能量联合组成。
对应图1, 油箱、发动机、发电机与动力电池组共同组成车载能量源, 共同向驱动电机提供电能, 驱动电机和传动系组成单一的电驱动系统。
串联混合动力汽车实现了车载能量源的多样化, 可充分发挥各种能量源的优势, 并通过适当的控制实现它们的最佳组合, 满足汽车行驶的各种特殊要求, 例如, 采用发动机-发电机和动力电池组两种车载能量源的串联混合动力汽车即可满足汽车一定的零排放行驶里程, 同时通过发动机-发电机的工作为动力电池组进行补充充电, 延长了汽车的有效续驶里程, 为实现纯电动汽车的实用化提供了解决方案。
2并联混合动力汽车
并联混合动力汽车是混合动力汽车的一种基本结构, 其单个动力传动系间的联合是汽车动力或传动系环节的联合, 通过对不同动力装置输出的驱动动能的联合或耦合, 并经过相应的传动系输出到驱动轮, 满足汽车的行驶要求。典型的并联混合动力汽车动力传动系如图2所示。
并联混合动力汽车具有如下特点:
a.机械动能的混合。b.具有两个或多个动力装置。c.每一个动力装置都有自己单独的车载能量源。
对应图2, 发动机和电机驱动系统输出的机械动能经过动力耦合后输出到传动系驱动汽车行驶, 发动机具有自己独立的车载能量源———油箱, 电机驱动系统具有自己独立的车载能量源——动力电池组。
依据动力耦合方式的不同, 并联混合动力汽车具有单轴联合式、双轴联合式和驱动力联合式3种布置方案。单轴联合式机械动力的耦合是在动力装置输出轴处完成的, 传动系的输入为单轴, 如图3所示。发动机的输出轴通过离合器与电机的转子轴直接相连, 而动力电池组通过控制器的调节作用于电机定子, 实现了发动机与电机输出转矩的叠加。单轴联合式实现了把不同动力装置的机械动力输出一体化, 结构紧凑, 但电机要经过特殊设计。
双轴联合式机械动力的耦合是在传动系的某个环节中完成的, 通常称位于传动系中的这种耦合部件为动力耦合装置, 它具有两个或多个输入轴, 而输出轴仅有一根并直接与驱动轴相连。双轴联合式只是把不同动力装置的输出进行动力合成, 因此系统元件可选用已有的现成产品, 开发成本较低。
驱动力联合式机械动力的混合是在汽车驱动轮处通过路面实现的。由于具有两套独立的动力传动系直接驱动汽车, 所以在充分利用地面附着力方面具有优势, 通过合理的控制, 可大大改善汽车的动力性能, 但系统组成比较庞大, 控制复杂。
3混联式混合动力汽车
为优化动力传动系的综合效率, 充分发挥汽车的节能、低排放潜力, 在实际应用中, 混合动力汽车动力传动系并非单纯是简单的串联式结构或并联式结构, 而是由串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构, 即所谓的混联式结构。典型的混联式混合动力汽车动力传动系如图4所示。
在图4中, 混联式混合动力汽车动力传动系中具有两个电机系统, 即发电机和电机驱动系统, 兼备了串联混合动力车载能量源的混合以及并联混合动力机械动能的混合。
结束语
串联式混合动力汽车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。并联式混合动力汽车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。混联式混合动力汽车该结构的优点是控制方便, 缺点是结构比较复杂。
摘要：混合动力汽车具有节能, 排放低的特点, 是未来汽车发展的方向。简要介绍了典型混合动力汽车类型, 结构特点。
关键词：混合动力,串联,并联,混联
参考文献
[1]孙逢春, 何洪文.混合动力车辆的归类方法研究[J].北京理工大学学报, 2002, 22 (1) .
[2]高建平, 何洪文, 孙逢春.混合动力电动汽车机电耦合系统归类分析[J].北京理工大学学报, 2008, 28 (3) .
