【導(dǎo)讀】主要是設(shè)計一款低油耗、低排放。面對目前微型客車的市場狀況，展開混合動力微型客車的戰(zhàn)略。能量的回收和利用。文中從整體上闡述了混合動力汽車的工作原理及其控制策略。原車基礎(chǔ)上完成了混合動力汽車動力系統(tǒng)的設(shè)計。進(jìn)行動力性與經(jīng)濟(jì)性的驗算，并與。原有微型客車進(jìn)行比較，驗證混合動力各參數(shù)選擇的合理性和混合動力的優(yōu)越性。Keywords:HEV；HybridElectricBus；DrivingSystem；ParameterMatching；Control

　　

【正文】 以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速穩(wěn)定行駛時，則以并聯(lián)工作方式為主?；炻?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，以達(dá)到熱效率更高，排氣污染最低的效果。與并聯(lián)式相比，混聯(lián)式的動力復(fù)合形式更復(fù)雜，因此對動力復(fù)合裝置的要求更高。 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。串聯(lián)式布置優(yōu)勢在于它解放了熱機（內(nèi)燃機等），并聯(lián)式布置則保證了整車的動力性；而混聯(lián)式布置在性能上超過了前兩者，但它設(shè)計要求更高。 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)式方案實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的高效率，優(yōu)化了發(fā)動機的工作特性，但不能徹底解決路面負(fù)載變化對發(fā)動機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、電池組、驅(qū)動電機和發(fā)電機組成，它們在各自的電控單元管理下協(xié)同工作。 混聯(lián)式混合動力汽車 (PSHEV)是綜合 SHEV 和 PHEV 結(jié)構(gòu)特點組成的，如表 ，由發(fā)動機、電動／發(fā)電機和驅(qū)動電動機 3 大 動力總成組成 PSHEV 兼有 SHEV 和 PHEV的優(yōu)點，可以組合成更多種形式的混合驅(qū)動模式，能夠使發(fā)動機，發(fā)電機和電動機等 21 部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài) 。 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。因此，混聯(lián)式混合動力汽車最具影響力。 電能分配機構(gòu)的選擇 在無論哪種結(jié)構(gòu)，電流均能在驅(qū)動電機和動力電池間實現(xiàn)雙向流動，即電池放電驅(qū)動電動機，或電動機制動回饋 時給電池充電以實現(xiàn)能量的回收，提高系統(tǒng)效率，所不同的是發(fā)電機輸出電能的流向。不同的結(jié)構(gòu)適用于不同的控制策略：如圖 a）所示的結(jié)構(gòu)只適于恒溫器式控制策略，發(fā)電機只負(fù)責(zé)為電池充電；如圖 b）所示的結(jié)構(gòu)適于功率跟隨型控制策略，電池只在純電動模式和制動回饋時起作用，平時均由發(fā)電機輸出電流供電動機使用；如圖 c）所示的結(jié)構(gòu)中發(fā)電機輸出可以同時流向電池或電動機，此時電池能夠起到能量緩沖器的作用，彌補發(fā)電機與電動機之間的功率差異，使控制策略的實現(xiàn)更加靈活，在獲得更高系統(tǒng)效率的同時也能維持發(fā)動機始終工作在經(jīng)濟(jì)且排放較低的區(qū)域，綜合多種因素及微型客車的行駛工況，本設(shè)計采用恒溫器控制策略。 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，控制策略實現(xiàn)的難易程度以及整車輕量化等因素。需要確定的參數(shù)主要包括電機功率、輔助動力單元系統(tǒng)輸出功率、電池類型及容量等對整車動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性和使用壽命有顯著影響的參數(shù)。 22 電機參數(shù)的選擇 所選電機的機械特性應(yīng)滿足汽車行駛的特點，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。具體的電機參數(shù)應(yīng)根據(jù)整車性能要求計算確定。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。根據(jù)車輛功率平衡方程可得電機的所需功率 Pm 。 (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。； iv ——最大爬坡度的車速（ km/h），取 iv =25km/h； 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 ） ,A= m2； m —— 汽車滿載質(zhì)量，取為 1950kg； kWAvCfv iDi g s i nc o smg3600P2m a xm a xTm2???? ）（ ??? 對電動機要求的峰值功率必須滿足性能指標(biāo)下的最大功率 ,所以電動機的匹配峰 23 值功率為： ),max( 21m a x mm PPP ? （ ） 將樣車參數(shù)代入上述公式中可求得性能指標(biāo)下的最大功率分別為： ?m1P kw47 ， ? 可知驅(qū)動電動機的峰值功率 kwPPP mm ),m a x ( 21m a x ?? 電動機的額定功率應(yīng)該滿足整車動力性指標(biāo)中最高車速的要求即額定功率 kwPm 1 ??額 （ 3）根據(jù)加速性能要求，計算加速時間： 車輛從 hkm/0 加速到 km50 所需的時間，由： 測試加速性能，則： 2/ smtua ????? （ ） 式中 u——加速了時間 t 后的車速 50km。 