RL6100混合動力城市客車總布置設(shè)計【含3張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)今世界可持續(xù)發(fā)展所面臨的兩大根本問題，混合動力汽車在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等方面具有綜合優(yōu)勢，是目前緩解這兩個問題的有效途徑。城市客車在各個城市中承擔(dān)著人口流動的任務(wù)，應(yīng)用廣泛，數(shù)量眾多。同時城市客車的運(yùn)行工況特殊，城市中信號燈多，站點(diǎn)之間距離短，運(yùn)行路線固定，城市客車頻繁的起步，加速，制動，怠速時間長，平均運(yùn)行速度低。由于汽車設(shè)計時需要滿足最高行駛車速和最大爬坡度等動力性要求，需要裝備大功率發(fā)動機(jī)，使得城市客車經(jīng)常處于功率過剩狀態(tài)，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。 本文以運(yùn)用于城市公交系統(tǒng)的傳統(tǒng)客車6100為研究對象，將其改裝為混合動力城市客車。本文首先分析并比較了串聯(lián)式、并聯(lián)式以及混聯(lián)式混合動力客車的驅(qū)動結(jié)構(gòu)、類型和使用范圍，確定了混合動力客車驅(qū)動系統(tǒng)的布置型式；通過對我國典型城市公交車循環(huán)工況的分析，制定了混合動力城市客車性能指標(biāo)，并對所研究的混合動力客車的總體方案進(jìn)行了設(shè)計，據(jù)此對發(fā)動機(jī)、電機(jī)、傳動系的參數(shù)進(jìn)行了匹配，初步確定了各部件的參數(shù)。 油電混合動力汽車融合了傳統(tǒng)燃油汽車和純電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車動力性好和電動汽車清潔環(huán)保的特點(diǎn)，能夠有效的降低能源消耗，減少污染排放，具有重要的研究意義。 關(guān)鍵詞：混合動力；城市客車；動力系統(tǒng)；參數(shù)匹配；人機(jī)工程學(xué) ABSTRACT Energy shortage and environment pollution are two serious problems that can prevent the world from developing forward rapidly．In this case HEV’S(hybrid electric vehicle)are the key to solve the problems．It has advantages in many fields，such as technology, economy and environment City bus is bearing the task of the movement of the population. City bus is widely used and the number is large. The using condition of city bus is special、 there are many signal lights、 short distance between sites 、fixed routes, frequently starting, accelerating, braking, long idle time, low average speed and so on. As the vehicle needs to meet the requirement of the highest speed and maximum climbing degree while designing, usually a high-power engine is equipped, making the city bus in power surplus state, resulting in a serious energy waste and environment pollution. This paper bases on the traditional bus 6100 using in the city traffic system， and refit it to be HEB(hybrid electric bus)．The paper firstly analyzed and compared the drive structure，type and scope of application of SHEV,PHEV and PSHEV, and made sure the layout pattern of HEB drive system；by studying statistical data of typical Chinese city bus driving cycle，it formulated the performance index for HEB，and the study of hybrid bus design the overall program, according to the engine, motor, drive system matching parameters, initially set the parameters of each component. Hybrid electric vehicle combines the traditional fuel vehicles and pure electric vehicles advantages effectively reduce energy consumption and reduce emissions. It is meaningful to study on hybrid vehicles. Key words: Hybrid ；Electric Bus；Dynamic System；Parameter Matching; Ergonomic； I 第1章 緒 論 1.1 選題的背景和意義 電動汽車的研究是從單獨(dú)依靠蓄電池供電的純電動汽車開始的，純電動汽車或零排放新燃料汽車無疑是我們的最終目標(biāo)，但目前純電動汽車初始成本高，行駛里程較短。由于高效能蓄電池、燃料電泡及其系統(tǒng)均發(fā)展相對滯后，影響了純電動汽車的商業(yè)化進(jìn)程；而燃油發(fā)動機(jī)和電動機(jī)混合驅(qū)動的混合動力電動汽車是在純電動汽車開發(fā)過程中有利于市場化而產(chǎn)生的一種新的車型。它將現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)與一定容量的儲能器件(主要是高性能電池或超級電容器)通過先進(jìn)控制系統(tǒng)相組合，可以大幅度降低油耗．減少污染物排放。國內(nèi)外普遍認(rèn)為它是投資少、選擇余地大、易于滿足未來排放標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能目標(biāo)、市場接受度高的主流清潔車型，從而引起各大汽車公司的關(guān)注，得到商業(yè)市場的響應(yīng)并迅速發(fā)展，混合動力汽車動力性能、燃料經(jīng)濟(jì)性以及廢氣排放效果的好壞，在很大程度上取決于車輛驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)的合理匹配以及車輛行駛過程中對各部件的協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機(jī)使用工況多數(shù)是偏離其最佳工作區(qū)域，未能實(shí)現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)的最佳匹配，因此，通過合理匹配混合動力汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，制定適合于車輛行駛工況的控制．對于提商汽車行駛效率，降低燃油消耗和尾氣排放具有較大的潛力，是一個值得研究的課題。對于汽車的動力性能和燃料經(jīng)濟(jì)性水平，通常是在進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)之后給予最后評價，這樣做不但周期長，成本高，而且在產(chǎn)品設(shè)計階段對整車及各總成方案的確定、結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇、傳動系參數(shù)與發(fā)動機(jī)的匹配等具有一定的盲目性可能遺漏較優(yōu)的方案，造成浪費(fèi)。如果在設(shè)計階段，根據(jù)有關(guān)設(shè)計參數(shù)利用計算機(jī)仿真模擬對汽車動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測，可以考察驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)是如何影響汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。