农用混合动力汽车 篇7
混合动力汽车 (HEV) 与传统汽车最大的区别在于它有多个动力转化装置, 能根据行驶工况的变化随时改变动力输出源, 以达到最佳的燃油经济性和排放性能。如何将多个动力源有效地耦合, 使HEV的各项功能得到充分发挥是一项关键技术[1,2]。目前国外HEV动力耦合装置的功能已经十分完备, 可以实现HEV所有的动力传递要求。相比之下, 国内关于动力耦合装置的研究较少, 当前HEV采用的动力耦合装置结构过于简单, 难以实现HEV的全部功能, 已经严重阻碍了我国HEV产业化的进程。
1 行星机构运动特性分析
本文研究的行星机构动力耦合装置由1组双行星齿轮机构、2组湿式多片离合器 (C1、C2) 和1组制动器 (B1) 构成, 如图1所示。行星机构有2个自由度, 通过离合器和制动器控制1个自由度, 最终实现整车动力的稳定传递。
1.1 动力耦合装置的机械连接
行星机构的太阳轮与发动机曲轴直接相连;行星架一端与电机转子相连, 另一端与离合器C1的主动部分相连;齿圈与制动器B1的可动部分相连, 制动器B1的固定部分与变速器壳体固连, 一旦制动器B1接合齿圈被制动, 转速即变为0;齿圈还与离合器C2的主动部分连接;变速器的输入轴与离合器C1、C2的从动部分相连, 只要离合器C1或C2接合, 动力耦合装置的动力就会传递到变速器输入轴上。行星机构动力耦合装置的机械连接情况如图1所示。
1.2 行星机构的动力特性
本文所研究的行星机构是双行星轮机构, 其转速特性和力矩传递特性如下。
1.2.1 转速特性
双行星轮行星机构各构件的转速满足下式:
ωR=ρ ωS+ (1-ρ) ωH (1)
ρ=zS/zR
式中, ωS为太阳轮的绝对转速;ωR为齿圈的绝对转速;ωH为行星架的绝对转速;ρ为行星机构的特征参数;zS为太阳轮齿数;zR为齿圈齿数。
为了更直观地表示行星机构3个构件的转速关系, 本文引入了虚拟杠杆作为分析工具, 如图1所示。行星机构的3个构件分别由3个纵轴表示, 纵轴上的坐标值表示3个构件的转速。无论行星机构的转速怎样变化, 代表3个构件转速的节点都在一条直线上, 这样, 已知行星机构任意2个构件的转速, 通过这两点作直线与第3坐标轴的交点即为第3构件的转速, 行星机构3个构件的转速点仿佛在一条“杠杆”上。
1.2.2 力矩传递特性
在忽略摩擦的情况下, 根据内力矩平衡和功率的平衡原理可知行星机构的3个构件的力矩满足下式:
式中, TS为太阳轮的内力矩;TR为齿圈的内力矩;TH为行星架的内力矩。
利用虚拟杠杆进行力矩分析时, 作用在行星机构各构件的内力矩相当于作用在虚拟杠杆上的“力”, “力臂”就是3个纵轴间的距离 (由行星机构的结构参数ρ决定) , 如图1所示。已知任意1个构件的内力矩, 就可以通过杠杆平衡原理求出其余2个构件的内力矩[3]。
1.3 行星机构动力耦合装置的运动方程
为了更方便地分析HEV的各种工作模式, 将行星机构动力耦合装置与相关部件的运动和力矩传递关系总结成如下方程:
太阳轮运动方程
行星架运动方程
齿圈运动方程
变速器运动方程
角加速度约束方程
式中, Te为发动机输出转矩;Tm为电机输出转矩;TV为变速器输入轴上的等效阻力矩;TC1为离合器C1传递的转矩;TC2为离合器C2传递的转矩;TB1为制动器B1的制动力矩;
上述方程与式 (2) 构成了行星机构动力耦合装置的运动方程。当HEV处于不同工作模式时, 方程将会蜕化成各种简洁形式。
2 HEV的各种工作模式
行星机构动力耦合装置能实现HEV的10种工作模式, 这里仅以最具代表性的电力变矩模式为例说明动力耦合装置的工作状态。
2.1 电力变矩模式分析
当车速较低且驱动力矩要求较高, 电机驱动力矩达不到要求 (如低速爬坡工况) 时, 或荷电状态SOC较低不能实现电机起步时, HEV进入电力变矩模式[4]。该模式是行星机构动力耦合装置最具特色的一种工作模式。
汽车处于起步阶段, 发动机转速一般在800r/min以上, 而此时车速为0, 变速器输入轴转速也要由0逐渐提升。传统汽车通过液力变矩器 (或其他形式的起步离合器) 来消除这一阶段的转速差, 但是液力变矩器在起步阶段要产生大量的热以耗散发动机的盈余功率, 这对于降低整车油耗和起步离合器的磨损很不利。电力变矩模式通过行星机构动力耦合装置使电机反转发电, 吸收发动机起步过程中的盈余功率, 这样既减少了整车能耗, 又有效地避免了产生热量带来的不利影响。
电力变矩模式要求动力耦合装置的离合器C2接合, 离合器C1和制动器B1分离, 如图2所示。动力耦合装置将发动机的动力分成两部分:一部分拖动电机反转发电, 另一部分驱动车辆行驶。发动机对太阳轮输出动力, 太阳轮带动行星架和齿圈转动。行星架带动电机转子反转发电, 并调节齿圈的转速, 齿圈以合适的转速和转矩通过离合器C2带动变速器输入轴驱动车辆以低转速、大扭矩行驶。
