【正文】 上述研究目的，將大幅度提高 我國(guó) 混合動(dòng)力卡車集成研究水平 ，從根本上 提高 我國(guó)混合動(dòng)力整車及關(guān)鍵部件的制造能力 ，這不僅需要 控制算法 和關(guān)鍵技術(shù)的 重要突破，而且也應(yīng)在算法的綜合運(yùn)用 與部件 集成優(yōu)化等方面有更多的創(chuàng)新。 我國(guó)的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)一直陷于“引進(jìn)、 落后、再引進(jìn)、再落后”的怪圈之中。 圖1— 1 為我國(guó)集裝箱的增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)。 從上我們可以看出，混合動(dòng)力汽車的研究和發(fā)展 ,對(duì)于解決環(huán)境污染和能源危機(jī)這兩個(gè)人類目前面臨的兩大難題能起到相當(dāng)大的作用。 混合動(dòng)力汽車近年來(lái)發(fā)展迅速，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化?？梢韵嘈?，在電動(dòng)汽車得儲(chǔ)能部件 —— 電池沒有根本性突破之前，使用混合動(dòng)力汽車是解決排污和能源問題最具現(xiàn)實(shí)意義得途徑之一。汽車 工業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，每年仍保持 12%14%的年均增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)到 2020 年底我國(guó)汽車保有量將達(dá)到 1億 3千萬(wàn)輛，如果采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，按最保守的估計(jì)， 2020 年僅各類汽車每年消耗石油將達(dá) 2 億 5,000 萬(wàn)噸，這將使我國(guó)石油總需求超過 4 億噸，因此，開發(fā)新型能源、節(jié)能、環(huán)保的車輛已關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展。 關(guān)鍵詞： 混合動(dòng)力 碼頭牽引車，驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)，車輛動(dòng)力性分析 ABSTRACT Hybrid electric vehicle developed rapidly in recent years and has achieved industrialization. Hybrid Electric Vehicle will be at least 30 years in the automotive industry are the most practical solution to energy and pollution problems. Lowspeed terminal tractor, since the frequent stops and idling time, resulting in poor fuel economy, emissions high. The development of hybrid terminal tractor, its fuelefficient vehicle emission reduction effect is more obvious than the other. In this paper, the use of motor vehiclerelated theory by puter simulation analysis to determine the hybrid electric terminal tractor driver parameters. The analysis and the simulation leading role is before carrying on expensive and the timeconsuming prototype experiment to physical system39。分析與仿真技術(shù)不僅可以節(jié)省大量開發(fā)費(fèi)用，而且提高了復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化水平。碼頭牽引車運(yùn)行速度低，起停頻繁，且長(zhǎng)時(shí)間怠速，導(dǎo)致其燃油經(jīng)濟(jì)性差，排放高。學(xué)校可以公布論文（設(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出 重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。研制成混合動(dòng)力碼頭牽引車后，其節(jié)油減排效果較其它車輛更為明顯。對(duì)于混合動(dòng)力研發(fā)，前期進(jìn)行方案選擇及參數(shù)匹配時(shí)，通過分析仿真能夠較快地進(jìn)行方案選擇及參數(shù)匹配，從而確定最優(yōu)方案和主要參數(shù)，并及早發(fā)現(xiàn)問題加以避免。s performance carries on the simulation analysis, the engineering design personnel may use it to appraise its design prehensively, and discovers in the design through it some questions, but these questions through the survey and the experiment are which is not easy to discover. The analysis and the emulation technique not only may save the massive development cost, moreover raised plicated system39。人們?cè)絹?lái)越關(guān)注其它燃料的汽車和電動(dòng)汽車得開發(fā)，電動(dòng)汽車成為最主要得選擇之一。 所謂混合動(dòng)力汽車（ HEV 或 HV）是在一輛汽車上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (Traction Motor)和輔助動(dòng)力單元（ Auxiliary Power Unit ,APU） ,其中 APU 是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前 HEV 所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)和燃汽輪機(jī)?