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 的電動機參數(shù)。 計算時，在對其他傳動系統(tǒng)部件尚未選型的情況下，我們沿用原車型的部件參數(shù)。例如變速箱仍采用 HFJ6350 的變速箱參數(shù)進(jìn)行計算。計算結(jié)果參看表 、表 表 各檔位滿足最高車速時對電機的性能要求 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 電機轉(zhuǎn)速 3609(rpm) 3221(rpm) 2602(rpm) 1612(rpm) 1156(rpm) 車輛阻力 (N) (N) (N) (N) (N) 電機扭矩 (Nm) (Nm) (Nm) 42(Nm) 51(Nm) 電機功率 25(kw) 25(kw) 25(kw) 25(kw) 25(kw) 表 各檔位按平均車速 50km/h 運行時對電機的性能要求 1 檔 2 檔 3 檔 4 檔 5 檔 電機轉(zhuǎn)速 2491(rpm) 1983(rpm) 1658(rpm) 1193(rpm) 1062(rpm) 車輛阻力 (N) (N) (N) (N) (N) 電機扭矩 (Nm) (Nm) (Nm) (Nm) (Nm) 電機功率 (kw) (kw) (kw) (kw) (kw) 認(rèn)真的查閱相關(guān)資料，最終確定泰安泰山動力電機公司電動發(fā)電兩用電機技術(shù)資料及安裝圖，得到有關(guān)電機的數(shù)據(jù)，得到相關(guān)參 數(shù)表 表 泰安泰山動力電機公司電動發(fā)電兩用電機技術(shù)參數(shù) 功率 電池 轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn) 峰值轉(zhuǎn) 峰值功 電流 峰值電 重量 24 （ kw） 電壓 (轉(zhuǎn) /分 ) 矩（ Nm） 矩（ Nm） 率（ kw） （ A） 流（ A） （ kg） 10 72 1500 130 25 154 260 62 12 144 3500 70 25 180 62 15 144 3500 90 25 220 48 18 144 3500 49 120 40 270 55 20 144 3500 55 140 50 280 58 22 144 3500 60 150 56 320 62 25 144 4000 60 130 60 380 58 27 144 4500 57 130 65 380 62 30 333 4500 57 130 65 180 58 35 333 6000 55 120 70 210 62 40 333 3500 62 130 80 240 62 根據(jù)計算分析，查詢相 關(guān)資料，選擇電機的額定功率不小于 ，其具體參數(shù)如表 。 表 驅(qū)動電機的參數(shù) 電機型號 交流感應(yīng)電動機 額定功率 30kw 額定轉(zhuǎn)矩 47Nm 額定電壓 333v 最高轉(zhuǎn)速 6000 min/r 功率因數(shù) 最大功率 65kw 該電機的優(yōu)點很多 .主要特點如下： (1) 有一機兩用，節(jié)省空間節(jié)省投資，可靠性高。該電機作電動機運行產(chǎn)生驅(qū)動力，推動車輛前進(jìn)；車輛滑行或制動，該機發(fā)電運行，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，電機壽命長。 該電動機的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)圖，如圖 如下： 25 圖 電動機技術(shù)參數(shù)圖 電池的選擇 電池類型的選擇 對于混聯(lián)型的混合動力汽車，在運行期間需要對電池反復(fù)充放電，電池壽命和安全問題應(yīng)當(dāng)重點考慮，一般選擇適于反復(fù)充放電的鉛酸電池。但考慮到經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保，本次設(shè)計采用鎳氫電池。此外，電池容量的大小也要綜合考慮，容量大 可降低發(fā)動機在起步、停車及電池充放電的頻率，延長系統(tǒng)壽命，但容量大也就意味著體積和重量的增加，對動力性和經(jīng)濟(jì)性都不利，確定合理的電池的容量是系統(tǒng)優(yōu)化的一個重要參數(shù)，本課題初定電池組的容量為 hA?10 ，總電壓 v360 。 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。 電池數(shù)目選擇 純電動行駛平均車速設(shè)定為 50km／ h，良好平直路面，可計算出 ）（ 60 0P2oTom3 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=； 3mP ——電動機所需的功率（ kw）； 26 m —— 汽車質(zhì)量，取為 m =1950kg； bP ——電池輸出功率（ kw）； 將參數(shù)代入式 （ ） ，得 ?mP kw 總?3mb PP ? () o? ——電動機的效率，取 o? =： k? ——控制器的效率，取 k? =； 總? ——總工作效率， 總? = o? k? =； 3mP ——電動機所需的功率（ kw）； 將參數(shù)代入式 （ ） ，得 ?bP kw ?????????? 0t vSPPW bbo () 式中 bP ——純電動汽車以恒定速度 ov 所需的功率 ； oW ——電池攜帶的額定總能量 ； t ——純電動汽車持續(xù)運行時間，取 t =1； S —— 純電動汽車的續(xù)駛里程，取 S =50； 將參數(shù)代入電池攜帶的額定總能量為： kwhWo ? emo UQW ?? () 式中：mQ——電池的額定容量 (Ah)； eU——電池端 電壓； 考慮到電機外電壓，初步選擇電池端電壓為 vUo 360?。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 ???mQAh 則電池需要攜帶的總能量為 6 020 ?????emo UQWkw 表 鎳 氫電池參數(shù) 27 單塊電池電壓 36V 額定容量 10Ah 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