整个电力变矩过程中, 发动机的转速稳定在最低经济转速, 开始时齿圈与变速器输入轴的转速为0, 对应车辆静止状态;电力变矩模式结束时行星架转速变为0, 齿圈与变速器输入轴的转速得到提升, 这时汽车已达到一定的行驶速度, 如图2所示。
电力变矩模式的约束条件为
变速器输入轴的力矩来自离合器C2, 由上述方程得TC2=Te/ρ (ρ<1) , 即驱动力矩相当于把发动机转矩放大了1/ρ倍, 电力变矩的名称也由此而来[5]。
2.2 HEV的10种工作模式分析
用同样的方法可以得到另外9种工作模式各构件的运动状态。行星机构动力耦合装置通过离合器C1、C2和制动器B1的接合/分离控制实现动力传递的不同路径;动力源的各种工作状态实现了能量的不同流向, 两者配合共同实现了HEV的10种工作模式[6], 如表1所示。
注:○分离, ●接合。
3 动力耦合装置的模式切换控制
由表1可知, 当HEV处于某种驱动模式时, 行星机构动力耦合装置的离合器和制动器首先进入相应的接合状态, 以实现该模式动力传递路径的畅通, 动力源随即进入相应的工作状态, 最终整车实现了与行驶工况相适应的工作模式。对于行星机构动力耦合装置来说, 模式切换控制就是对离合器C1、C2和制动器B1进行控制。
3.1 动力耦合装置的控制要求
由表1可知:要求离合器C1接合的模式有7种, 当电力变矩模式向发动机驱动模式切换时需要控制C1的接合速度, 以满足整车舒适性的要求;要求离合器C2接合的模式有4种, 当电机驱动模式向发动机驱动模式切换时需要控制C2的接合速度;要求制动器B1接合的模式有2种, 当发动机倒车模式时需要控制B1的接合速度。
HEV工作模式切换时, 既要满足动力性要求又要满足舒适性要求, 行星机构动力耦合装置依靠离合器接合控制满足这两方面要求。
3.2 离合器的接合控制
湿式多片离合器采用液压远程控制, 接合过程中离合器传递的力矩与控制压力成正比, 文献[7]详细阐述了湿式多片离合器的控制压力与其传递力矩的关系。
离合器的接合过程如图3所示, 大致可以分为三个阶段[8]:第一阶段, 根据驾驶员加速踏板开度α和开度变化率
3.3 离合器的模糊控制策略
为了缩短离合器的接合时间, 同时兼顾驾驶员的操纵要求, 需要控制离合器接合第一、第二阶段的压力。本文采用模糊控制算法, 以驾驶员的加速踏板开度和离合器的主从动片转速等作为输入量, 计算这两个阶段的离合器控制压力。图4为离合器C1在第一阶段的初始压力模糊规则MAP图, 图5为离合器C1在第二阶段的压力变化率模糊规则MAP图。
当HEV模式切换时, 由加速踏板信号和主从片转速信号根据图4、图5得初始压力ps和压力变化率
式中, pcl为离合器的控制压力;T为离合器接合过程的时间历程。
离合器C2和制动器B1的控制压力的计算方法与离合器C1相似。
4 行星机构动力耦合装置的试验研究
在现有车型CFA6470E的基础上搭建了混合动力试验样车, 样车上搭载了行星机构动力耦合装置并将其模糊控制策略下载到整车控制器中, 完成了10种工作模式的测试, 图6所示为电力变矩模式向发动机驱动模式切换的试验结果。
试验中, 离合器的接合状态用电磁阀的占空比 (PWM) 表示, 对于离合器C1, 0表示完全分离, 60%表示完全接合;对于离合器C2, 0表示完全接合, 50%表示完全分离。HEV由电力变矩模式起步, 当车速上升至3m/s时, 切换至发动机驱动模式。
模式切换过程中, 离合器C1先根据加速踏板开度和踏板开度变化率查MAP图 (图4) 得到一个合适的初始压力ps (转化成占空比) , 然后根据加速踏板开度变化率和离合器的主从动片转速差查MAP图 (图5) 得到一个压力变化率
电力变矩模式完全符合前面的分析;模式切换过程离合器C1、C2的控制也按照预先制定的控制策略接合;由于发动机驱动模式下离合器C1、C2均接合, 动力耦合装置蜕化成一个刚体, 行星机构3个构件连同变速器输入轴以同样的转速转动。进入发动机驱动模式后车速随加速踏板开度的增大而迅速提升。
5 结语
动力耦合装置是混合动力汽车的关键部件之一, 关系到整车动力性和乘坐舒适性。行星机构动力耦合装置巧妙地利用了行星机构的两自由度结构, 并通过离合器和制动器限制了一个自由度, 实现了混合动力汽车10种工作模式的动力传递要求。试验测试表明, 行星机构动力耦合装置不但实现了混合动力汽车的所有功能, 在模式切换过程中, 在保证汽车动力性的前提下还有效地避免了冲击, 提高了混合动力汽车的舒适性。
参考文献
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[8]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.