；旌蟿?dòng)力汽車將至少在 30 年內(nèi)都是汽車工業(yè)最切實(shí)可行的 解決能源和污染問題的途徑 [1]。 集裝箱運(yùn)輸以其方便、安全、快捷的特點(diǎn)已成為貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展重點(diǎn)。 010203040506070801998 年 1999 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年 20xx 年單位：百萬(wàn) T EU0 . 0 %2 . 0 %4 . 0 %6 . 0 %8 . 0 %1 0 . 0 %1 2 . 0 %1 4 . 0 %1 6 . 0 %1 8 . 0 %2 0 . 0 %中國(guó)集裝箱吞吐量 占世界集裝箱吞吐量比 圖 1— 1 199820xx 年我國(guó)港口集裝箱吞吐量及占世界比 隨著集裝箱吞吐量的增長(zhǎng)，碼頭牽引車的需求也同步增長(zhǎng)，與其他汽車相比，碼頭牽引車的運(yùn)行工況有如下特點(diǎn)： 1) 速度低 碼頭內(nèi)的速度 30km/h, 在碼頭之間運(yùn)行 40km/h； 2) 不需要爬坡 碼頭內(nèi)部及碼頭之間幾乎沒有坡度； 3）怠速時(shí)間長(zhǎng) 多輛拖車排隊(duì)等候裝貨和卸貨期間怠速運(yùn)行（基本不停車），怠速時(shí)間超過 50%。在開發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的問題上，我們不能重蹈覆轍，應(yīng)多開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的部件和產(chǎn)品，尤其是關(guān)鍵部件方面。本課題的研究成果和所取得的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于建設(shè)高水平、高質(zhì)量 、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力卡車系統(tǒng) 具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值， 也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”走向“中國(guó)創(chuàng)造”的唯一途徑 。隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)很少采用，多數(shù)采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)應(yīng)用也得到重視，還可以采用特種電動(dòng)機(jī)為混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用不同的電動(dòng)機(jī)還可以組成不同的混合動(dòng)力汽車。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其電 能通過控制器直接輸送到電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)汽車。在繁華的市區(qū) ，汽車起步和低速時(shí)還可以關(guān)閉原動(dòng)機(jī)，只利用電池進(jìn)行功率輸出，使汽車達(dá)到零排放的要求。與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)相比，發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)汽車，其能量的利用率相對(duì)較高，這使得并聯(lián)式燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式的高。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。在這種 情況下，融合了傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)的混合電動(dòng)汽車在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)的熱點(diǎn)，混合電動(dòng)汽車的研究和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為當(dāng)前電動(dòng)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)。 與其他汽車相比，牽引車在集裝箱碼頭的運(yùn)行中由于速度低，不需要爬坡及怠速時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低效區(qū)，導(dǎo)致燃油利用率低，排放高等問題。 Volvo 重型卡車 20xx 年初， VOLVO 正式推出一套重車專用混合動(dòng)力系統(tǒng)“ ISAM”，應(yīng)用該系統(tǒng)可減少油耗 35%。 圖 2— 1 Volvo 采用的混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型 該車采用一臺(tái)渦輪增壓直噴式柴油機(jī)。 m，這樣就可彌補(bǔ)低速扭矩的不足，傳動(dòng)系統(tǒng)采用 AMT 變速器（手自一體變速器），離合器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間，電源由日立車輛能源生產(chǎn)的 48 個(gè)鋰離子電池單元組成（如圖 2 23 所示）。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 8 圖 24 ATLAS20 混合動(dòng)力系統(tǒng) 整車動(dòng)力系統(tǒng)為 的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)加額定功率為 的電動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率為 96kW（ 3000rpm）；發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)裝備在不同的驅(qū)動(dòng)軸上，這樣可以實(shí)現(xiàn)柴油動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的 單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；能量存儲(chǔ)系統(tǒng)采用 346V 鋰離子電池；配套使用 PTO（ Power Take Off：動(dòng)力輸出裝置）型并聯(lián)混合動(dòng)力復(fù)合裝置 [4]。