【正文】 于如下考慮：傳統(tǒng)汽車 中國比發(fā)達(dá)國家晚了幾十年；而電動車全世界還沒有大突破，我們現(xiàn)在開始研究，與發(fā)達(dá)國家站在同一起跑線上，完全可能后來者居上。而混合動力車的研發(fā)倒應(yīng)該是當(dāng)務(wù)之急。合資生產(chǎn)或者進(jìn)口混合動力車，估計很快就會被精明的生產(chǎn)商或經(jīng)銷商提到議事日程。 擬解決的主要問題 （ 1）進(jìn)行動力分配裝置 的研究。 汽車形式的選擇 軸數(shù) 選擇 汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。 本次設(shè)計選擇兩軸式。乘用車和總質(zhì)量小一些的商用車，多采用結(jié)構(gòu)簡單 、制造成本低的 42 形式。 本車型所采用的布置形式為前置 前 驅(qū) 。除些之外， 汽車的整備質(zhì)量相應(yīng)減少，這對提高比功率、比轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性有利。當(dāng)軸距短時，上述各指標(biāo)減小。對機(jī)動性要求高的汽車，軸距宜取短些。 前懸和后懸 前懸尺寸對汽車通過性、硬撞安全性、駕駛員視野、前鋼板彈簧長度 、上車和下車的方便性以及汽車造型等均有影響。 后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時的安全性、貨箱長度或行李箱長度、汽車造型等有影響，并取決于軸距和軸荷分配的要求。 整車整備質(zhì)量對汽車的制造成本和燃油經(jīng)濟(jì)性有影響。今后，塑料在汽車上會進(jìn)一步得到應(yīng)用。 汽車的軸荷分配 汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對支承平面的垂直負(fù) 8 荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。 汽車的驅(qū)動形式與發(fā)動機(jī)位置、汽車結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、車頭形式和使用條件等均對軸荷分配有顯著影響。 根據(jù)車架上平面線、前輪中心線、汽車中心線、地面線、前輪垂直線可以確定總布置草圖的基準(zhǔn)線。驅(qū)動橋的位置取決于驅(qū)動輪的位置，同時為使左、右半軸通用，差速器殼體中心線應(yīng)與汽車中心線生命。 而在乘用車布置中，在側(cè)視圖上常將傳動軸布置成 U 形方案，這樣做可以降低傳動軸軸線的離地高度。 因轉(zhuǎn)向器固定在車架上，其軸線常與轉(zhuǎn)向盤中心線不在一條直線上，為此用萬向節(jié)和轉(zhuǎn)向傳動軸將它們連接起來。 轉(zhuǎn)向搖臂與縱拉桿和轉(zhuǎn)向節(jié)臂與縱拉桿之間的夾角，在中間位置時應(yīng)盡可能布置成接近直角，以保 證有較高的傳動效率。同時，為了滿足主銷后傾的要求，貨車的前鋼板彈簧應(yīng)布置成高后低狀 ，后剛板彈簧布置在車架與車輪之間，應(yīng)該注意鋼板彈簧上的 U 形螺栓和固定彈簧的螺栓與車架之間應(yīng)當(dāng)有足夠的間隙 。 11 第 3 章 混合動力系統(tǒng)控 制策略 控制目標(biāo) 混合動力 控制策略是實(shí)現(xiàn)電機(jī)、發(fā)動機(jī)、電池和其他相關(guān)部件協(xié)調(diào)共同高效工作的關(guān)鍵。其他三種復(fù)雜的控制方法需要采集和運(yùn)算的數(shù)據(jù)量非常大，特別是要實(shí)時采集大量的發(fā)動機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)計算發(fā)動機(jī)的最佳油耗點(diǎn)和最佳排放點(diǎn)，并在運(yùn)行中實(shí)時跟蹤兩點(diǎn)數(shù)值的變化，使控制系統(tǒng)的軟件和硬件都過于復(fù)雜。所謂分布式是指設(shè)置獨(dú)立的整車控制單元，同時整車控制單元和各總成控制單元之間相互獨(dú)立 (至少在邏輯上 )。最后主控制器將控制信號發(fā)送給對應(yīng)的子系統(tǒng)的控制器，由各個 子系統(tǒng)的控制器完成對 相應(yīng)子系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。 低速小負(fù)荷行駛工況 在輕載或低速行駛工況，若電池 SOC 低于設(shè)定下限值 lowSOC_ ，發(fā)動機(jī)啟 動工作，并恒定工作在設(shè)定的某一轉(zhuǎn)矩，在驅(qū)動汽車行駛的同時，驅(qū)動電機(jī)給電池組充電 13 直到 SOC 達(dá)到平均值 aveSOC_ ；若 SOC 不低于設(shè)定下限值 lowSOC_ ，發(fā)動機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，電機(jī)單獨(dú)工作驅(qū)動汽車行駛。