混合动力汽车的传动结构分析 篇8
电动汽车是当前能满足“零排放”要求的首选方案。在我国大中城市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题, 电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具, 在市区内行驶, 电动汽车的能量效率比普通汽油机汽车高40%左右。电动汽车可以利用夜晚用电低谷时的富余电能充电, 可以平衡电网的负载, 提高电网能量的利用率。除此之外, 电动汽车还具有低噪声、低热辐射、易操纵和易维护等优点。
2. 混合动力电动汽车的概述
混合动力电动汽车是指以蓄电池与辅助动力单元共同作为动力源的汽车。从理论上讲, 内燃机的热效率在低速时偏低, 扭矩也较小, 而在中高负荷时效率较高, 但负荷再大时效率又会下降。如果车辆在低速时采用电动机驱动, 在高负荷时, 让发动机仍工作在中等负荷高效率区, 不足的功率由电动机提供, 就可以提高车辆燃油经济性, HEV (混合动力汽车) 就是采用了这种原理。较之传统燃油汽车和电动汽车, HEV增加了动力系统部件的种类和组合方式, 并根据使用工况对部件的工作方式进行了优化组合, 使各部件, 尤其是作为主动力源的原动机能够在最优工况下工作。
3. 传统驱动汽车与混合动力驱动的优点
(1) 传统汽车为了满足急加速、很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求, 装备的发动机的功率均相当大。
(2) 传统汽车发动机的设计要考虑多方面的要求, 混合动力系统中的发动机不要求过高的升功率和很好的动态特性, 可以按最高热效率的原则设计。与传统汽车发动机相比, 其燃油经济性有进一步的提高。
(3) 混合动力系统可以在汽车停车等候或低速滑行等情况下关机, 节省燃油。
(4) 混合动力系统电力驱动部分中的电动机能变作发电机工作。
电动汽车与燃油汽车的差别见表1。
4. 混合动力电动汽车的结构形式
根据动力系统的不同配置混合动力电动车分为如图1所示3类, 即串联式 (Series) 、并联式 (Parallel) 和分割式 (Split) 。分割式按其具体结构也可称为串、并联灵活驱动式。
4.1 串联式混合动力系统
串联式混合动力系统的工作原理如图1a) 所示, 由发动机 (内燃机) 带动发电机, 电能在控制器的调节下带动电动机而驱动车轮。发动机始终在热效率高而排放较低的单一最佳工况下运转, 单一工况运转也便于排气后处理装置始终保持高净化率。汽车低负荷运转时, 发动机发出的功率超过驱动汽车的需要, 多余的电能向蓄电池充电;高负荷运转时, 除发电机发出的电能外, 电池组提供部分电能;此外, 在城区较低车速行驶时, 为了实现零排放可关闭发动机, 汽车行驶功率全部由蓄电池来供给。
由于当汽车需要大动力时, 蓄电池提供了其中的部分功率, 所以汽车可选用较小的发动机, 但需要有大的电动机以提供全部驱动轮发出的驱动功率。串联式能量传递环节较多, 传动效率较低。
串联式适用于环保要求较高, 行驶车速较低的城区车辆, 如公共汽车。
4.2 并联式混合动力系统
如图1b) 所示, 发动机和电动机可以分别独立地向汽车的驱动系AAA动力。通常采用由发动机提供车辆的平均行驶功率, 由电动机提供峰值功率及低速低负荷工况的功率。
发动机通过机械传动直接驱动汽车时, 无机-电能量转换损失, 效率较高。因此并联式混合动力车的燃油经济性比串联式混合动力汽车高。
