【正文】 為了使電池的電量維持在要求的區(qū)域內(nèi)，能量當(dāng)量還應(yīng)是電池的SOC的函數(shù)[40]。電池中的能量主要來自兩個部分，一部分是由發(fā)動機(jī)通過電機(jī)對電池的充電，另一部分來自回收的制動能量。在已知各個部件特性的情況下，為了考察電池的充放電效率，在實(shí)時控制策略中的一個重要參數(shù)就是電池中儲存的能量的比油耗，這里稱其為能量當(dāng)量。綜上所述，電動輔助控制策略的建模思想是在多數(shù)情況下，電池SOC 維持在它的中線附近，使電池電量保持充足，這樣對電池的壽命很有利。2. 這個附加轉(zhuǎn)矩可以避免發(fā)動機(jī)工作在低效率區(qū)域。圖41 電動輔助控制策略在ADVISOR 中實(shí)現(xiàn)的模型圖42 電動輔助控制策略模型中的minimum trq(Nm)模塊1. 當(dāng)電池SOC 低于SOC 最低值，附加轉(zhuǎn)矩從發(fā)動機(jī)傳出向電池充電。當(dāng)減速時，電機(jī)可以部分回收制動能并對電池進(jìn)行充電，回收的制動能儲存在電池中。以上所討論的情況都是基于行駛時所需要的扭矩小于發(fā)動機(jī)在給定的轉(zhuǎn)速所能提供的最大扭矩的假設(shè)下。與Toff(n)相同，Tmin(n)與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速存在著一一對應(yīng)關(guān)系。(4)當(dāng)電池的SOC小于SOClo時，由發(fā)動機(jī)工作，同時對電池進(jìn)行充電。用來對電池充電的扭矩的大小主要取決于電池的SOC，目前發(fā)動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)域時所提供的扭矩與所需的扭矩的差值，電池所能承受的最大充電電流等。其中Toff(n)與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速存在著一一對應(yīng)關(guān)系。最小車速被定義為電池的SOC的函數(shù)，以保持電池電量的平衡。因此在以下的敘述中將對電池的SOC分兩種情況進(jìn)行討論。 電動助力控制策略電動助力控制策略的出發(fā)點(diǎn)是盡量使發(fā)動機(jī)在效率較高的區(qū)域內(nèi)工作，并使電池電量維持在對電池效率和壽命有利的范圍內(nèi)。并聯(lián)式混合動力客車的控制策略目前還不成熟，需要進(jìn)一步優(yōu)化。這就意味著部分制動轉(zhuǎn)矩由電動機(jī)來提供，發(fā)動機(jī)由離合器被脫開。并聯(lián)式混合動力電動客車可以在純電動、純發(fā)動機(jī)、雙動力源和混合模式下進(jìn)行工作。混合動力客車的控制策略就是解決客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的能量管理問題，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(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。因此，制定切實(shí)可行的控制策略，對于整車方案設(shè)計(jì)十分重要。第四章 并聯(lián)混合動力中型客車動力總成控制策略 概述混合動力客車的控制策略決定整車的參數(shù)匹配，對客車的燃油經(jīng)濟(jì)性影響很大。根據(jù)對YTK6605QHEV設(shè)計(jì)的動力性指標(biāo)，在理論和實(shí)踐相結(jié)合的條件下，針對各個動力總成部件的參數(shù)選擇原則和方法進(jìn)行了詳細(xì)說明，并提出了部件參數(shù)的計(jì)算公式。另介紹了ADVISOR軟件中的各客車總成模塊，制定了并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的動力性指標(biāo)。并且通過比較分析確定了并聯(lián)混合動力系統(tǒng)各部分的選型。 圖316 變速箱降檔表 圖317 變速箱升檔表圖318 變速箱換擋表 本章小結(jié)本章主要介紹了并聯(lián)混合動力客車動力總成選型，動力目標(biāo)的制定、動力參數(shù)的選擇以及對應(yīng)的ADVISOR軟件中各總成模塊。根據(jù)一般汽車傳動比大致符合如下關(guān)系：得到各檔位傳動比為：，1。由于PHEV在啟動和低速時一般由電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，而當(dāng)電池荷電狀態(tài)(SOC)過低時又只允許發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動，所以最大傳動比應(yīng)根據(jù)電動機(jī)和發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動時的最大爬坡度要求來設(shè)計(jì)，即其中，為最大傳動比，為最大爬坡度，為動力源最大轉(zhuǎn)矩。