一種電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一種電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),一種,電動(dòng)汽車,驅(qū)動(dòng),傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文
譯文題目： Realization and Analysis of Good Fuel Economy and Kinetic Performance of a Low-cost Hybrid
Electric Vehicle
對(duì)一種價(jià)格低廉的混合電動(dòng)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能的認(rèn)識(shí)與分析
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對(duì)一種價(jià)格低廉的混合電動(dòng)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能的認(rèn)識(shí)與分析
摘要：目前市場(chǎng)上的混合電動(dòng)汽車通過使用大功率高效率的傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能這一目標(biāo)。但是，目前混合電動(dòng)汽車的價(jià)格阻礙著它被廣泛使用。一種新型混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)出來，平衡了混合動(dòng)力汽車的成本和性能，為了有更好的市場(chǎng)。一種基于電池/超級(jí)電容器混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（赫茲）被用于提高能量轉(zhuǎn)換效率和減小電池尺寸，從而降低成本。整合引擎電子控制單元、發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元和赫茲管理系統(tǒng)的總控制器的發(fā)明節(jié)約了材料和能源，并減小了電路分布參數(shù)的影響。就動(dòng)力總成來說，提出了四種方案：皮帶驅(qū)動(dòng)起動(dòng)發(fā)電機(jī)方案、四輪驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力方案、全混合動(dòng)力系統(tǒng)方案、游俠擴(kuò)展器電動(dòng)汽車方案。進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的元件選擇和參數(shù)匹配并開發(fā)以動(dòng)力結(jié)構(gòu)和元件組成為基礎(chǔ)的能量管理策略。正向模擬模型被構(gòu)建，理解以最佳發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)的控制策略對(duì)低成本混合電力推動(dòng)系統(tǒng)的作用。運(yùn)用AVL CRUISE聯(lián)合仿真軟件和Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真軟件進(jìn)行仿真和選擇最佳方案。得出結(jié)果：最佳的數(shù)據(jù)是城市駕駛條件的燃油消耗４.１１Ｌ／１００ｋｍ和０到５０km／ｈ的加速時(shí)間１０.９５s。這項(xiàng)研究表明當(dāng)實(shí)現(xiàn)了良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能時(shí)，可以降低混合電動(dòng)汽車的成本和提高混合動(dòng)力汽車的商業(yè)化水平。
關(guān)鍵詞：低成本混合電動(dòng)汽車、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)（赫茲）、燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力學(xué)性能、協(xié)同仿真、成本與性能折衷
1、導(dǎo)言
混合電動(dòng)汽車的發(fā)展被減少化石燃料消耗率和降低大氣污染水平這一系列嚴(yán)格要求刺激。并且一系列的混合電動(dòng)汽車供給普通大眾使用。
汽車的價(jià)格和性能屬性決定了混合電動(dòng)汽車的商業(yè)化水平和消費(fèi)者的熱情。表1總結(jié)了幾種典型的已在世界上大規(guī)模生產(chǎn)的混合電動(dòng)汽車的車輛性能屬性。
表1、典型混合電動(dòng)汽車的比較
汽車類型
燃油消耗（城市）升/100公里
二氧化碳排放量(噸/年)
0-96.6公里/小時(shí)加速時(shí)間 (秒)
2005款豐田普銳斯
4.9
3.6
10.8
2005款本田因塞特
4.8
3.2
9.8
2006款雷克薩斯
8.7
6.4
7.6
2006款福特翼虎
8.4
6.2
7.5
眾所周知，通過把一種包括電機(jī)和充電電池的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)整合在一起?；旌想妱?dòng)汽車就可以使用一個(gè)相當(dāng)小且與傳統(tǒng)的汽車相比具有相同動(dòng)力學(xué)性能的發(fā)動(dòng)機(jī)?？偟膩碚f，傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的大小是符合該車的額定功率需求。但是正常只有最大功率的一小部分被用于路程中的重要路段。而且使用最大功率的時(shí)間小于總時(shí)間百分之一。