兩種 SOC 狀態(tài)下整車能量流動如圖 和圖 所示。 兩種 SOC 狀態(tài)下整車能量流動如圖 和圖 所示： 圖 soc 小于下限值時能量流示意圖 當(dāng) lowSO CSO C _? 時，加速和高速行駛工況判定的臨界條件： )( m ax?? edrive TT () 式中 driveT ——駕駛員要求的用于整車驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩， Nm； max?eT——設(shè)定的發(fā)動機(jī)最大工作轉(zhuǎn)矩， Nm： 16 圖 soc 大于下限值時能量流示意圖 減速制動工況控制策略 在減速制動工況下，根據(jù)電池 SOC 和整車制動轉(zhuǎn)矩需求，電機(jī)再生制動系統(tǒng)和機(jī)械制動系統(tǒng)可單獨(dú)工作或同時工作。動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定著部件的數(shù)量，種類以及系統(tǒng)的控制策略；動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的差異導(dǎo)致不同 HEV 的適用條件和使用要求各不相同。 混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 目前世界各國研制開發(fā)的混合動力汽車有不同的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其驅(qū)動系統(tǒng)的配置和組合方式（即能量合成的方式）不同，分為串連式（ Series Schedule,又稱 SHEV）、并聯(lián)式（ Parallel Schedule,又稱 PHEV）和混聯(lián)式（ SeriesParallel Combined Schedule）3 種組合方式。在發(fā)動機(jī)與驅(qū)動橋之間通過電動機(jī)實(shí)現(xiàn)動力傳遞，因此更像是電傳動汽車。 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動機(jī)固定在效率較高或排放物最少的工況點(diǎn)上，并可選用功率較小的發(fā)動機(jī)。常規(guī)并聯(lián)式 HEV 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示。 普遍討論的并聯(lián) HEV 工作模式是：低速時和純電動車一樣只有電動機(jī)接合（即電 19 驅(qū)動模式），發(fā)動 機(jī)只在較高車速時才開始工作。豐田 Prius 就是這個工作模式，豐田公司稱 Prius 是混聯(lián)式 HEV，但是從能量流動來看稱它為并聯(lián) HEV 可能更恰當(dāng)一些。其驅(qū)動系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)與電動機(jī)以機(jī)械能疊加的方式驅(qū)動汽車，但驅(qū)動電動機(jī)的發(fā)電機(jī)串聯(lián)于發(fā)動機(jī)與電動機(jī)之間。整車的工作模式由一個復(fù)雜的能量管理系統(tǒng)來控制。混聯(lián)式 HEV 對電池的依賴小， 20 兼具串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到熱效率更高，排氣污染最低的效果。 圖 常規(guī)混聯(lián)式 HEV 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 混和動力驅(qū)動系統(tǒng)總體設(shè)計 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定 本課題研究的混合動力控制系統(tǒng)是匹配到微型客車上的，而混合動力微型客車的行駛及整車性能與混合動力轎車相近，參考一些混合動力車型，主要有混聯(lián)和并聯(lián)兩種基本方案，混聯(lián)式方案實(shí)現(xiàn)了車載能源的多樣化選擇，能滿足車輛特殊的使用要 求，比如零排放行駛，再生制動能量回收等適合于行駛工況多變的市區(qū)車輛；并聯(lián)式方案實(shí)現(xiàn)了整個系統(tǒng)的高效率，優(yōu)化了發(fā)動機(jī)的工作特性，但不能徹底解決路面負(fù)載變化對發(fā)動機(jī)工作特性的影響排放特性的改善程度受到限制，適合于行駛工況變化平穩(wěn)的郊區(qū)車輛或高速公路車輛，故本課題采用的是混聯(lián)式結(jié)構(gòu)（如圖 所示），其動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、電池組、驅(qū)動電機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，它們在各自的電控單元管理下協(xié)同工作。 