此外，按預(yù)定的程序模擬各種行駛工況，包括瞬變的非穩(wěn)定工況，能全面地預(yù)測汽車在多種工況下的動力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。 1.2 國內(nèi)外研究動態(tài) 1、國際發(fā)展趨勢 目前世界各國都在積極推進(jìn)混合動力公交客車的開發(fā)和運(yùn)營。美國紐約在1998年提供首批10輛串聯(lián)式混合動力公交客車的示范運(yùn)營，目前有超過500輛此類客車在紐約、多倫多和舊金山等城市應(yīng)用。在西雅圖通用公司首先推出了并行式混合動力公交客車進(jìn)行運(yùn)營，目前《城市公用事業(yè)》共有400余輛車在包括休斯頓、紐約、洛杉磯、西雅圖等超過28個北美城市運(yùn)行，今年該公司已獲得美國境內(nèi)各城市超過1 500臺訂單。在日本，豐田、本田等汽車業(yè)巨頭都投入巨大的人力和財力發(fā)展混合動力公交客車，并已經(jīng)推出數(shù)款車型。 2、國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國目前十分重視混合動力車的研制和開發(fā)，國家召開的863電動汽車會議上，混合動力汽車在中國電動汽車的研究發(fā)展中，被確定為優(yōu)先發(fā)展的對象。大會通過的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》明確把新能源汽車列為68項(xiàng)優(yōu)先主題之一。混合動力汽車作為“從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展”的一項(xiàng)技術(shù)，是符合“選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展”要求的。國內(nèi)東風(fēng)集團(tuán)、一汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)、廣州客車廠、深圳五洲龍、長沙聯(lián)合公司、宇通、金龍、福田、申龍等已成功開發(fā)出產(chǎn)品或樣車。其中，2003年12月東風(fēng)公司率先投入10輛并聯(lián)式混合動力公交客車，在武漢510路上進(jìn)行示范運(yùn)行。在成功示范運(yùn)行兩年后，2005年12月，首批下線的15臺東風(fēng)EQ6100HEV混合動力電動公交客車交付武漢市公交公司，在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)}昆合動力電動汽車商業(yè)化銷售，開通了國內(nèi)首條混合動力綠色公交專線。2005年12月，一汽集團(tuán)首輛混合動力公交客車在無錫客車廠駛下裝配線。在深圳和株洲，串聯(lián)式混合動力公交客車也已經(jīng)進(jìn)入了示范運(yùn)營階段。在關(guān)鍵零部件方面，研制了3個系列的混合動力客車用主電機(jī)產(chǎn)品，多能源控制系統(tǒng)研發(fā)單位與整車企業(yè)聯(lián)合開發(fā)整車多能源控制器，配置16種不同的整車。在標(biāo)準(zhǔn)和測試方面，我國已頒布混合動力汽車國家標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，混合動力汽車測試方法、試驗(yàn)規(guī)程報告2項(xiàng)。上海經(jīng)過“十五”期間，已完成“申新動1號”混合動力大客車概念樣車的開發(fā)、“海威”混合動力轎車樣車及其他自主品牌混合動力轎車的研制工作?，F(xiàn)在上汽集也正在積極推進(jìn)插電式混合動力轎車與大客車的研發(fā)。相對國內(nèi)其他地方，上海的混合動力汽車的發(fā)展起步雖晚，但起點(diǎn)高，現(xiàn)已進(jìn)入第2輪開發(fā)階段，在轎車和客車領(lǐng)域都有樣車面世，相關(guān)技術(shù)和車輛還有待通過一定數(shù)量的示范運(yùn)營，在科學(xué)評判各類混合動力汽車的優(yōu)、劣勢后，最終選擇比較適合城市運(yùn)營和技術(shù)發(fā)展的路線，為加速我國混合動力汽車的產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。目前國內(nèi)的混合動力汽車技術(shù)已經(jīng)逐漸走向示范運(yùn)營和市場推廣，但是其關(guān)鍵零部件的性能和可靠性還有待提高。且混合動力車相對于原型內(nèi)燃機(jī)車成本還較高，將成為混合動力公交客車市場化的一大障礙。此外，當(dāng)前混合動力汽車方案較多，但是測試手段短缺，尚不能通過試驗(yàn)評估與優(yōu)化，因此測試基地建設(shè)也需加強(qiáng)。 發(fā)展混合動力大客車的優(yōu)勢發(fā)展混合動力城市公交客車，不僅有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境與交通的健康發(fā)展，構(gòu)建一流的城市交通環(huán)境，更可能實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破，掌握核心技術(shù)，在制定電動汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面擁有更大的發(fā)言權(quán)和主動權(quán)，從而在新一輪的競爭中處于領(lǐng)先的優(yōu)勢地位。同時，混合動力車要想在我國真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，混合動力公交客車也許就是這個產(chǎn)業(yè)的突破點(diǎn)。混合動力公交客車必須以傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)為依托，不能脫離傳統(tǒng)整車單獨(dú)發(fā)展。我國客車工業(yè)的基礎(chǔ)較為雄厚，無論是車身、底盤等關(guān)鍵總成還是零部件配套體系，都有著日積月累的經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢。因而集成現(xiàn)有客車工業(yè)的優(yōu)勢資源，有利于迅速打造我國混合動力客車自主品牌。混合動力具有先天優(yōu)勢，目前我國城市中行駛的燃油公交客車和城市團(tuán)體旅游客車是城市交通的主要污染源，極大地影響了城市形象和城市環(huán)境建設(shè)，因此，更新城市公交客車成為打造“綠色城市”的重要舉措。近年來，我國各大中城市公交客車年更換數(shù)量在4 700輛至6 200輛左右，并且以每年17％一23％的幅度增長。2008年前后由于中小城市的跟進(jìn)，公交客車的需求有望達(dá)到每年3萬輛，其中一部分裝備混合動力是完全有可能的。當(dāng)然，要大力發(fā)展混合動力，降低成本是首要問題。對于混合動力客車，進(jìn)行推廣的最大障礙是高昂的成本，包括一次性購車成本和使用成本。目前，我國城市公交大部分還是由政府進(jìn)行補(bǔ)貼運(yùn)營，這也相對減輕了混合動力客車的商業(yè)化難度，有利于示范和推廣應(yīng)用。混合動力汽車技術(shù)已經(jīng)成為世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。隨著全球氣候逐步惡化、城市大氣污染加劇和石油資源過度消耗，環(huán)保與節(jié)能已經(jīng)成為世界的焦點(diǎn)，發(fā)展節(jié)能型、環(huán)保型汽車已成為世界汽車工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的重要方向和汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，研發(fā)和推出一系列有商業(yè)應(yīng)用價值的環(huán)保、節(jié)能混合動力汽車已經(jīng)并將在相當(dāng)長時間內(nèi)成為世界汽車工業(yè)發(fā)展的主流和趨勢?；旌蟿恿ζ囀切乱惠喐偁幍那腥它c(diǎn)，也是民族汽車工業(yè)健康發(fā)展的保證，為我國汽車工業(yè)提供了跨越式發(fā)展的契機(jī)。雖然我國的混合動力汽車技術(shù)研究起步相對較晚，與世界領(lǐng)先的混合動力技術(shù)有一定的差距，但從世界范圍來看，混合動力汽車產(chǎn)業(yè)目前還處于起步階段，與傳統(tǒng)的燃料汽車技術(shù)相比，我國在混動技術(shù)領(lǐng)域差距相對較小，這為我們趕超國際先進(jìn)水平提供了一個平臺，為我國民族汽車工業(yè)堅持自主創(chuàng)新，打造民族品牌，提供了一個良機(jī)。 1.3研究內(nèi)容與方法 混合動力汽車有兩套動力系統(tǒng)，因此具有高度的復(fù)雜性，而正是這種復(fù)雜性為混合動力系統(tǒng)的設(shè)計提供了更大的空間。