【文章內(nèi)容簡介】 化復雜時，發(fā)動機處于一特定經(jīng)濟區(qū)對車輛需求功率進行實時跟蹤，為避免蓄電池充放電損失，控制做到蓄電池能量的進出較小。模式5(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：車輛中等負荷，道路變化復雜時，當前蓄電池電量不足時，發(fā)動機處于一特定經(jīng)濟區(qū)工作，在滿足車輛需求功率和蓄電池有較佳充放電效率的前提下，對蓄電池進行電量補充。模式6(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：車輛制動時，電動機按照發(fā)電機模式工作，將車輛的動能回收并以電能的形式存儲到蓄電池中。該模式下，發(fā)動機不發(fā)電。模式7(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：車輛制動時，電動機按照發(fā)電機模式工作，將車輛的動能回收并以電能的形式存儲到蓄電池中。該模式下，發(fā)動機同時驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電并將電能存儲于蓄電池。模式8(離合器1，2均結(jié)合)：車輛制動時，離合器1保持結(jié)合，電動機按照發(fā)電機模式工作，將車輛的動能回收并以電能的形式存儲到蓄電池中。模式9(離合器1結(jié)合，離合器2分離)：由電動機快速啟動發(fā)電機至特定工況，發(fā)電機不工作。模式10(離合器1，2均分離)：車輛駐車和停車狀態(tài)下，當蓄電池電量不足時，發(fā)動機在特定的經(jīng)濟工作區(qū)驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電向蓄電池組提供電量補充。 混合動力電動汽車法規(guī)及標準 我國已經(jīng)或即將發(fā)布的電動汽車標準我國在純電動汽車的研究開發(fā)時，就意識到研究相關技術(shù)標準的重要性，混合動力電動汽車的產(chǎn)業(yè)化更需要標準的規(guī)范和引導?；旌蟿恿﹄妱悠囀菄H上最先得到規(guī)?；虡I(yè)應用的電動汽車類產(chǎn)品，技術(shù)趨于成熟，相應的技術(shù)標準也在不斷完善。因此科技部在“863”計劃中將“混合動力電動汽車標準研究與制定”立為專項課題。此項研究在2004年12月通過科技部驗收，前后歷時兩年，陸續(xù)共完成15項國家標準草案和2項標準研究報告，其中13項標準草案已經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會同意向國家標準化管理委員會報批(國家標準《電動汽車術(shù)語》在2005年初已經(jīng)正式批準發(fā)布)，包括針對混合動力電動汽車的標準6項，電動汽車共用的標準4項。在國外特別是日本、美國混合動力電動汽車開發(fā)和應用取得突出進展的情況下，科技部將發(fā)展混合動力技術(shù)明確為“十五”期間電動汽車研究和產(chǎn)業(yè)化的重點。為加快我國混合動力電動汽車產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，縮小與先進國家的技術(shù)差距，增強我國汽車工業(yè)在新技術(shù)領域中的競爭力，混合動力電動汽車標準的前期研究工作自2002年初啟動，針對標準制定的重點領域和技術(shù)路線在國內(nèi)相關企業(yè)和高等學校、研究機構(gòu)進行了較為廣泛和深入的調(diào)研，還進行了國內(nèi)外標準資料的收集分析等準備工作。在隨后兩年的研究中，對上述16項標準中的5項進行了修訂，又新制定了10項新的國家標準(其中6項是專門適用混合動力電動汽車的標準)，提出2項標準的研究報告，電動汽車標準體系進一步充實。