電能分配機(jī)構(gòu)的選擇 在無論哪種結(jié)構(gòu)，電流均能在驅(qū)動電機(jī)和動力電池間實(shí)現(xiàn)雙向流動，即電池放電驅(qū)動電動機(jī)，或電動機(jī)制動回饋 時給電池充電以實(shí)現(xiàn)能量的回收，提高系統(tǒng)效率，所不同的是發(fā)電機(jī)輸出電能的流向。 22 電機(jī)參數(shù)的選擇 所選電機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足汽車行駛的特點(diǎn)，具有較大的起動 轉(zhuǎn)矩，應(yīng)有 2～ 3倍或者更高的過載能力，以滿足汽車急加速的需要。 (1) 最高車速 maxv （ hkm/ ）確定的最大功率 ）（ m a x2Tm a xm1 AvCfv D?? ? （ ） 式中 f ——滾動阻力系數(shù)，取 f =； DC ——空氣阻力系數(shù) ,取 ?DC ； A ——迎風(fēng)面積（ 2m ） ,取 A=； T? ——傳動系效率，取 T? =； 1mP ——電動機(jī)所需的功率（ kw）； m —— 汽車滿載質(zhì)量（ kg），取為 1950kg； kWAvCfv D49 6 0 0P2m a xTm a xm1??? ）（? （ 2）根據(jù)最大爬坡度 (％ )確定最大功率 ) i nc os(3 60 02m a xm a x2 iDTim AvCmgm g fvP ??? ??? （ ） 式中 max? ——最大爬坡坡度 ,取 max? =176。例如變速箱仍采用 HFJ6350 的變速箱參數(shù)進(jìn)行計算。該電機(jī)作電動機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生驅(qū)動力，推動車輛前進(jìn)；車輛滑行或制動，該機(jī)發(fā)電運(yùn)行，發(fā)出電能給電池供電，將車輛動能轉(zhuǎn)換成 電能儲存在電池中； (2) 負(fù)載特性優(yōu)異，低速性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小、適應(yīng)電動車頻繁起動的需要，節(jié)省電能； (3) 電機(jī)及驅(qū)動器采用風(fēng)冷或水冷，溫度低，免維護(hù)、可靠性高，電機(jī)壽命長。 電池參數(shù)的匹配主要考慮以下三個原則： (1)電壓和電流范圍必須覆蓋電機(jī)的電壓和電流的工作范圍； (2)充放電功率范圍必須覆蓋電機(jī)驅(qū)動和再生制動的最大功率范圍； (3)電池能量滿足整車按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)工況行駛的要求。h 放電深度 型號 比亞迪 HD10Ah 比功率 200W/kg 能量密度 166Wh/l 電池質(zhì)量 外形尺寸 66100295 ?? 選取出各部件后，為了便于以后的學(xué)習(xí)與應(yīng)用，將改裝后的整車相關(guān)參數(shù)整理如表 所示： 表 改裝后整車參數(shù)表 總質(zhì)量 1452kg 軸距 最大裝載質(zhì)量 2102kg 輪距（前。根據(jù)式（ ）則： AhQ ? 若用 10Ah、 36V 鎳氫電池 則需要串聯(lián)的電池組為： 1036/360 ??N ； 需要并聯(lián)的電池數(shù)為： ? ，取 2 組； 電池攜帶的額定容量為： 20xx2 ???mQA但考慮到經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保，本次設(shè)計采用鎳氫電池。 表 驅(qū)動電機(jī)的參數(shù) 電機(jī)型號 交流感應(yīng)電動機(jī) 額定功率 30kw 額定轉(zhuǎn)矩 47N 參看開瑞優(yōu)翼 基礎(chǔ)車型基本參數(shù)和 RL6460 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，代入上式，我們可以計算出 RL6460 的電動機(jī)參數(shù)。當(dāng)然使用工況的不同，性能要求也不相同，最高車速取maxv為 141km/h，最大爬坡度為 %30 即可。 