本論文主要研究內(nèi)容主要為客觀評價混合動力城市客車采用各種驅(qū)動型式時的優(yōu)劣，然后確定動力總成的結(jié)構(gòu)方案，系統(tǒng)研究混聯(lián)混合動力總成及其應(yīng)用，比較混合動力客車各種驅(qū)動方式，提出混聯(lián)混合動力驅(qū)動方式及對動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，完成混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中電動動力系統(tǒng)的部件選型，從而實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動模式。 第2章 混合動力城市客車驅(qū)動系統(tǒng)選型 2.1 混合動力客車的分類 混合動力電動汽車提高燃油經(jīng)濟(jì)性分析，混合動力電動汽車之所以節(jié)能，很大程度與它的控制策略，動力系統(tǒng)的匹配，及工況的特點(diǎn)有很大的關(guān)系，所以說不同驅(qū)動方式燃油經(jīng)濟(jì)性是不同的，但總體來說，混合動力電幼汽車之所以節(jié)能是以下原因： 1、限制發(fā)動機(jī)怠速；公交車的發(fā)動機(jī)平均約有20％的時間處于怠速狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速或車輛減速時將其關(guān)閉能降低大約5％～8％的燃油消耗。與傳統(tǒng)的起動電機(jī)相比，混合動力汽車采用的大功率電動機(jī)能快速起動發(fā)動機(jī)，同時計算機(jī)技術(shù)燃油噴射技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有效解決了發(fā)動機(jī)快速起動問題。3～5kW的電機(jī)在O．5s之內(nèi)就可以把發(fā)動機(jī)拖動到正常怠速轉(zhuǎn)速之上，這時發(fā)動機(jī)才開始工作，就降低了油耗，減少了燃料的不完全燃燒及由此引起的HC排放。 2、制動能量回收；傳統(tǒng)車輛在減速或者制動時，大部分的車輛動能都以制動蹄片的摩擦、發(fā)動機(jī)的機(jī)械摩擦和泵氣損失等各種形式消耗掉了?；旌蟿恿ζ嚥捎秒姍C(jī)可以回收車輛的部分動能。制動能量回收的多少與電機(jī)的功率很儲能裝置的容量有關(guān)。10～20kW的電機(jī)足以回收大部分可回收的車輛動能。制動能量回收的比例必須與車輛摩擦制動時消耗的能量一致，否則駕駛員進(jìn)行制動時，車速會下降太快或者發(fā)生點(diǎn)頭。制動能量回收一般在車速為16km／h以下時不起作用，因?yàn)榈退贂r的制動能量回收也易造成車輛點(diǎn)頭。 3、降低發(fā)動機(jī)排量；車輛行駛時并不總是需要發(fā)動機(jī)提供峰值功率。在混合動力系統(tǒng)中，電動機(jī)能為發(fā)動機(jī)提供功率輔助，使在降低發(fā)動機(jī)的排量時而不影響車輛的動力性。在給定的負(fù)荷下，排量小的發(fā)動機(jī)摩擦損失、熱損失和泵氣損失都比較小。 4、提高發(fā)動機(jī)效率；發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷時效率很低，采用混合動力系統(tǒng)可以使發(fā)動機(jī)盡量工作在高效區(qū)，主要原因是：電機(jī)能在低速和低負(fù)荷時提供助力，使發(fā)動機(jī)在停車、怠速等工作效率較低的情況下關(guān)閉，減少油耗和降低排放(基本零排放)；車輛在高速行駛時，由于電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩特性使發(fā)動機(jī)在轉(zhuǎn)速較低、效率較高時仍能維持足夠的加速度，電機(jī)助力也可以減少發(fā)動機(jī)的瞬態(tài)工況；電機(jī)和變速器的優(yōu)化匹配使發(fā)動機(jī)可以運(yùn)行于高效的工況區(qū)域：電機(jī)的助力便于在進(jìn)行發(fā)動機(jī)設(shè)計時采用一些革新技術(shù)。 5、提高發(fā)動機(jī)附件的工作效率；在混合動力系統(tǒng)中提高發(fā)動機(jī)附件的效率也可以提高車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，例如空調(diào)壓縮機(jī)、動力轉(zhuǎn)向泵和水泵。目前，大部分的發(fā)動機(jī)附件都是通過皮帶、齒輪、鏈條等與發(fā)動機(jī)機(jī)械連接，靠發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動，效率很低，采用電機(jī)驅(qū)動這些附件時可以使其相對于發(fā)動機(jī)獨(dú)立地工作。同時傳統(tǒng)車輛的電器附件最高電壓只有14V，電路系統(tǒng)的損耗較大，導(dǎo)線的成本也較高而混合動力系統(tǒng)采用高壓電，減少了能量損失。 2.1.1 串聯(lián)式混合動力城市客車 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)如圖2.1所示，串聯(lián)式混合動力汽車Series Hybrid Electric Vehicle(SHEV),由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)3部分組成，它們之間以串聯(lián)的方式聯(lián)結(jié)，發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過控制器輸送到電池或電動機(jī)，由電動機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動汽車。小負(fù)荷時由電池驅(qū)動電動機(jī)，帶動車輪，大負(fù)荷時通發(fā)動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)驅(qū)動電動機(jī)。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速行駛工況，可以將發(fā)動機(jī)調(diào)整在最佳工況點(diǎn)附近穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，通過調(diào)整電池和電動機(jī)的輸出來達(dá)到調(diào)整車速的目的。使發(fā)動機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，從而提高了發(fā)動機(jī)的效率，減少了廢氣排放。但是它的缺點(diǎn)是整個動力系統(tǒng)功率儲備大，需要功率足夠大的電動機(jī)。另外，發(fā)動機(jī)輸出的機(jī)械能需要轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，效率降低。 蓄電池 逆變器 電動機(jī) 驅(qū)動軸 發(fā)電機(jī) 發(fā)動機(jī) 圖2.1 SHEV結(jié)構(gòu)示意圖 SHEV的優(yōu)點(diǎn): (1)SHEV只有驅(qū)動電機(jī)作為驅(qū)動系統(tǒng)，其特點(diǎn)更加趨近于EV。從總體結(jié)構(gòu)上看比較簡單，易于控制，三大動力總成之聞沒有機(jī)械聯(lián)系，在電動汽車上布置起來有較大的自由度，可以獨(dú)立地布置。 (2)此外，SHEV中的發(fā)動機(jī)一發(fā)電機(jī)組中的發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)可以不受汽車行駛工況的影響，能在穩(wěn)定、高效、低油耗、低污染的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此SHEV具有更好的排放性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。 (3)在繁華市區(qū)行駛時，可以單獨(dú)以動力電池組為動力源，實(shí)現(xiàn)“零排放’行駛。當(dāng)動力電池組電量不足時，可以通過發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能給電池充電，這樣就可以進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性。 SHEV的缺點(diǎn): (1)SHEV由于僅依靠驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛，驅(qū)動電機(jī)的功率和扭矩必須能夠滿足汽車的動力性能，克服汽車在行駛過程中的最大阻力，因此驅(qū)動電動機(jī)的功率要求較大，外形尺寸較大，質(zhì)量也較重。因此整個系統(tǒng)的規(guī)模龐大，增加了車輛成本及機(jī)構(gòu)布置難度。一般在轎車上很少采用串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)主要應(yīng)用于大型客車上。