本次計(jì)算取 ； G－ 汽車重力， G＝ mg， m－ 汽車質(zhì)量，滿載時(shí)為 80700 Kg； CD－空氣阻力系數(shù)，取 ； A－迎風(fēng)面積， ㎡； maxau － 最高車速，對(duì)于本車初定 滿載最高車速為 30 Km/h。 初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率及其它參數(shù) 由于車輛持續(xù)加速時(shí)間較短，所以一般情況下根據(jù)車輛的加速時(shí)間要求來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率。 可得空載最高車速為 40 Km/h 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 2560rpm，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可取為 ?maxmN 2600rpm。低速電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 較小，額定轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)子電流大，電機(jī)尺寸和重量較大，內(nèi)在損耗也較大。 由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，本車最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（傳動(dòng)軸處）為 mmazT =。 0 5 10 15 20 25 30 35 4000 . 0 50 . 10 . 1 50 . 20 . 2 50 . 30 . 3 50 . 40 . 4 50 . 5汽車行駛加速度U a ( k m / h )a(m/s.2) 圖 35 汽車行駛加速度 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 15 0 5 10 15 20 25 30 35 400102030405060汽車加速時(shí)間U a ( k m / h )t(s) 圖 36 汽車加速時(shí)間 由計(jì)算結(jié)果可知，滿載時(shí)車輛 0— 30Km/h 加速時(shí)間為 30s，現(xiàn)在還不能判定該驅(qū)動(dòng)電機(jī)能否滿足車輛加速時(shí)間要求，要等到具體加速時(shí)間測(cè)定后經(jīng)比較才能判斷。根據(jù)提供的原車資料，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1500 rpm時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩最大， mNTtqmaz .800?? 。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，碼頭牽引車的最大牽引力為 114000?tF N，最大爬坡度為 %18?i ，最大載荷為 Kgm 65000? 。設(shè)液力變矩器和變速箱的綜合效率 ??T? ，傳動(dòng)比為 gi ，則有： Tgtqmaztqmaz iTT ???? 即 Ttqmaztqmazg TTi ???? ＝ 由變速器 1 檔速比 ?gi 得此工況下液力變矩器的傳動(dòng)比為 ，此數(shù)值在重型汽車用液力變矩器的傳動(dòng)比的正常范圍內(nèi)。 電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 和過載系數(shù) ? 對(duì)加速時(shí)間的影 響 當(dāng)由最高車速確定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率一定時(shí)，影響車輛加速時(shí)間的參數(shù)就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 和過載系數(shù) ? 。 0 5 10 15 20 25 30 35 4000 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8汽車行駛加速度U a ( k m / h )a(m/s.2) 系數(shù)為 2 . 5 時(shí)的加速度系數(shù)為 3 時(shí)的加速度系數(shù)為 3 . 5 時(shí)的加速度系數(shù)為 4 時(shí)的加速度系數(shù)為 4 . 5 時(shí)的加速度系數(shù)為 5 時(shí)的加速度 圖 310 不同 ? 值時(shí)的汽車行駛加速度 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)生論文 19 0 5 10 15 20 25 30 35 400102030405060U a ( k m / h )t(s)汽車加速時(shí)間 系數(shù)為 2 . 5 時(shí)的加速時(shí)間系數(shù)為 3 時(shí)的加速時(shí)間系數(shù)為 3 . 5 時(shí)的加速時(shí)間系數(shù)為 4 時(shí)的加速時(shí)間系數(shù)為 4 . 5 時(shí)的加速時(shí)間系數(shù)為 5 時(shí)的加速時(shí)間 圖 311 不同 ? 值 時(shí)的汽車加速時(shí)間 由圖 311 可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? 由 變?yōu)?3 時(shí)，整車加速時(shí)間縮短明顯； ? 由 3 變?yōu)? 時(shí)，整車加速時(shí)間縮短較明顯，但不如 ? 由 變?yōu)? 時(shí)顯著；當(dāng) ? 繼續(xù)增加時(shí)，對(duì)整車加速時(shí)間的影響越來(lái)越小。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載系數(shù) ? 分別取 、 、 、 5 時(shí)整車的加速度曲線及 加速時(shí)間如下圖所示。這說明取過載系數(shù) ? 較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)于整車加速時(shí)間的縮短更有利。 重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)及車輛動(dòng)力性分析 重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī) B 的參數(shù)及其特性曲線 電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) 3?? ，過載系數(shù) 3?? 時(shí)的參數(shù)及特性曲線如下?？梢娺x用驅(qū)動(dòng)電機(jī) B 后車輛的加速時(shí)間大大縮短，加速性能明顯提高。 0 5