另外，發(fā)動機(jī)在最高車速時還應(yīng)能發(fā)揮其最大功率，所以還應(yīng)滿足其中，為發(fā)動機(jī)最大功率點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。為發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速。PHEV的最小傳動比應(yīng)從滿足車輛最高車速的要求來選擇。綜上所述得到電池參數(shù)如表36：表36 Ovonic60AhNIMH電池參數(shù)電池容量/電壓60Ah/12V電池塊數(shù)18電池外形尺寸385mm *102mm * 119mm重量（kg）冷卻方式風(fēng)扇開啟溫度風(fēng)冷35Ovonic鎳氫電池(NIMH)模組的一些技術(shù)指標(biāo)如圖311至圖315。計(jì)算得到：W=，n≥由此蓄電池選用仿真軟件中自帶的Ovonic 60Ah NiMH HEV battery，額定電壓12V。另外，電池總電量也要滿足汽車連續(xù)加速和爬坡時電動機(jī)做功的需求，即電池在SOC工作區(qū)內(nèi)所能提供的電量必須大于電動機(jī)持續(xù)做的總功。綜上所述，得到電動機(jī)參數(shù)如表35所示：表35 電動機(jī)參數(shù)電動機(jī)額定功率/電壓 30kW/216V電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速/最高轉(zhuǎn)速2200rpm/9000rpm電動機(jī)的效率曲線如圖310:圖310 西門子30KW電動機(jī)效率曲線圖 YTK6605QHEV電池參數(shù)的選擇電池是用來向電動機(jī)提供電力功率的，所以它必須滿足電動機(jī)工作的要求。采用高速電機(jī)，為達(dá)到車輛實(shí)際行駛車速要求，就要經(jīng)過多級減速，結(jié)果增大了整車動力傳動系的尺寸，另一方面，增大β值會使車輛驅(qū)動軸扭矩和齒輪應(yīng)力增大。具有較大β值的低速電機(jī)有更高的額定轉(zhuǎn)矩[32]。由此選擇西門子公司的交流感應(yīng)電動機(jī)，功率為30kW，工作電壓為216V。由表32的動力性指標(biāo)要求得到如下計(jì)算公式：即使車輛達(dá)到95km/h時，所需要的功率： (33)計(jì)算得到：=2. 加速功率需求 滿載汽車在平路上行駛，從靜止起步加速至速度Vn=50km/h時，汽車所需功率： (34)計(jì)算得到：= ，可在6%的坡度上持續(xù)以40km/h行駛。 YTK6605QHEV電動機(jī)參數(shù)的選擇◆電動機(jī)額定功率選擇在雙軸并聯(lián)混合動力汽車上，電動機(jī)主要是作為功率均衡裝置，為車輛提供加速功率和爬坡功率，即通常所說的峰值功率，因此其功率參數(shù)的選擇要依照車輛具體的加速性能和爬坡性能要求而定。選取的發(fā)動機(jī)具體參數(shù)如表34所示：表34 發(fā)動機(jī)參數(shù)額定功率/轉(zhuǎn)速54kW/5000rpm 最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速134Nm/3000rpm 圖38 發(fā)動機(jī)萬有特性曲線圖 圖39 發(fā)動機(jī)效率曲線圖在客車設(shè)計(jì)與開發(fā)工作中，需要根據(jù)發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線來分析發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性。最后得到發(fā)動機(jī)總功率需求約為P=52kw。除了車輛行駛需求的功率外，發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輛勻速行駛時還應(yīng)有一定的為電池充電的功率余量10%左右以及附件功率(特別是有空調(diào)時)。結(jié)合YTK6605Q的實(shí)際情況，確定的取值要求為: (32)因此，本文取=75km/h時，計(jì)算發(fā)動機(jī)的功率。若取 =，顯然發(fā)動機(jī)的功率取值偏大，因?yàn)閷?shí)際上車輛很少以最高車速行駛。A為迎風(fēng)面積m2 。f為滾動阻力系數(shù)。 m為汽車質(zhì)量kg。通常，并聯(lián)混合動力汽車都要求具有與普通汽車相近的動力性能，并且續(xù)行里程不受電池組容量限制，因此都可歸類為助力型HEV，而對助力型HEV發(fā)動機(jī)最大輸出功率的取值一般要依據(jù)車輛勻速行駛時的功率需求，即: 　 (31)式中，為發(fā)動機(jī)功率kw。