我國已經(jīng)或即將發(fā)布的電動汽車標準目錄電動道路車輛用鉛酸蓄電池電動道路車輛用金屬氫化物鎳蓄電池電動道路車輛用鋰離子蓄電池電動道路車輛用鋅空氣蓄電池電動汽車安全要求第1部分：車載儲能裝置電動汽車安全要求第2部分：功能安全與故障防護電動汽車安全要求第3部分：人員觸電防護電動汽車動力性能試驗方法電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法電動車輛的電磁場輻射強度的限值和測量方法寬帶9kHz～30MHz1電動汽車定型試驗規(guī)程1電動車輛傳導充電系統(tǒng)一般要求1電動車輛傳導充電系統(tǒng)電動車輛與交流／直流電源的連接要求1電動車輛傳導充電系統(tǒng)電動車輛交流／直流充電機(站)1電動汽車用電機及其控制器技術(shù)條件1電動汽車用電機及其控制器試驗方法1電動汽車術(shù)語新制定1電動汽車用儀表新制定1電動汽車操縱件、指示器及信號裝置的標志電動汽車傳導充電用插頭、插座、車輛耦合器和車輛插孔通用要求2混合動力電動汽車安全要求2混合動力電動汽車動力性能試驗方法2混合動力電動汽車定型試驗規(guī)程2輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法2輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法2重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗方法2重型混合動力電動汽車排氣污染物測試方法2混合動力電動汽車綜合性能道路試驗規(guī)程 采用國際標準和國外先進標準在我國，采用國際標準和國外先進標準是指導標準化工作的重要原則，在混合動力電動汽車標準的研究與制定工作中也得到貫徹。相對而言，我國在汽車技術(shù)領域的基礎研究和技術(shù)開發(fā)水平與國外先進水平存在著不小的差距。盡管在電動汽車技術(shù)方面我國在著力改變這種局面，也取得了可喜的進步，但由于整體技術(shù)水平和工業(yè)基礎的限制，能夠在國際上有影響的技術(shù)創(chuàng)新還偏少。因此，充分借鑒國際上相對成熟的標準成果對于發(fā)展我國的電動汽車技術(shù)是有益和必要的。當然，將我國在技術(shù)創(chuàng)新上的成果更多地在標準中體現(xiàn)，甚至爭取向國際標準化組織提交，是我們追求的目標，盡管目前這種情況還不是很多見，但在混合動力電動汽車標準中已有良好的開端。在重型混合動力電動汽車的能耗和排放測試方面，少數(shù)國家有大型的整車排放轉(zhuǎn)鼓，而這種昂貴的測試條件對我國目前還不現(xiàn)實。在國外也缺乏成熟經(jīng)驗和規(guī)范的情況下，東風電動車公司等單位對各種可替代的方法進行了研究。其中，為在道路上進行能耗試驗，將中國汽車技術(shù)研究中心承擔的另一“863”項目“我國典型城市行駛工況”的研究成果“城市公交循環(huán)”作為測試循環(huán)之一采用，使得在標準中，有了針對我國城市道路條件的試驗方法，這是在制定汽車標準中的一大進步，得益于丌展了更深入的基礎研究。采用國際標準和國外先進標準并不是直接采用國外企業(yè)的標準。雖然越有技術(shù)實力的企業(yè)對各國乃至圖際標準的影響力越大，也在一定程度上反映技術(shù)發(fā)展的趨勢，但要成為大家公認的技術(shù)標雄，必須要經(jīng)過廣泛協(xié)調(diào)，綜合反映各方面的意見。在我們收集和借鑒的混合動力電動汽車標準中，包括國際標準(ISO)、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會法規(guī)(ECE)、歐洲標準 (EN)、美國汽車工程師學會(SAE)、日本電動車協(xié)會(JEVS)、美國電動車運輸應用協(xié)會(ETA)等國際性、地區(qū)性和各國行業(yè)性組織的標準或規(guī)范，特別是ECE、ISO、SAE對我國標準的參考作用更突出一些。 混合動力汽車關鍵技術(shù)混合動力汽車要進入實用化，需要具備高比能量和高比功率的能量存儲裝置，低成本、高效率的功率電子設備和燃料經(jīng)濟性高、排放低的發(fā)動機，需要解決的關鍵性技術(shù)問題包括以下幾個方面：混合動力單元技術(shù)、能量存儲技術(shù)、電力驅(qū)動系統(tǒng)和、混合動力汽車仿真技術(shù)和多能源總成控制策略。 混合動力單元技術(shù)混合動力汽車的動力可以同時來自熱力發(fā)動機和電動機。在混合動力汽車上，熱力發(fā)動機又被稱為混合動力單元，與傳統(tǒng)汽車發(fā)動機相比，其作用發(fā)生了變化。