此外驅(qū)動電機(jī)由于不是經(jīng)常在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此效率較低。 (2)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、電和放電都有能量損失，能量幾經(jīng)轉(zhuǎn)換，電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能、電池的充發(fā)動機(jī)輸出的能量利用率比較低。 2.1.2 并聯(lián)式混合動力城市客車 并聯(lián)式混合動力汽車Parallel Hybrid Electric Vehicle(PHEV)可以利用發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動車輪，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，如圖2.2所示，發(fā)動機(jī)與電動機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動系統(tǒng)提供扭矩。發(fā)動機(jī)通過變速箱驅(qū)動汽車，電力驅(qū)動系統(tǒng)通過蓄電池及電動機(jī)經(jīng)過耦合同時驅(qū)動汽車。在PHEV上可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式， 驅(qū)動電動機(jī)驅(qū)動模式和發(fā)動機(jī)-驅(qū)動電動機(jī)混合驅(qū)動模式3種驅(qū)動模式。發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)各自的功率，可以是PHEV的最大驅(qū)動功率的0．5～l倍，兩大動力總成的功率可以疊加，因此可以采用較小功率的發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)，使整個動力總成的尺寸較小，質(zhì)量較輕，造價也較低。 蓄電池 逆變器 電動機(jī) 驅(qū)動軸 發(fā)動機(jī) 耦合器 圖2.2 PHEV的結(jié)構(gòu)示意圖 PHEV的優(yōu)點(diǎn): (1)PHEV的基本驅(qū)動模式是發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式，由于發(fā)動機(jī)的機(jī)械能可贏接輸出到汽車驅(qū)動橋，沒有機(jī)械能一電能一機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程，與串聯(lián)式布置相比，能量綜合效率較高。 (2)在車輛需要最大輸出功率時(即加速或爬坡時)，驅(qū)動電機(jī)可向汽車提供額外的輔助動力，因此發(fā)動機(jī)的功率也可以選擇得比較小，汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性也相應(yīng)地提高。 (3)由于驅(qū)動電機(jī)僅在車輛輸出大功率時提供輔助動力，因此驅(qū)動電機(jī)的尺寸和體積也要小得多。此外，PHEV比SHEV少一個發(fā)電機(jī)，因此汽車的質(zhì)量也相對較輕。 PHEV的缺點(diǎn): (1)由于基本驅(qū)動模式是發(fā)動機(jī)驅(qū)動，故需要配備與內(nèi)燃機(jī)汽車相同的傳動系統(tǒng)，在總布置上基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同，動力性能接近內(nèi)燃機(jī)汽車，發(fā)動機(jī)有害氣體的排放高于串聯(lián)式。 (2)發(fā)動機(jī)驅(qū)動模式需要裝置離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動器等傳動總成，另外還有驅(qū)動電動機(jī)、動力電池組，以及動力組合器等裝置，因此使動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置和控制也更加困難。 (3)發(fā)動機(jī)與車輛驅(qū)動輪間有直接的機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況不可避免地受到汽車具體行駛工況的影響，要維持發(fā)動機(jī)在最佳工作區(qū)工作，則控制系統(tǒng)和控制策略較復(fù)雜。 2.1.3 混聯(lián)式混合動力城市客車 混聯(lián)式混合動力汽車Split Hybrid E1ectric Vehicle(PSHEV)是綜合SHEV和PHEV結(jié)構(gòu)特點(diǎn)組成的，由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電動機(jī)3大動力總成組成，如圖2.3所示，PSHEV兼有SHEV和PHEV的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)等部件進(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(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。因此，混聯(lián)式混合動力汽車最具影響力。 蓄電池 逆變器 電動機(jī) 驅(qū)動軸 發(fā)動機(jī) 發(fā)電機(jī) 圖2.3 PSHEV的結(jié)構(gòu)示意圖 PSHEV的優(yōu)點(diǎn): (1)發(fā)動機(jī)的工作不受汽車行駛狀況影響，總是在最高效率狀態(tài)下工作或自動關(guān)閉，使汽車在任何時候都可實(shí)現(xiàn)低排放及超低油耗，達(dá)到環(huán)保和節(jié)能效果。 (2)車輛的最大輸出功率相當(dāng)于三個動力裝置共同組成混合動力驅(qū)動汽車時發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的最大輸出功率之和。因此發(fā)動機(jī)排量可減少，電動機(jī)功率可降低，其體積減少，而且加速性能很好。 (3)配有專用電動/發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，所以對電池的依賴較少。 PSHEV的缺點(diǎn): 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略過于復(fù)雜，控制系統(tǒng)開發(fā)難度大，部件性能要求高，設(shè)計加工困難，而且成本很高。 2.2 混合動力城市客車驅(qū)動系統(tǒng)的選擇 2.2.1 混合動力城市客車動力系統(tǒng)對比 混合動力客車的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變，如何從各個動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中選擇合適的結(jié)構(gòu)，我們就要對各種形式的混合動力汽車動力總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析： 1、串聯(lián)式混合動力電動汽車結(jié)構(gòu)最簡單，同時控制策略也不復(fù)雜，開發(fā)難度較小，可開發(fā)用于降低城市污染的公交車，并為其他類型的HEV積累開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。在串聯(lián)混合動力的兩種常用控制方式中，由于功率跟隨式控制策略在動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性方面有較好的綜合性能，所以該控制方式較為常用。采用功率跟隨與恒溫器綜合控制方式引更有利于避免電池大電流放電和發(fā)動機(jī)的頻繁啟動，降低油耗提高排放性能。 2、并聯(lián)式混合動力電動汽車可以使油耗和排放都得到顯著的降低，其控制策略優(yōu)化后優(yōu)點(diǎn)更加明顯。采用小功率電動機(jī)和小容量蓄電池組的并聯(lián)式混合動力汽車，能夠極大地降低混合動力汽車的自重和制造成本，是十分有市場化前景的一種結(jié)構(gòu)型式。特別是這種結(jié)構(gòu)型式與CVT配合，是獲得較高的燃油經(jīng)濟(jì)性、較低的排放、平穩(wěn)的駕駛性能的一種比較理想的系統(tǒng)型式。對于這種系統(tǒng)，如何對蓄電池組的SOC進(jìn)行合理而有效的能量管理是獲得整車最佳燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。電力輔助控制策略是并聯(lián)式混合動力電動汽車較為普遍采用的一種控制策略。電力輔助控制策略比較簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但控制效果不夠精確。 3、混聯(lián)式混合動力汽車易于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對成本高。