显然, 并联式混合动力可选用较小的发动机和电动机。若装备有发电机则可选用较小的发电机, 要求的电池容量也较小。
由于并联式的发动机运转工况随汽车运行的情况而变化, 发动机不可能在排放污染物最小的工况工作, 因此发动机的排放性能比串联式混合动力车要差。
并联式混合动力车比较适合于在城市间公路和高速公路上的复杂工况下稳定行驶。
4.3 串并联灵活驱动式混合动力系统
如图1c) 所示, 通过一种行星齿轮系统组成的动力分配装置, 将整个系统耦合在一起, 根据行驶工况灵活采取各种工作方法, 以达到热效率最高、排放污染最低的效果。一般控制策略为:起步或低速低负荷工况时, 关闭发动机由蓄电池电能驱动:一般行驶工况动力系统以串并联混合方式工作;大节气门加速或重负荷工况时, 动力系统除串并联方式工作外, 蓄电池也提供能量参加驱动;制动和减速时通过能量回收系统向蓄电池充电;停车时发动机自动关机;蓄电池充电由计算机控制其维持在一稳定的充电状态。因此串并联灵活驱动方式兼有串联和并联的特点, 但控制系统最复杂。
串并联混联式结构也可作为一种特例归到并联式结构中。
5. 串联式驱动系统与并联式驱动系统的比较
表2给出了串联式与并联式驱动系统在排放、用途、整车布置、价格及原动机等方面的比较。
6. 结束语
混合动力电动汽车一方面可以充分利用传统汽车的技术成果和工业基础, 另一方面, 可以有效减少排放、降低油耗, 是传统内燃机汽车向零排放电动汽车过渡的实用方案之一。混合动力电动汽车有串联、并联等多种结构形式, 各有各的优缺点, 适用于不同的地点、用途, 简单的说孰优孰劣是不妥当的。
参考文献
[1]史文库主编.现代汽车新技术.北京:机械工业出版社出版, 2004
[2]《汽车工程手册》编辑委员会编辑。汽车工程手册.北京:人民交通出版社出版, 2001.5
混合动力汽车油耗测试试验探析 篇9
在轻型车排放转鼓试验台上展开试验, 测试内容有CVS、转鼓试验台以及气体分析仪等, 为了测量车载电池的充放电量, 增加了配套的电流传感器和电力计。两个电流传感器都配备了电力计, 用来对动力电池中两根主导线的电流值进行测量。利用CAN总线信号可以读取和记录软件CanMoniter, 能够读取主电池里的数据。将两辆完全相同的混合动力汽车 (HEV) A和B拿来测试, 试验了循环工况NEDC1992 (ECE+EUDC) 将近20次。
2 试验结果规律分析
2.1 NEDC1992循环工况下的油耗
NEDC1992循环油耗试验是通过1个电流传感器主导线上的电流的。通过对电流的时间积分得到充放电量净值Q。一般来说按照GB/T19753-2005进行HEV油耗测试得到的Q值在0.2~0.3SA·h左右。进行试验认证时。厂家要向认证实验室提供拟合线的斜率。认证实验室中采用测得的Q值和斜率来修正测得的油耗值, HEV油耗试验需要通过2个NEDC循环来完成, 为了让初始的SOC靠近能让充放电净值和零接近的SOC, 会有一个较长的充放电调整过程。所以结束预处理时, SOC也会比较稳定, 这里的SOC也就是正式的测试步骤的初始SOC, 因此, 正式测试步骤Q值常常接近于零。NEDC1992循环工况油耗试验中主电池正负极导线电流的测量是通过两个电流传感器实现的。对导线电流进行时间积分, 得到Q1值和Q2值, 记为平均值Q。经过修正后的油耗值为3.93L/100km。
2.2 全国循环及北京循环工况下的油耗