在并聯(lián)混合動力汽車上，混合動力單元通過傳動軸驅(qū)動車輪，同時電動機也承擔一部分驅(qū)動的功能，因而使得混合動力單元能夠采用尺寸更小、效率更高的熱力發(fā)動機；在串聯(lián)混合動力汽車上，混合動力單元驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，由于汽車的行駛與發(fā)動機沒有直接的聯(lián)系，因此混合動力單元也能夠采用小型高效的發(fā)動機，且其運行工況可以固定于較小的高功率區(qū)。當前，混合動力單元研究的主要對象是熱力發(fā)動機和燃料電池。在燃料的使用方面出現(xiàn)了很大的變化，除了汽油之外，還有天然氣、液化氣和酒精等代用燃料。要提高混合動力單元的燃料經(jīng)濟性，對混合動力單元必然提出更多的要求，例如要求混合動力單元能夠快速起動和關閉，并降低起動時的排放等?；旌蟿恿ζ嚨闹饕繕司褪墙档团欧?，所以，控制混合動力單元的排放將是今后研究的重點。 能量儲存技術(shù)目前運用于混合動力汽車上的能量儲存裝置主要還是高能蓄電池，雖然超級電容器、飛輪電池等新型能量儲存裝置也在研究開發(fā)范疇，但是近期最有希望進入實用化的還是高能蓄電池?，F(xiàn)在，鎳氫電池和鋰離子電池已可達到混合動力汽車的使用要求。鎳氫電池已廣泛地應用于電動汽車。鎳氫電池技術(shù)的關鍵是，其能夠儲存氫的合金應該是一種能夠穩(wěn)定地經(jīng)受無數(shù)次循環(huán)，反復使用的材料。鎳氫電池容量大，可以循環(huán)使用，主要缺陷是成本高，效率低，同時還需要控制氫的損失。鋰離子電池電壓高，能量密度大，有更高的功率，且充電時間短。目前鋰離子電池還處于實驗室階段，正在進行其基本性能和壽命的試驗。從發(fā)展看，能量儲存裝置的研究包括以下幾個方面：(1)研究電池內(nèi)部的連接、檢測、監(jiān)控以及便于將整個電池子系統(tǒng)安裝在汽車上的支撐機構(gòu)。(2)電池設計和制造方面的改進。要降低制造成本，改善電池的性能和提高壽命，要達到的目標是：使用壽命達到10年，至少循環(huán)使用l 2萬次。(3)電池的熱能管理及剩余電量管理。由于電池的工作溫度范圍不可能覆蓋汽車的工作溫度范圍，為了保證電池系統(tǒng)的統(tǒng)一，減少各電池單元之間的不平衡，需要一個有效的熱能控制系統(tǒng)。此外，電池的剩余電量直接影響混合動力汽車的經(jīng)濟性和排放，因此需要有效的測試方法和控制裝置。在混合動力汽車上，電動機的作用是將由發(fā)電機或儲能裝置提供的電能轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動車輪的機械能。與傳統(tǒng)汽車不同的是，電動機在低速時可以提供滿載轉(zhuǎn)矩，而發(fā)動機則必須要等到“暴跳如雷”時才能夠輸出滿載扭矩。這樣就使混合動力汽車具有出色的起步加速性能。此外，用于混合動力汽車的電動機還低噪聲、高效率，同時具有對電壓波動不敏感等性能。用于混合動力汽車的電動機類型有交流感應電動機、永磁電動機和開關磁阻電動機。目前具有代表性的是交流感應電動機，但這種電動機與生俱來就很難解決其功率和效率之間的矛盾。因此，需要研究出能夠用于混合動力汽車的，具有更高效率和功率密度的永磁電動機、開關磁阻電動機等先進電動機，以替代目前使用的交流感應電動機。同時對電動機的控制方法和冷卻系統(tǒng)的研究也應繼續(xù)深入。在研究和開發(fā)混合動力汽車的部件和選擇最佳結(jié)構(gòu)時，需要設計和制造者能夠很快縮小研究范圍，找到技術(shù)突破口。技術(shù)方案選擇階段，在系統(tǒng)選擇上，可依靠高效的建模工具計算機，通過交替使用候選的子系統(tǒng)進行模擬仿真，從而找到最佳的方案。計算機模型為每個候選子系統(tǒng)提供了詳細規(guī)格和設計參數(shù)，從而方便了設計者的工作，而且還有助于為設計和制造樣車制定工程目標和計劃。目前，國外用于混合動力汽車的仿真軟件很多，如SIMPLEV、CarSi、HVEC、CSM、HEV和VElph等，各大汽車生產(chǎn)廠家也有自己的仿真軟件。在眾多的汽車仿真軟件中，ADVISOR是專門為美國能源部混合動力電動汽車計劃而開發(fā)的混合動力汽車仿真軟件。