為了更好地解決當(dāng)前大中城市普遍存在的空氣污染嚴(yán)重問題，同時作為對低排放、低油耗車輛的探索，必須深化對其的開發(fā)工作。在混聯(lián)式混合動力汽車控制策略中，全局最優(yōu)模式是最佳的。發(fā)動機(jī)恒定工作點(diǎn)模式、發(fā)動機(jī)最優(yōu)曲線模式這兩種控制策略是比較實(shí)用的控制方法。 與串聯(lián)和并聯(lián)式混合動力汽車的動力系統(tǒng)相比，混聯(lián)式結(jié)構(gòu)相對要復(fù)雜一些，自由度也要多一些，控制方式比較復(fù)雜，但是在節(jié)能方面比較突出，符合目前的技術(shù)潮流與日益增長的環(huán)保和節(jié)能要求。另外動力總成的重量和成本相對較低，雖然開發(fā)成本比較高，控制器和控制策略復(fù)雜，但是對于我國的汽車先進(jìn)制造技術(shù)積累與持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。 4、三種混合動力的比較 不同驅(qū)動形式的混合動力各自有自己的特點(diǎn)，下面介紹三種比較的結(jié)果：串聯(lián)式發(fā)動機(jī)能夠經(jīng)常保持在穩(wěn)定、高效、低污染的工作范圍。但各動力部件的功率要求大，并且對電池要求很高，容量大，增加了電池和汽車的制造成本及重量。電機(jī)是唯一的動力源，能量轉(zhuǎn)換效率低。所以比較適合大型公交車上。 并聯(lián)式動力總成由發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩部分組成，發(fā)動機(jī)通過機(jī)械裝置直接與驅(qū)動軸相聯(lián)，輸出能量的利用率較高。但發(fā)動機(jī)的變化受到車子工況變化的影響大，所以排放性較差，使用的范圍較小，使用小型汽車，更適合在高速公路上行駛。 混聯(lián)式發(fā)動機(jī)功率選擇較小。排放性能較好。對電池依賴比較小，基本上不需外來充電系統(tǒng)。三動力源傳遞效率高，使用車型范圍廣。且發(fā)動機(jī)工作不受車輛行使工況的影響。不要求像傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)那樣具有良好的響應(yīng)特性及寬廣的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍。另外，它不要求即具有最大轉(zhuǎn)速又要最大轉(zhuǎn)矩的特性，而這特性是傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)調(diào)整匹配時比較難解決的。可以充分利用串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，確保發(fā)動機(jī)和電動機(jī)基本上工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)，大大的提高了車輛的經(jīng)濟(jì)性。但其結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜。雖然三種混合動力電動汽車各自都有自己的特點(diǎn)，總的來說混聯(lián)式是最優(yōu)的，但是其結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜。所以在國內(nèi)的研究發(fā)展的速度還是很慢的。其動力系統(tǒng)比較見表2.1所示。 表2.1 動力系統(tǒng)比較 燃油經(jīng)濟(jì)性改進(jìn) 驅(qū)動能力 怠速停車 能量回收 高效率運(yùn)轉(zhuǎn)控制 總效率 加速性 持續(xù)功率輸出 串聯(lián)式 口 ☆ 口 口 △ △ 并聯(lián)式 口 口 △ 口 口 △ 混聯(lián)式 ☆ ☆ ☆ ☆ 口 口 ☆很好口較好△稍差 2.2.2混合動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選型依據(jù) 1、使用環(huán)境 城市客車運(yùn)行的工況有以下顯著特點(diǎn)： (1)城市客車由于交通擁擠，站距短，因而起步、停車頻繁，大多數(shù)時間以加速—減速—滑行—怠速等過渡工況工作，且平均加速度小。 (2)城市道路有其自身特點(diǎn)隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的逐步完善，城市道路條件逐步完善，道路質(zhì)量比較好，車輛行駛較平穩(wěn)；由于大城市廣泛采用了立體交通，立交橋路面坡度一般為4%-6%，在沒有公交專線的情況下城市車輛行駛速度較低。 (3)路線固定，往復(fù)運(yùn)行城市公交車不像其他車輛運(yùn)行路線千變?nèi)f化，而是每天都在指定線路運(yùn)行并來回往復(fù)。每條線的車輛都在固定站點(diǎn)?？?，而且現(xiàn)在城市廣泛采用了立體交通，立體橋線路的車輛每天在固定地段爬坡和下坡。運(yùn)行時間固定。 (4)載荷多變且時間特征明顯隨著城市規(guī)模的逐步擴(kuò)大，城市交通網(wǎng)也日趨復(fù)雜，城市公交線路眾多，每條線路的長度也不相同，每條線路途徑地區(qū)的行駛速度、道路特點(diǎn)、乘客數(shù)量各不一樣，上、下班高峰時段和中心城區(qū)乘客擁擠，非上、下班高峰期和郊區(qū)乘客相對稀少，車輛負(fù)荷低，造成了能源的極大浪費(fèi)。 2、性能要求 不同類型的HEV之間性能差異十分明顯，在選型時必須注意由動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)引發(fā)的性能差異?？紤]到加速性和經(jīng)濟(jì)性的綜合要求，混聯(lián)式成為合適的選擇。 3、技術(shù)條件 所謂技術(shù)條件，除研究開發(fā)的條件和力量外，還包括工業(yè)基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)工業(yè)基礎(chǔ)是因?yàn)橐恍┏Ｒ姷膭恿ο到y(tǒng)部件，我國的產(chǎn)品水平還不能滿足需要或尚無法生產(chǎn)。進(jìn)行時間的產(chǎn)品開發(fā)總會有一定的進(jìn)度要求，如果技術(shù)條件無法保證，就難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定開發(fā)目標(biāo)。開發(fā)性是指動力系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善的空間。產(chǎn)品性能是一個完善的過程，同樣開發(fā)工作也不可能一步到位，也需要進(jìn)行不斷的完善。 4、成本和使用維護(hù)費(fèi)用 動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對HEV成本影響很大，這是因?yàn)椴煌愋偷膭恿ο到y(tǒng)對部件的種類、數(shù)量和性能要求差別很大。而部件的種類、數(shù)量和性能指標(biāo)是影響HEV成本的主要因素。選型時還應(yīng)考慮使用、維護(hù)費(fèi)用，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，故障率越高，使用和維護(hù)費(fèi)用也越高。 通過上述分析本文所采用的混聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。 內(nèi)燃機(jī) 發(fā)電機(jī) 蓄電池 離合器1 電機(jī)控制器 電動機(jī) 變速器 離合器2 車輪 車輪 驅(qū)動橋 機(jī)械能 電能 圖2.4 本文所選混聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖 這套動力系統(tǒng)的布置的工作原理為： 模式1(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：當(dāng)車輛處于開動和低速或中速(比如公交車站內(nèi)行駛，擁擠交通等)的這種非經(jīng)濟(jì)區(qū)時，發(fā)動機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)，車輛僅由電動機(jī)驅(qū)動。 模式2(離合器l，2均結(jié)合)：車輛中等負(fù)荷時，發(fā)動機(jī)的功率被分成兩部分，一部分用于發(fā)電，從而補(bǔ)充蓄電池電量；另一部分直接驅(qū)動車輛。功率的分配以整車最佳效率為原則。 模式3(離合器l，2均結(jié)合)：當(dāng)車輛有大功率需求(比如加速、上長坡等)時，發(fā)動機(jī)在保證經(jīng)濟(jì)性的情況下以最大功率向車輪輸出，同時電動機(jī)根據(jù)情況對整車需求功率進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)節(jié)。 