按照该HEV车辆在北京等城市的速度试验数据, 构建了两个循环工况, 每个约为1200s。叫作全国循环和北京循环。图1表示的是燃油消耗量和Q之间的关系。运用最小二乘法来拟合线性, 得到了下图中的拟合线。经过修正后的燃油消耗量由拟合线和Y轴的交点来表示。全国循环修正后的油耗为4·4L/100km, 北京循环修正后的油耗为4·1L/100km。 (图1)
2.3 油耗修正处理方法分析
从测试数据的规律中可以看出, 在NEDC1992和其他的循环工况下, HEV的充放电能比较明显, 因此油耗试验需要把电能因素计入进去。它比测试传统汽车的过程要复杂。如果测试结束之后车辆主电池的SOC和测试开始的SOC一样, 就可以说CVS测试系统测得的油耗值为HEV实际的油耗值。但往往是试验结束时车辆主电池的SOC和测试之初的SOC不相等。
ΔSOC用Q来表示, 通过试验测出Q值和油耗值, 再结合Q和油耗间的关系来修正油耗值, 也就是计算当Q=0时油耗值的大小, 等价于理想中的油耗值。当“Q=-0”和“ΔSOC=0”等价时, 会使系统出现误差。因为电池在充电时和放电时它的能量转化效率都小于1。
在一次ECE循环试验中, 分别对ΔSOC、充放电净值、电流值进行了测试。
其中, 电力计测得Q值, Can2monitor测得ΔSOC。把ΔSOC作为X轴, Q作为Y轴。ΔSOC和Q之间的关系和线性关系比较接近。散点的走势没有经过原点, 而且还和原点保持着一定的距离。这表示“ΔSOC=0”并不等价于“Q=0”。规律线和纵轴的交点说明该车Q≈-0.17A·h。因此, 如果按照“ΔSOC=0”的标准来进行油耗修正, 修正后的油耗值不应该用规律线和Y轴的交点来表示。否则会低估油耗约0.1~0.2L/100km。
由于目前测算、读取和记录SOC还有一定的难度, 所以尽管采用充放电净值Q存在一些弊端, 但是它操作起来比较简单, 而且满足了工程应用中所需要的精度。
采用的测试循环不同, 则对非外接充电型HEV的油耗测量方法会产生不同的偏差。如果测试循环是两个连续的NEDC循环, 那么在测量HEV的油耗时, 它的偏差将会被放大1倍。测试循环的时间越长, 那么引入的偏差就会更大。
3 探讨补充修正步骤
由于难以预测HEV中的SOC, 因此需要采用充放电数据来建立SOC的映射。WP29法规只采用了一个参数, 就是充放电净值。如果采用两个参数, 充放电净值Q和放电累计值Q+来和SOC建立映射, 放电累计值Q+就能补充SOC变化情况的信息。进行修正计算时, 除了要补充修正斜率以外, 还要补充Q与Q+的关系。连续进行六次NED试验, 将最后四次数据的几何中心点和原点连线, 得到的直线就是修正指导偏移线。文中描述的HEV的图线实际上就是经过 (-0.17, 1.88) 和原点的直线。
厂家会向检测机构提交待测车型的信息和修正斜率信息。检测机构再进行油耗试验时, 除了使用WP29所规定的操作方法以外, 还会另外记录Q+的数据,
将这次试验的Q+数据和Q数据标示出来, 就能得到修正指导偏移值。再结合修正率计算出和修正指导偏移值相对应的油耗数据。也就是修正后的油耗值。这个方法的难度在于增加了油耗计算的步骤。
4 结语
总而言之, 采用电力计测量系统以及转鼓试验台测试系统, 能够实现非外接充电型HEV的油耗测试, 由于“ΔSOC=0”并不等同与“Q=0”, 所以油耗测试结果会和真实的值出现一点偏差。
参考文献
[1]钱国刚, 陆红雨, 阿部真一, 等.混合动力汽车能耗测试试验研究[J].汽车工程, 2006 (11) .
[2]王婷.混合动力汽车控制策略的优化研究[D].北京交通大学, 2009 (6) .