ADVISOR可通過簡單的物理模型和經(jīng)過性能測試的各總成去建立實際的或想象中的汽車，其主要功能在于能夠?qū)€未制造的汽車進行性能預測，即能夠提供制造一輛汽車需要確定的性能參數(shù)，包括加速性和爬坡性能、燃料經(jīng)濟性以及排放性能等。而國內(nèi)目前還沒有較系統(tǒng)和成熟的混合動力汽車仿真軟件，因此，這也是我國汽車工業(yè)應該研究的一個方面?；旌蟿恿ζ嚺c傳統(tǒng)車輛相比最大的不同就是動力源的增加，這就導致了在混合動力汽車中能量流動方向的多樣性。多能源控制策略就是解決汽車行駛時所需要的能量和功率何時和如何由車上各種不同的動力總成來提供能量管理問題，也就是如何根據(jù)使用要求有效的利用不同類型的動力源，以達到節(jié)能環(huán)保的目的。控制策略是混合動力汽車的靈魂所在，因為其直接影響著能量在車輛內(nèi)部的流動，從而影響車輛的動力性、經(jīng)濟性以及排放指標。本章進行了對混合動力系統(tǒng)串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)方式的介紹，對每種布置方式的特點進行了分析。通過對城市客車的使用工況、環(huán)境以及技術(shù)條件的分析，確定了采用混聯(lián)方式的設計路線，兼有內(nèi)燃機車和電動汽車的優(yōu)點。第3章 混合動力城市客車動力系統(tǒng)設計世界范圍內(nèi)的車輛行駛工況(，)被分成三組：美國行駛工況、歐洲行駛工況和日本行駛工況并且以美國FTP(Federal Test Program)為代表的瞬態(tài)工況TDC(Transient Driving Cycle)和以ECE(Economic Commission for Europe)為代表的模態(tài)工況MDC(Modal Driving Cycle)廣為采用。世界各國采用的行駛工況主要來自汽車工業(yè)發(fā)達國家，同時這些國家仍持續(xù)地對車輛行駛工況進行修正和補充。 美國FTD不同類型的車輛有不同的性能要求，對于混合動力城市客車而言，其經(jīng)濟性和排放應優(yōu)于傳統(tǒng)客車，其他方面應與傳統(tǒng)客車一樣。由于受成本的和性能的制約，混合動力電動汽車在設計時必須按照目標行駛工況進行有針對性的設計，提出合理而又恰當?shù)恼噭恿π灾笜恕Ｍㄟ^十五“863”重大專項課題的研究，我國已經(jīng)制定出了典型城市公交車行駛工況。通過對該工況的統(tǒng)計分析。 典型城市公交車行駛工況 特征參數(shù)循環(huán)次數(shù)行駛時間行駛距離平均車速最高車速最高加速度最大減速度怠速時間怠速時間比例22628s60km/h762s%根據(jù)上述的統(tǒng)計分析，并參考其它混合動力城市客車性能指標同時結(jié)合城市區(qū)道路工況的特點提出本文的混合動力城市客車的動力性指標如下：1)最高車速≥65km／h；2)在車速為10km／h時，爬坡度≥15％；3)050km／h的加速時間30s；4)在車速為25km／h時，純電動續(xù)駛里程_40km。本文以6100傳統(tǒng)燃油客車為研究對象，將其改裝為混合動力城市客車。 整車主要參數(shù)參數(shù)參數(shù)值參數(shù)參數(shù)值長寬高（㎜）1020025003040整車整備質(zhì)量/㎏9300軸距（㎜）4900迎風面積/m2輪距（前/后）/㎜2030/1860風阻系數(shù)最大滿載質(zhì)量/㎏13500滾動半徑/㎜混合動力電機選用原則：電機驅(qū)動系統(tǒng)具有寬廣的調(diào)速范圍，有著與汽車行駛一致的動力特性。簡言之，低轉(zhuǎn)速時恒轉(zhuǎn)矩，高轉(zhuǎn)速時恒功率。最高轉(zhuǎn)速越高，在同樣的額定輸出功率下，轉(zhuǎn)速越高，電動機尺寸、重量越??；動態(tài)性能好——電動機應具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，使HEV具有良好的起動性能和加速性能，以獲得所需要的起動、加速、行駛、減速、制動所需的功率和轉(zhuǎn)矩。電動機具有自動調(diào)速功能，因此，可以減輕駕駛員的操縱強度，提高家是舒適性，并且能夠達到與內(nèi)燃機汽車加速踏板同樣的控制響應；為了減少汽車的非有效載荷，要求電機