模式4(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：車輛中等負(fù)荷，道路變化復(fù)雜時，發(fā)動機(jī)處于一特定經(jīng)濟(jì)區(qū)對車輛需求功率進(jìn)行實(shí)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(jìn)出較小。 模式5(離合器1分離，離合器2結(jié)合)：車輛中等負(fù)荷，道路變化復(fù)雜時，當(dāng)前蓄電池電量不足時，發(fā)動機(jī)處于一特定經(jīng)濟(jì)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(jìn)行電量補(bǔ)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(jī)按照發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)按照發(fā)電機(jī)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(jī)同時驅(qū)動發(fā)電機(jī)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(jī)按照發(fā)電機(jī)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(jī)快速啟動發(fā)電機(jī)至特定工況，發(fā)電機(jī)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(dāng)蓄電池電量不足時，發(fā)動機(jī)在特定的經(jīng)濟(jì)工作區(qū)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電向蓄電池組提供電量補(bǔ)充。 2.3 混合動力電動汽車法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn) 2.3.1 我國已經(jīng)或即將發(fā)布的電動汽車標(biāo)準(zhǔn) 我國在純電動汽車的研究開發(fā)時，就意識到研究相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重要性，混合動力電動汽車的產(chǎn)業(yè)化更需要標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和引導(dǎo)。混合動力電動汽車是國際上最先得到規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用的電動汽車類產(chǎn)品，技術(shù)趨于成熟，相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)研究與制定”立為專項(xiàng)課題。此項(xiàng)研究在2004年12月通過科技部驗(yàn)收，前后歷時兩年，陸續(xù)共完成15項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)草案和2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)研究報告，其中13項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)草案已經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會同意向國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會報批(國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車術(shù)語》在2005年初已經(jīng)正式批準(zhǔn)發(fā)布)，包括針對混合動力電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)，電動汽車共用的標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)。在國外特別是日本、美國混合動力電動汽車開發(fā)和應(yīng)用取得突出進(jìn)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(diǎn)。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(jìn)國家的技術(shù)差距，增強(qiáng)我國汽車工業(yè)在新技術(shù)領(lǐng)域中的競爭力，混合動力電動汽車標(biāo)準(zhǔn)的前期研究工作自2002年初啟動，針對標(biāo)準(zhǔn)制定的重點(diǎn)領(lǐng)域和技術(shù)路線在國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和高等學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了較為廣泛和深入的調(diào)研，還進(jìn)行了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)資料的收集分析等準(zhǔn)備工作。 在隨后兩年的研究中，對上述16項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中的5項(xiàng)進(jìn)行了修訂，又新制定了10項(xiàng)新的國家標(biāo)準(zhǔn)(其中6項(xiàng)是專門適用混合動力電動汽車的標(biāo)準(zhǔn))，提出2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的研究報告，電動汽車標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)一步充實(shí)。 我國已經(jīng)或即將發(fā)布的電動汽車標(biāo)準(zhǔn)目錄 1、電動道路車輛用鉛酸蓄電池 2、電動道路車輛用金屬氫化物鎳蓄電池 3、電動道路車輛用鋰離子蓄電池 4、電動道路車輛用鋅空氣蓄電池 5、電動汽車安全要求第1部分：車載儲能裝置 6、電動汽車安全要求第2部分：功能安全與故障防護(hù) 7、電動汽車安全要求第3部分：人員觸電防護(hù) 8、電動汽車動力性能試驗(yàn)方法 9、電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法 10、電動車輛的電磁場輻射強(qiáng)度的限值和測量方法寬帶9kHz～30MHz 11、電動汽車定型試驗(yàn)規(guī)程 12、電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)一般要求 13、電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛與交流／直流電源的連接要求 14、電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛交流／直流充電機(jī)(站) 15、電動汽車用電機(jī)及其控制器技術(shù)條件 16、電動汽車用電機(jī)及其控制器試驗(yàn)方法 17、電動汽車術(shù)語新制定 18、電動汽車用儀表新制定 19、電動汽車操縱件、指示器及信號裝置的標(biāo)志 20、電動汽車傳導(dǎo)充電用插頭、插座、車輛耦合器和車輛插孔通用要求 21、混合動力電動汽車安全要求 22、混合動力電動汽車動力性能試驗(yàn)方法 23、混合動力電動汽車定型試驗(yàn)規(guī)程 24、輕型混合動力電動汽車能量消耗量試驗(yàn)方法 25、輕型混合動力電動汽車污染物排放測量方法 26、重型混合動力電動汽車能量消耗量試驗(yàn)方法 27、重型混合動力電動汽車排氣污染物測試方法 28、混合動力電動汽車綜合性能道路試驗(yàn)規(guī)程 2.3.2 采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn) 在我國，采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)是指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要原則，在混合動力電動汽車標(biāo)準(zhǔn)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(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)水平與國外先進(jìn)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(jìn)步，但由于整體技術(shù)水平和工業(yè)基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)然，將我國在技術(shù)創(chuàng)新上的成果更多地在標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)，甚至爭取向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提交，是我們追求的目標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)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(shí)。