然而，就混合電動(dòng)汽車而言，它的發(fā)動(dòng)機(jī)的大小只需要滿足平均功率的要求。而且加速和爬坡的短時(shí)間內(nèi)的高功率由電池中儲(chǔ)存帶的能量提供。
因此，一個(gè)比相應(yīng)的常規(guī)內(nèi)燃機(jī)更小的發(fā)動(dòng)機(jī)可以被使用。因?yàn)槭褂昧艘粋€(gè)小的發(fā)動(dòng)機(jī)，所以乘員數(shù)量會(huì)被減少。發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞和其他內(nèi)部部件的重量也會(huì)被減輕。并且該發(fā)動(dòng)機(jī)可以更接近其高效工作區(qū)域進(jìn)行工作。此外，通過采取這樣的測(cè)量以消除閑置，同時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車的峰值和最小的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載，可大大改善混合電動(dòng)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，大大減小二氧化碳排放。比如如表1所示的典型的混合電動(dòng)汽車在城市駕駛條件下與相應(yīng)的傳統(tǒng)汽車相比減少超過30%的燃料消耗率和二氧化碳排放量。而且這些混合電動(dòng)汽車可以為安全駕駛提供必須的動(dòng)力。然而隨著電池牽引電機(jī)、ISG、額外的電子控制單元和混合控制系統(tǒng)的加入，混合電動(dòng)汽車的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)稿高于傳統(tǒng)汽車的價(jià)格。由于與傳統(tǒng)汽車相比銷售量還相對(duì)較低和混合電動(dòng)汽車零部件供應(yīng)商的價(jià)格溢價(jià)，這些都推動(dòng)成本上漲。
雖然目前在市場(chǎng)上的混合電動(dòng)汽車可以達(dá)到預(yù)期的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能，但是使用混合電動(dòng)汽車節(jié)省的行駛成本可能無法抵消制造成本。這是進(jìn)入廣泛使用混合電動(dòng)汽車的主要障礙。發(fā)展中國家的市場(chǎng)汽車價(jià)格特別有可能大大低于美國、歐洲和日本市場(chǎng)。在2006年，全球混合電動(dòng)汽車銷售達(dá)到100萬輛，該銷售量僅為汽車總銷量的2%.據(jù)估計(jì)，混合電動(dòng)汽車的生產(chǎn)量在2010年將超過250萬輛，這相當(dāng)于汽車年度產(chǎn)量6500萬輛的4%。然而，中國所擁有的混合電動(dòng)汽車的數(shù)量預(yù)計(jì)僅為6萬輛，低于所估計(jì)的1500萬輛的0.5%。因此，混合電動(dòng)汽車的發(fā)展只能為解決全球環(huán)境惡化和能源問題提供一點(diǎn)點(diǎn)幫助。
在混合電動(dòng)汽車的發(fā)展過程中，應(yīng)降低混合電動(dòng)汽車的成本來提高市場(chǎng)競(jìng)爭力。通過降低制造成本和提高汽車運(yùn)行效率來降低混合電動(dòng)汽車的售價(jià)?；旌想妱?dòng)汽車的制造成本是由功率元件決定的。一般來說，電力電子設(shè)備、電動(dòng)器件、發(fā)動(dòng)機(jī)和電池花費(fèi)了混合電動(dòng)汽車制造成本的三分之二。更高效的功率和能量傳動(dòng)系統(tǒng)可能會(huì)花費(fèi)更多的成本。因此小型電池、動(dòng)力電器設(shè)備、電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的使用可以幫助降低汽車的制造成本。此外，功率元件的成本會(huì)隨著電力設(shè)備和生產(chǎn)量的提高而降低。為了提高汽車的運(yùn)行效率，混合電動(dòng)汽車應(yīng)用了先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)來減小汽車阻力。并且使用低滾動(dòng)阻力輪胎、低成本輕質(zhì)材料和高效的輔助系統(tǒng)來提高汽車運(yùn)行效率，從而明顯地降低混合電動(dòng)汽車的燃油消耗量，最終降低了汽車運(yùn)營成本。
但是，通過使用小規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)可能是使汽車動(dòng)力不足，并且使用低滾動(dòng)阻力輪胎和先進(jìn)空氣學(xué)技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致其他成本上漲。在沒有高性能汽車的發(fā)展區(qū)域，城市的交規(guī)和擁堵導(dǎo)致較低的平均行駛速度，但是電力和燃油經(jīng)濟(jì)性之間的權(quán)衡可能是可接受的。本文介紹了一種為這樣的市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的具有良好燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能的混合電動(dòng)汽車。我們開發(fā)的混合電動(dòng)汽車主要是面向中低端的汽車市場(chǎng)。考慮未來的市場(chǎng)未來潛在用戶，混合電動(dòng)汽車應(yīng)有以下幾點(diǎn)特性：
（1）、體積小，重量輕，燃油消耗率低，無污染。
（2）、低噪音，低振動(dòng)和良好的舒適性。
（3）、主要行駛在城市和農(nóng)村地區(qū)，并且不能在高速行駛，因此最大速度要求較低。
（4）、主要用于城市上班族和風(fēng)景區(qū)觀光，駕駛里程短，沒有快速的加速需求。所以不必配備高動(dòng)力總成。
（5）、成本最小化