圖36 變速器總成模型 YTK6605QHEV動力傳動系參數(shù)的選擇 YTK6605QHEV發(fā)動機(jī)參數(shù)的選擇混合動力客車發(fā)動機(jī)功率Pe與電動機(jī)功率Pm之間存在如圖37所示關(guān)系。因此，對混合動力客車選用AMT能夠更好地發(fā)揮整個系統(tǒng)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳性能。AT在車輛低速或起步時機(jī)械能損失大，不適合頻繁起停的公交客車。其頂層模塊的實(shí)現(xiàn)如圖35所示：圖 35 蓄電池總成模型 并聯(lián)混合動力客車變速器選型變速器目前主要分為機(jī)械式手動變速器—Manual Transmission(MT)、機(jī)械式自動變速器—Automatic Manual Transmission(AMT)、自動變速器—Automatic Transmission(AT)以及無級變速器—Continuous Variable Transmission(CVT)。Advisor仿真軟件共有四種不同的蓄電池模型，分別為RC模型、Rint模型、Fundamental Lead Acid模型、neural network模型。對于本文將采用技術(shù)較成熟的NiMH動力電池組為研究對象。由于動力電池涉及固液氣三相反應(yīng)，是一個非常復(fù)雜的非線性電化學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)建模和特性描述成為混合動力汽車性能仿真和控制策略設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。能量回收制動(Regenerative breaking)對提高混合動力客車的總效率是非常有意義的，混合動力客車要求儲能裝置應(yīng)在長時間內(nèi)能夠接收制動功率(例如2分鐘)，為使儲能裝置不致太重，要求其應(yīng)具有比較高的比功率和比能量。綜合多種已有的模型架構(gòu)，建立如下總成電機(jī)模型，如圖34。本文選擇技術(shù)成熟交流感應(yīng)電機(jī)作為電驅(qū)動系統(tǒng)。考慮到技術(shù)成熟度，交流感應(yīng)電機(jī)成了混合動力客車的主要選擇。交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)非常適合應(yīng)用于混合動力客車傳動系。目前混合動力客車使用的電動驅(qū)動系統(tǒng)主要有直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)和交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)兩種[27]。圖32 發(fā)動機(jī)總成模型圖33 發(fā)動機(jī)總成模型中的燃燃油消耗和排放計(jì)算模塊 并聯(lián)混合動力客車電動機(jī)選型在混合動力客車應(yīng)用中，電動機(jī)的選用原則為：(1)高性能、低重量和小尺寸；(2)在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)有較高的效率；(3)電磁輻射盡量小；(4)成本低?；贛atlab/Simulink 平臺建立的發(fā)動機(jī)模型主要通過包括發(fā)動機(jī)控制模塊、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速計(jì)算子模塊、燃油消耗和排放計(jì)算模塊、發(fā)動機(jī)散熱模型等來建立發(fā)動機(jī)總成模型，如圖333。串聯(lián)并聯(lián)綜上所述，對于并聯(lián)混合動力客車，應(yīng)用目前技術(shù)成熟的先進(jìn)四沖程發(fā)動機(jī)并做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)不失為最佳選擇。串聯(lián)四沖程汽油機(jī)和柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)：(1)技術(shù)成熟 (2)熱效率高缺點(diǎn)：排放較差、噪聲和振動大。串聯(lián)斯特林發(fā)動機(jī)優(yōu)點(diǎn)：具有高的效率、低排放和低噪聲性能。(2)排放水平低、通過使用后處理器或者采用催化燃燒室還可達(dá)到準(zhǔn)零排放水平。 (2)最小燃油消耗率較高，達(dá)到了300360g/kwh缺點(diǎn)： 排放較高。表33列出了各自的特點(diǎn)與使用動力總成方案[25]。另外還要考慮發(fā)動機(jī)的噪聲和振動、可靠性、使用壽命、維護(hù)成本、運(yùn)行成本以及安全性能等因素。另外，對于所開發(fā)的并聯(lián)混合動力客車，為達(dá)到車輛的節(jié)能和低排放目標(biāo)，要控制發(fā)動機(jī)工作在高效區(qū)，即在低負(fù)荷由電機(jī)提供驅(qū)動功率，發(fā)動機(jī)關(guān)閉；在高負(fù)荷(發(fā)動機(jī)滿足不了整車需求)時，電機(jī)參與工作等。 