在國外也缺乏成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的情況下，東風(fēng)電動車公司等單位對各種可替代的方法進(jìn)行了研究。其中，為在道路上進(jìn)行能耗試驗(yàn)，將中國汽車技術(shù)研究中心承擔(dān)的另一“863”項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)中，有了針對我國城市道路條件的試驗(yàn)方法，這是在制定汽車標(biāo)準(zhǔn)中的一大進(jìn)步，得益于丌展了更深入的基礎(chǔ)研究。采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)并不是直接采用國外企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然越有技術(shù)實(shí)力的企業(yè)對各國乃至圖際標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)的技術(shù)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)中，包括國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)、聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會法規(guī)(ECE)、歐洲標(biāo)準(zhǔn) (EN)、美國汽車工程師學(xué)會(SAE)、日本電動車協(xié)會(JEVS)、美國電動車運(yùn)輸應(yīng)用協(xié)會(ETA)等國際性、地區(qū)性和各國行業(yè)性組織的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，特別是ECE、ISO、SAE對我國標(biāo)準(zhǔn)的參考作用更突出一些。 2.4 混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù) 混合動力汽車要進(jìn)入實(shí)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(shè)備和燃料經(jīng)濟(jì)性高、排放低的發(fā)動機(jī)，需要解決的關(guān)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。 2.4.1 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(jī)和電動機(jī)。在混合動力汽車上，熱力發(fā)動機(jī)又被稱為混合動力單元，與傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)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(jī)也承擔(dān)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(jī)；在串聯(lián)混合動力汽車上，混合動力單元驅(qū)動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，由于汽車的行駛與發(fā)動機(jī)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(jī)，且其運(yùn)行工況可以固定于較小的高功率區(qū)。 當(dāng)前，混合動力單元研究的主要對象是熱力發(fā)動機(jī)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(jì)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(guān)閉，并降低起動時的排放等?；旌蟿恿ζ嚨闹饕繕?biāo)就是降低排放，所以，控制混合動力單元的排放將是今后研究的重點(diǎn)。 2.4.2 能量儲存技術(shù) 目前運(yùn)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(jìn)入實(shí)用化的還是高能蓄電池。現(xiàn)在，鎳氫電池和鋰離子電池已可達(dá)到混合動力汽車的使用要求。鎳氫電池已廣泛地應(yīng)用于電動汽車。鎳氫電池技術(shù)的關(guān)鍵是，其能夠儲存氫的合金應(yīng)該是一種能夠穩(wěn)定地經(jīng)受無數(shù)次循環(huán)，反復(fù)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(shí)驗(yàn)室階段，正在進(jìn)行其基本性能和壽命的試驗(yàn)。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(jī)構(gòu)。 (2)電池設(shè)計和制造方面的改進(jìn)。要降低制造成本，改善電池的性能和提高壽命，要達(dá)到的目標(biāo)是：使用壽命達(dá)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(jì)性和排放，因此需要有效的測試方法和控制裝置。 2.4.3電力驅(qū)動系統(tǒng) 在混合動力汽車上，電動機(jī)的作用是將由發(fā)電機(jī)或儲能裝置提供的電能轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動車輪的機(jī)械能。與傳統(tǒng)汽車不同的是，電動機(jī)在低速時可以提供滿載轉(zhuǎn)矩，而發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)類型有交流感應(yīng)電動機(jī)、永磁電動機(jī)和開關(guān)磁阻電動機(jī)。目前具有代表性的是交流感應(yīng)電動機(jī)，但這種電動機(jī)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(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等先進(jìn)電動機(jī)，以替代目前使用的交流感應(yīng)電動機(jī)。同時對電動機(jī)的控制方法和冷卻系統(tǒng)的研究也應(yīng)繼續(xù)深入。 2.4.4混合動力汽車仿真技術(shù) 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(shè)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(jī)，通過交替使用候選的子系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，從而找到最佳的方案。計算機(jī)模型為每個候選子系統(tǒng)提供了詳細(xì)規(guī)格和設(shè)計參數(shù)，從而方便了設(shè)計者的工作，而且還有助于為設(shè)計和制造樣車制定工程目標(biāo)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V-Elph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(shí)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(jìn)行性能預(yù)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(jì)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(yīng)該研究的一個方面。 2.4.5多能源控制策略 混合動力汽車與傳統(tǒng)車輛相比最大的不同就是動力源的增加，這就導(dǎo)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(dá)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?yàn)槠渲苯佑绊懼芰吭谲囕v內(nèi)部的流動，從而影響車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放指標(biāo)。 2.5本章小結(jié) 本章進(jìn)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(diǎn)進(jìn)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(shè)計路線，兼有內(nèi)燃機(jī)車和電動汽車的優(yōu)點(diǎn)。 