以現(xiàn)有成熟的小型車，并針對(duì)上述要求和城市交通狀況，混合電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)目標(biāo)如表2所示。對(duì)于主導(dǎo)發(fā)展中國家汽車市場(chǎng)的中低端用戶來說，這種類型的低成本的混合電動(dòng)汽車可能提供了一種減少空氣污染和化石燃料需求的有效方式。
表2、混合電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)目標(biāo)
參數(shù)
數(shù)值
最大載重（千克）
<=1000
燃油消耗量（城市）（升/100公里）
4.5
最大速度（公里/小時(shí)）
<=80
0-50公里/小時(shí)加速時(shí)間（秒）
<=20
等級(jí)能力（%）
>=20
2、混合方案
為了達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)混合電動(dòng)汽車的車身結(jié)構(gòu)、零件和動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常重要的。對(duì)于小型車，車輛長度一般為3.3-3.5米，車輛高度為1.4-1.7米，車身寬度為1.4-1.6米和軸距一般為2.3-2.6米。盡量減小車輛質(zhì)量，保證足夠的空間。集成和輕量化設(shè)計(jì)是車身結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向。車身外覆蓋件可由非金屬材料制成，從而使車輛的質(zhì)量大大降低。承載式車身結(jié)構(gòu)有助于降低車輛的重量和最大限度地提高動(dòng)力總成零部件的布置空間。由于所需的最大速度為80公里每小時(shí)，車輛的強(qiáng)度、剛度和碰撞要求可以隨最高速度的降低而降低。由低密度剛制成的車身和底盤可以被使用，從而導(dǎo)致車輛重量減輕和成本下降。此外，輪胎的尺寸和類型應(yīng)在總體設(shè)計(jì)階段被確定。為了提高車輛的功率因數(shù)，降低質(zhì)心高度和減輕非簧載質(zhì)量，小型輪胎應(yīng)在滿足輪胎載荷系數(shù)和地面間隙要求的前提下被選擇。在此基礎(chǔ)上，對(duì)車輛的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了定義，并且車輛的基本參數(shù)列出在表3上。因?yàn)?
本文重點(diǎn)研究的燃料經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力學(xué)性能，所以只有與燃料經(jīng)濟(jì)型和動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算相關(guān)的項(xiàng)目被展示。
表3、汽車基本參數(shù)
參數(shù)
數(shù)值
最大載重/總質(zhì)量（千克）
850/1150
軸距（米）
2.34
輪胎滾動(dòng)半徑（米）
0.280
最大截面（平方米）
1.91
最小離地間隙（米）
0.13
空氣阻力系數(shù)
0.34
滾動(dòng)阻力系數(shù)
0.009
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Biographical notes
WANG Lei, born in 1983, is currently a PhD candidate at Shanghai Jiao Tong University, China. He received his masterdegree from Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,China, in 2007. His research interests include hybrid electricvehicle energy management and optimization.Tel: +86-21-34206806; E-mail: wanglei913@sjtu.edu.cnZHANG Jianlong, born in 1976, is currently a post PhD candidateat Shanghai Jiao Tong University, China. He received his PhDdegree from Shanghai Jiao Tong University, China, in 2009. Hisresearch interests include automotive electronic control, hybrid electric vehicle research and development.
Tel: +86-21-34207289; E-mail: zjlong@yahoo.cn YIN Chengliang, born in 1965, is currently a professor at Shanghai Jiao Tong University, China. His research interests
include automotive electronic control, hybrid electric vehicle research and
development. E-mail: clyin1965@sjtu.edu.cn ZHANG Yong, born in 1977, is currently an associate professor at Shanghai Jiao Tong University, China. His research interests
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