农用混合动力汽车 篇10
摘 要：随着汽车工业的发展，能源问题和环境污染问题的出现，人们环保意识的增强，使得汽车生产商越来越重视新型汽车的开发。目前世界各国都加大了对节能低排高效能汽车的研发力度，新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车，其中混合动力汽车同时具有传统内燃机动力的良好动力和电动汽车经济性新高的优点。本文将从动力性和经济性来对混合动力汽车进行研究。
关键词：混合动力汽车；动力性；经济性
作为汽车生产商而言优化自身产品是生存和发展所必需的，怎样使用户的汽车更加经济节能同时不失强劲的动力是汽车研发人员的主要目标。而混合动力汽车便是其中研究方向之一。现在我们针对混合动力汽车在动力性和经济性上进行探讨。
1 关于国内外混合动力汽车
2011年丰田公司最早开发了Prius插电式混合动力汽车。在德国，宝马公司在i系列汽车运用了混合动力，使得宝马汽车迈向新能源的大门。宝马i8由1.5升的三缸涡轮增压汽油发动机和电动机组成器动力系统。其发动机最大输出功率为70kW，最大输出扭矩力为320N·m，而电动机最大输出功率为96kW，最大扭矩我250N·m，两者同时运行时最大可产生266kW的输出功率和570N·m的最大输出扭矩。且百公里耗油仅2.5升。在纯电力驱动模式下，宝马i8续航里程为35km，最高时速可达120km/h。我国政府也十分重视混合动力汽车在中国的发展，很多自主品牌也研发了混合动力汽车。例如上海一汽生产的荣威500、大众自主开发的混合动力车型XL1等等。
2 混合动力汽车的动力性研究
汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度是评定一辆传统动力汽车的动力性能的标准。而混合动力汽车同时具备大功率电动机和大容量储能装置，在超车、拖载或爬坡时，发动机和电动机联合驱动，同时输出峰值功率以获得足够大的加速度，满足车辆在特定工况下的动力需求。
混合动力汽车在动力匹配上，通过将发动机/电动机动力参数、传动速比及主减速比进行合理匹配，并对两套动力源运行模式进行设定，以达到最优的整车性能，在满足动力需求的前提下提高整车的经济性。混合动力汽车的动力性能评价指标与传统汽车相同：最高车速、加速时间和最大爬坡度。
根据汽车理论车辆驱动力Ft=mgsina+mgfcosa+v+δm×，其中f为滚动阻力系数；a为坡度角；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积；v为车速；m为车质量；δ为汽车旋转质量换算系数。
表2-1为某品牌混动系列产品的整车参数，为下述动力性演算提供参考数据：
表2-1 整车参数表
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][总质量（kg）
传动效率（%）
迎风面积（m2）
发动机/电动机][1715
90
2.4][整备质量（kg）
风阻系数
车轮滚动半径（m）][1200
0.36
0.289][（49kW/6000r/min，82N·m/4500～5000r/min）/
（5.5kW/2200r/min，56.4N·m/2200r/min）]
结合上表参数，采用汽车理论功率平衡公式计算如下：
Pt=（mgsina+mgfcosa+v+δm）
式中，Pt为车辆驱动轮处的驱动率，等同行驶过程中各阻功率大小之和。
考虑整车传动系统效率，计算发动机与电动机需要提供的总功率P为：
P=Pt/η=（mg sina+mgf cos a+v+δm）
通过上述公式对混合动力汽车进行分析，得到整车动力性曲线图如下：
驱动力-车速图 加速时间 爬坡度图
由上可知合理的设定整车动力性参数，并通过理论计算分析来合理的选型混合动力汽车的动力源及传动系统，是混动车型动力性预研分析的有效方法。
在汽车市场已经投产的混合動力车型，拥有十分良好的动力性能：最高车速可达180公里/小时，百公里加速时间在10秒左右，最大爬坡度在30%左右。
3 混合动力汽车的经济性研究
混合动力汽车产生的目的是较少能源消耗，传统汽车有动力性好、 使用方便的优点。可传统汽车存在热效率不高和环境污染等问题，尤其是在保证高动力性的条件下传统汽车会设置较大的车辆单位质量功率，但在一般情况下汽车使用的都是中、低负荷工况，不仅热效率不高并且存在严重的污染问题。下面我们就混合动力汽车在节能经济方面进行初步的研究。
传统的内燃机汽车行驶时，汽车的启动在消耗相当大能量的同时也会产生较高的排放，在汽车被迫停车时发动机不会立即熄火，发动机会喷少量的油来维持发动机的低速运转，在城市道路中多次的停车制动过程中会消耗大量的能量。混合动力汽车就很好的解决了这一问题，它将能量和功率分开管理，在减速停车时，可将制动能量回收，同时怠速状态的发动机释放的能量转化为电能储藏起来，在必要时作为驱动汽车的动力。
混合动力汽车在动力分配上也有其独特的优势，通过控制汽车动力来源达到提高能源的利用率。在交通拥挤、时走时停的情况下，仅使用电力驱动，延长发动机的关闭时间，可实现完全意义上的节油，在电机不能满足动力需求的情况下可切换为发动机进行驱动。混合动力汽车控制动力来源的工作策略可以使经济性提高5%—10%。
目前电动机的效率大概在90%—95%，驱动效率在80%—85%，蓄电池的能量效率为55%—75%。混合动力车型通过储能装置能量的释放增加车辆的续航里程，以降低单位里程的燃油消耗。同时通过双模切换，将制动能量、怠速能量及时回收存储，避开不适合发动机运行的工况，综合多方面考虑，降低车辆使用过程中的能量浪费。
在仿真实验结果下，实验得到混合动力样车百公里耗油为5L，相比较传统汽车燃油经济性提高了37%，因此混合动力汽车具有较好的经济性能。
参考文献：
[1]刘乐.串联混合动力汽车建模与能源管理系统控制策略研究[D].吉林大学，2011：56-62.