第3章 混合動力城市客車動力系統(tǒng)設(shè)計 3.1城市公交車工況特點(diǎn) 3.1.1城市工況分析 世界范圍內(nèi)的車輛行駛工況(見下圖3.1，3.2，)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(dá)國家，同時這些國家仍持續(xù)地對車輛行駛工況進(jìn)行修正和補(bǔ)充。 圖3.1 美國FTD 圖3.2瞬態(tài)工況TDC和ECE 3.1.2混合動力城市客車動力性指標(biāo)的確定 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(jì)性和排放應(yīng)優(yōu)于傳統(tǒng)客車，其他方面應(yīng)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(shè)計時必須按照目標(biāo)行駛工況進(jìn)行有針對性的設(shè)計，提出合理而又恰當(dāng)?shù)恼噭恿π灾笜?biāo)。通過十五“863”重大專項(xiàng)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，如圖3.3所示。通過對該工況的統(tǒng)計分析，其主要的特征參數(shù)如表3.1所示。 圖3.3 典型城市公交車行駛工況 表3.1 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 2 2628s 11.6km 15.9km/h 60km/h 0.914m/s2 1.543m/s2 762s 29.0% 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(biāo)同時結(jié)合城市區(qū)道路工況的特點(diǎn)提出本文的混合動力城市客車的動力性指標(biāo)如下： 1)最高車速≥65km／h； 2)在車速為10km／h時，爬坡度≥15％； 3)0-50km／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。其整車參數(shù)如表3.2所示。 表3.2 整車主要參數(shù) 參數(shù) 參數(shù)值 參數(shù) 參數(shù)值 長×寬×高（㎜） 10200×2500×3040 整車整備質(zhì)量/㎏ 9300 軸距（㎜） 4900 迎風(fēng)面積/m2 7.7 輪距（前/后）/㎜ 2030/1860 風(fēng)阻系數(shù) 0.8 最大滿載質(zhì)量/㎏ 13500 滾動半徑/㎜ 0.5 3.2動力系統(tǒng)參數(shù)計算 3.2.1驅(qū)動電機(jī)的選擇 混合動力電機(jī)選用原則： 1、電機(jī)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(jī)尺寸、重量越??； 2、動態(tài)性能好——電動機(jī)應(yīng)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(jī)具有自動調(diào)速功能，因此，可以減輕駕駛員的操縱強(qiáng)度，提高家是舒適性，并且能夠達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)； 3、為了減少汽車的非有效載荷，要求電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)體積小、重量輕，功率密度大，在短時間內(nèi)具有較高的過載能力； 4、高效率—這對于電動汽車意義尤其重大； 5、電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)安全性——抗振動、耐腐蝕、低噪音；抗干擾，具有較好的電磁兼容性；各種動力電池組和電動機(jī)的工作電壓，可以達(dá)到300V以上，對電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都必須符合國家或國際有關(guān)車輛電氣控制的安全性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定； 6、能夠四象限運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和再生制動，進(jìn)能量回收，再生制動回收的能量一般可達(dá)到總能量的10%-15%，這點(diǎn)在內(nèi)燃機(jī)汽車上是不能實(shí)現(xiàn)的； 7、高電壓——在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓，電壓越高，電動機(jī)尺寸越小、重量越低，特別是可以降低功率轉(zhuǎn)換器成本； 8、電動機(jī)還要求可靠性好、耐溫和耐潮性強(qiáng)，運(yùn)行時噪音低，能夠在較惡劣環(huán)境下長期工作，結(jié)構(gòu)簡單，適合大批量生產(chǎn)，價格便宜，便于維修。 起初電動汽車中所采用的電動機(jī)主要是直流電動機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)速較為方便，直流電動機(jī)的磁場和電樞可以分別控制，因此控制起來比較容易，而且控制性能較好。直流電動機(jī)的容量范圍很廣，可以根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)速來選用所需要的容量，市場上有各種不同結(jié)構(gòu)的直流電動機(jī)以供選用，直流電動機(jī)的制造技術(shù)和控制技術(shù)都比較成熟，驅(qū)動系統(tǒng)價格較便宜。但由于有電刷、換向器等接觸零件的限制，轉(zhuǎn)速不能太高，因而質(zhì)量大，尺寸大，效率較低，還需要對電刷經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和修理。 隨著電力電子技術(shù)的飛速進(jìn)步，功率電子元件以及變頻器的問世，再加上一些新的控制算法的出現(xiàn)，滑差控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)日趨成熟，交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在電動汽車中已成秀主流，交流電機(jī)的效率和功率密度都較直流電機(jī)高，而且交流電機(jī)結(jié)構(gòu)牢固，維護(hù)起來十分方便。 永磁電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要選用永磁無刷同步電機(jī)，該電機(jī)沒有激磁銅耗、效率較高(最大效率可達(dá)95％)、功率因高、體積小、功率密度大，變頻調(diào)速是永磁無刷同步電機(jī)的基本調(diào)速方式。但其主要不足是永磁材料昂貴，制造工藝復(fù)雜，性能受溫度影響較大(易退磁)，大功率輸出困難。由于其體積小和效率高有十分廣闊的應(yīng)用前景。 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)的定子和轉(zhuǎn)子均為凸極結(jié)構(gòu)，只在定子凸極上安裝備相勵磁繞組，轉(zhuǎn)子上沒有任何繞組，因此結(jié)構(gòu)十分簡單、成本較低、可靠性高、起動性能好、調(diào)速性能好，控制裝置也比較簡單，主要缺點(diǎn)為轉(zhuǎn)矩脈動大、噪聲大、必須使用位置檢測器、按照定予的凸極數(shù)來確定逆變器和電機(jī)的引出線等。實(shí)際應(yīng)用較少。伴隨著技術(shù)的進(jìn)步，其開始應(yīng)用在電動車上。 混合動力城市客車電動機(jī)類型的選擇要綜合考慮車輛動力性能要求、電動機(jī)的重量、體積、成本、技術(shù)水平等因素，選擇最合適的電動機(jī)類型。目前在電動汽車上已應(yīng)用的和有應(yīng)用前景的有直流電動機(jī)、交流感應(yīng)(異步)電動機(jī)、永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等，他們的性能比較見表3.3其中控制器成本一欄以直流電動機(jī)為基準(zhǔn)。 表3.3 電動機(jī)性能比較 性能/類型 直流電動機(jī) 交流感應(yīng)電動機(jī) 永磁同步電動機(jī) 開關(guān)磁阻電動機(jī) 功率密度 差 一般 好 一般 過載能力 200 300-500 300 300-500 力矩轉(zhuǎn)速性能 一般 好 好 好 轉(zhuǎn)速范圍（r/min） 4000-6000 12000-20000 4000-10000 ＞15000 負(fù)荷效率/% 80-87 90-92 85-97 78-86 峰值效率/% 80-87 94-95 90-95 78-86 易操作性 最好 好 好 好 可靠性 差 好 一般 好 結(jié)構(gòu)堅固性 差 好 一般