并聯(lián)混合動力客車發(fā)動機(jī)選型選擇混合動力客車用發(fā)動機(jī)時，首先要考慮的就是滿足汽車性能要求的發(fā)動機(jī)尺寸與額定功率問題。整車模型如圖31，包括克服滾動阻力模塊、克服坡度阻力模塊、克服空氣阻力模塊、克服加速阻力模塊。模型首先根據(jù)需求的加速度計(jì)算需求的牽引力，然后根據(jù)車輪輸出的牽引力來計(jì)算可以輸出的加速度。表31 YTK6605Q整車基本參數(shù)參數(shù)參數(shù)值整備質(zhì)量(kg)3285迎風(fēng)面積(m2)空氣阻力系數(shù)外形尺寸：長*寬*高(mm)5995*2240*2730軸距(mm)3300軸荷分配 前/后(滿載)1622/2870軸荷分配前/后(空載) 1190/2105變速器速比，：R：排量(L)標(biāo)定功率(kw/rpm)75/3200最大扭矩(Nm/rpm)245/﹤2200最高轉(zhuǎn)速(rpm)3200驅(qū)動橋速比滾動阻力系數(shù)規(guī)格車輪半徑綜合考慮本課題的各種因素，參考傳統(tǒng)客車和目前中型客車的運(yùn)行狀況以及道路條件提出YTK6605QHEV預(yù)期達(dá)到的動力性指標(biāo)如表32：表32 YTK6605QHEV預(yù)期動力性指標(biāo)參數(shù)參數(shù)值最高車速95km/h最大爬坡度20%050km/h的加速時間15s20km/h行駛的純電動續(xù)駛里程40km6%的坡度上持續(xù)行駛速度40km/h 并聯(lián)混合動力客車動力總成選型混合動力客車動力總成主要包括以下部分:發(fā)動機(jī)、儲能元件、動力電機(jī)及控制系統(tǒng)、變速器以及動力合成裝置等，本節(jié)主要根據(jù)混合動力汽車的工作特性要求對動力元件的選型方案進(jìn)行分析。為了充分發(fā)揮HEV的優(yōu)勢，本章主要是對并聯(lián)式混合動力客車動力總成選型和參數(shù)匹配進(jìn)行研究。(4)由于并聯(lián)式結(jié)構(gòu)可以使油耗和排放都得到顯著降低，綜合考慮城市客車運(yùn)行工況的特點(diǎn)以及目前國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，確定本課題的驅(qū)動結(jié)構(gòu)為并聯(lián)式。 (2)通過對四種驅(qū)動結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)的分析比較，得出結(jié)論：并聯(lián)混合動力客車更適合于路況簡單的城市間公路及高速行駛的車輛；串聯(lián)式混合動力汽車特別適合于在市內(nèi)低速運(yùn)行、頻繁的加速、減速、停車的復(fù)雜工況；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)具有二者的優(yōu)點(diǎn)，但由于其系統(tǒng)過于復(fù)雜，部件性能要求高，造價也高，在研究、開發(fā)中和應(yīng)用中都受到很大的限制；插電式則由于受充電時間和續(xù)駛里程限制不予考慮。對應(yīng)于YTK6605Q并聯(lián)混合動力客車本文采用雙軸并聯(lián)式傳動系，其結(jié)構(gòu)簡圖如下圖27所示：圖27 YTK6605QHEV結(jié)構(gòu)簡圖 本章小結(jié)本章主要是為本文設(shè)計(jì)的并聯(lián)式混合動力電動客車YTK6605QHEV的驅(qū)動系統(tǒng)選擇合適的方案，主要內(nèi)容包括：(1)對混合動力電動客車的動力總成結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了全面介紹?；谏鲜鰧旌蟿恿ο到y(tǒng)的分析，可知混合動力汽車是一個組成部件多、驅(qū)動布置形式多樣的復(fù)雜系統(tǒng)。(3)在高速運(yùn)行或加速時，可以利用動力復(fù)合裝置對原動機(jī)和電動機(jī)的輸出動力疊加。本文選擇并聯(lián)式驅(qū)動結(jié)構(gòu)，其主要原因表現(xiàn)在以下方面：(1)并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中發(fā)動機(jī)和電動機(jī)是相互獨(dú)立的，在低速小功率運(yùn)行時可以關(guān)閉發(fā)動機(jī)，利用電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。 YTK6605QHEV動力驅(qū)動系統(tǒng)方案不同形式的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和性能上各有優(yōu)缺點(diǎn)。運(yùn)行時間固定。 (3)城郊路