[2]尚明利.混合动力汽车再生制动与稳定性集成控制算法研究[D].吉林大学，2011：23-25.
[3]彭志远.单电机ISG型AMT重度混合动力汽车能量管理策略研究[D].重庆大学，2012：33-36.
农用混合动力汽车 篇11
就控制来说, 需要明确的就是控制谁和如何控制的问题。针对PHEV汽车控制目标有[1]:更加理想的油耗、排放、成本以及操控性能。同时还需要考虑:如何使发动机工作在更理想的工作区域来保证很高的工作效率;如何减少发动机的动态波动使得发动机工作转速稳定;如何加入发动机的相关保护措施如开启关闭的控制、最低转速的控制等;如何加入电池的监控保护措施如使得电池工作在合理安全的电压、容量总保持在合理的状态灯;如何让模式选择更加合理例如城市拥堵区域的零排放模式等。
2 电辅助控制策略分析
电辅助控制策略利用电子系统控制精确快速的特点, 控制电动机, 在PHEV汽车行驶过程中, 辅助发动机保证汽车的动力性, 同时使电池的SOC在合理范围, 从而对车辆来说体现出理想的动力性、经济性和排放性。
图1为工作情况示意图。当SOC小于cs_lo_soc (最低SOC限值) , 工作扭矩小于发动机的最小输出扭矩, 此时发动机以最小输出扭矩工作, 超出部分用于对电池的充电扭矩。
图2指出了某镍氢电池的工作区和需主动充电区[2]。电池在PHEV工作室存在主动充电和被动充电, 主动充电就是发动机带动电动机进行充电, 而被动充电就是在制动过程中由于车辆惯性带动电动机对电池充电。
其中:Maximum Torque Envelope为最大扭矩曲线;Minimum Torque Envelope为最小扭矩曲线;Off Torque Envelope为发动机关闭曲线;Electric Launch Speed为发动机转速门限;SOC为电池的荷电状态 (State of Charge) 。
汽车启动和低速运行时, 开启纯电动模式, 降低排放和油耗;当工作扭矩小于发动机的最小输出扭矩, 此时发动机以最小输出扭矩工作, 超出部分用于对电池的充电扭矩;当所需扭矩大于发动机峰值扭矩的时候, 开启联合工作模式, 电动机提供峰值扭矩。工作过程中制动优先, 也就是优先判断是否有制动信号, 如果有制动信号即进入制动模式。
图4为在Matlab/Simulink中的仿真模型, 图中红色区域消耗电能、绿色区域为补充电能区域, 纯电动起步阶段和峰值功率阶段以及发动机关闭纯电动模式下电池放电, 在发动机工作扭矩富余以及制动模式下给电池充电[3]。
如图5是最小扭矩子模型图, 为保证发动机不在低效率区工作, 通过计算得到某速度下的最小扭矩, 同时判断SOC是否小于目标的SOC, 如果小于, 发动机输出扭矩用于充电, 如果不小于, 发动机不输出扭矩。
之前所计算出来需要的发动机扭矩必须在发动机的状态下才有意义, 发动机只在以下情况同时满足时启动: (1) 钥匙门接通时; (2) 当处于怠速工况时, 转矩过高、转速过快; (3) 车辆速度超过启动速度限值; (4) 需要转矩达到发动机启动转矩下限或电池SOC值低于规定值。
如果发动机迁移时刻运转变速器换挡时发动机也要继续运转, 防止换挡过程中发动机瞬间关闭。
3 总结
本文配合在Matlab/Simulink中的仿真模型, 对并联混合动力汽车动力系统的一种典型控制策略———电辅助控制策略进行了分析, 为并联混合动力汽车的控制策略优化研究提供了一定理论基础。
参考文献
[1]张欣, 郝小健, 李从心, 岑艳.并联式HEV电动汽车动力系统控制方式的仿真研究[J].汽车工程, 2005, 27 (2) :141-145.
[2]梁龙, 张欣, 李国岫, 王浩.并联式HEV电动汽车动力系统系统的仿真研究[J].北方交通大学学报, 2012, 26 (4) :57-62.
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