圖 采用不同控制策略時的能量流動形式 各部件選擇 混聯(lián)式混合動力汽車，動力系統(tǒng)部件的選擇不僅要滿足整車動力性的要求，還應(yīng)考慮延長電池使用壽命，控制策略實(shí)現(xiàn)的難易程度以及整車輕量化等因素。 進(jìn)而，車輛的整備質(zhì)量可以降低，而且性能更加完善，經(jīng)濟(jì)性更好，在動力性能方面接近和達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的水平，有害氣體的攤放更少，達(dá)到 ―超低污染 的標(biāo)準(zhǔn)要求。 綜上所述 ，三種不同的混合動力系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)與性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動機(jī)或電池，電動機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動力矩通過動力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動橋。 混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)既保留了內(nèi)燃機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械連接，也能提供并聯(lián)的驅(qū)動路線。由于并聯(lián)式 HEV 的發(fā)動機(jī)工況要受汽車行駛工況的影響，因此不太適合于市內(nèi)行駛，而更適合于在城市間公路和高 速公路上穩(wěn)定行駛。在再生制動或者高負(fù)荷運(yùn)行下（例如急加速）電動機(jī)又會接合。發(fā)動機(jī)與電動機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驅(qū)動又可以單獨(dú)驅(qū)動，電機(jī)既可以作電動機(jī)又可以作發(fā)電機(jī)使用，又稱為電動 ——發(fā)電機(jī)組。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的不足是：在兩次能量轉(zhuǎn)換中必然伴隨有能量損失，所以系統(tǒng)的綜合效率較低。發(fā)動機(jī)功率是以汽車某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行工況所需的功率選定的，當(dāng)汽車運(yùn)行工況變化，電動機(jī)所需的驅(qū)動功率與發(fā)動機(jī)輸出功率不一致時，由控制器控制發(fā)電機(jī)向電池組充電或使電池組向電動機(jī)放電，電池充電和放電電流大小由控制器根據(jù)電動機(jī)驅(qū)動功率的變化情況進(jìn)行控制。它的最大特點(diǎn)是其主動力源不再與后續(xù)的驅(qū)動系統(tǒng)（變速裝置，后橋至后輪）有直接的機(jī)械連接?；旌蟿恿﹄妱榆囕v有兩種或兩種以上的能源提供動力，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)的工作點(diǎn)，蓄電池的充放電特性，電壓等都會對車輛的燃油消耗和排放產(chǎn)生影響。本工況下臨界判定條件如下 ? ?echbrake TT arg? () 式中 brakeT ——駕駛員制動轉(zhuǎn)矩 ， Nm： echTarg ——電機(jī)再生制動轉(zhuǎn)矩 ， Nm； 本章小結(jié) 本章主要介紹了混合動力系統(tǒng)的控制策略，根據(jù)控制目標(biāo)確定了控制策略，分別從低速小負(fù)荷行駛工況，中速中負(fù)荷行駛工況，加速和高速行駛 等 工況 下， 詳細(xì) 論 述了各工況下的控制策略 ，通過對控制策略的研究，使整車混合動力系統(tǒng)與整車的匹配性更好，盡量使發(fā)動機(jī)及各總成部件在校優(yōu)特性下工作 。 加速和高速行駛工況 在加速和高速行駛工況，發(fā)動機(jī)和電機(jī)必須聯(lián)合協(xié)調(diào)工作，才能讓汽車獲得 良好的動力性能。 當(dāng) lowSO CSO C _? 時，的輕載行駛工況判定的條件是： m ina r g ??? TeeT c hT dr i v e () 式中 Tdrive ——駕駛員要求的用于整車驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩， Nm； eTcharg ——用于給電池充電的轉(zhuǎn)矩， Nm； min?Te ——設(shè)定的發(fā)動機(jī)最小工作轉(zhuǎn)矩， Nm； 圖 soc 小于下限值時能量流示意圖