人人文库网 > 毕业设计 > 车辆工程毕业设计16RL6120混合动力城市客车总体设计说明书
车辆工程毕业设计16RL6120混合动力城市客车总体设计说明书.doc
车辆工程毕业设计16RL6120混合动力城市客车总体设计说明书
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共49页)
编号：541724
类型：共享资源
大小：365.21KB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-28
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
车辆工程毕业设计论文
- 资源描述：
-
车辆工程毕业设计16RL6120混合动力城市客车总体设计说明书,车辆工程毕业设计论文
- 内容简介：
-
I 摘 要 能源危机和环境污染是当今世界可持续发展所面临的两大根本问题，混合动力汽车在技术、经济和环境等方面具有综合优势，是目前缓解这两个问题的有效途径。 城市客车在各个城市中承担着人口流动的任务，应用广泛，数量众多。同时城市客车的运行工况特殊，城市中信号灯多，站点之间距离短，运行路线固定，城市客车频繁的起步，加速，制动，怠速时间长，平均运行速度低。由于汽车设计时需要满足最高行驶车速和最大爬坡度等动力性要求，需要装备大功率发动机，使得城市客车经常处于功率过剩状态，造成了严重的能源浪费和环境污染。 本文以运用 于城市公交系统的传统客车 6100 为研究对象，将其改装为混合动力城市客车。本文首先分析并比较了串联式、并联式以及混联式混合动力客车的驱动结构、类型和使用范围，确定了混合动力客车驱动系统的布置型式；通过对我国典型城市公交车循环工况的分析，制定了混合动力城市客车性能指标， 并对所研究的混合动力客车的总体方案进行了设计，据此对发动机、电机、传动系的参数进行了匹配，初步确定了各部件的参数。 油电混合动力汽车融合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点，具有传统内燃机车动力性好和电动汽车清洁环保的特点，能够有效的降低能源消耗，减 少污染排放，具有重要的研究意义。 关键词 ：混合动力 ； 城市客车 ； 动力系统 ； 参数匹配 ； 人机工程学 nts II ABSTRACT Energy shortage and environment pollution are two serious problems that can prevent the world from developing forward rapidly In this case HEVS(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； nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题的背景和意义 电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或零排放新燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程较短。由于高效能蓄电池、燃料电泡及其系统均发展相对滞后，影响了纯电动汽车的商业化进程；而燃油发动机和电动机混合驱动的混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有内燃机与一定容量的储能器件 (主要是高性能电池或超级电容器 )通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗 减少污染物排放。国内外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，混合动力汽车动力性能、燃料经济性以及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用工况多数是偏离其最佳工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配，因此，通过合理匹配混合动力汽车的驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制对于提商汽车行驶效率，降低燃油消耗和尾气排放 具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之后给予最后评价，这样做不但周期长，成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设计参数利用计算机仿真模拟对汽车动力性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳定工况，能全面地预测汽车在多种工况下的动力性能和燃油经济性。 1.2 国内外研究动态 1、 国际发展趋势 nts 2 目前世界各国都在积极推进混合动力公交客车的开发和运营。美国纽约在1998 年提供首批 10 辆串联式混合动力公交客车的示范运营，目前有超过 500 辆此类客车在纽约、多伦多和旧金山等城市应用。在西雅图通用公司首先推出了并行式混合动力公交客车进行运营，目前城市公用事业共有 400 余辆车在包括休斯顿、纽约、洛杉矶、西雅图等超过 28 个北美城市运行，今年该公司已获得美国境内各城市超过 1 500 台订单。在日本，丰田、本田等汽车业巨头都投入巨大的人力和财 力发展混合动力公交客车，并已经推出数款车型。 2、 国内发展状况 我国目前十分重视混合动力车的研制和开发，国家召开的 863 电动汽车会议上，混合动力汽车在中国电动汽车的研究发展中，被确定为优先发展的对象。大会通过的国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006 2020 年 )明确把新能源汽车列为 68 项优先主题之一。混合动力汽车作为 “从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键技术和共性技术，支撑经济社会持续协调发展 ”的一项技术，是符合“选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨 越式发展 ”要求的。国内东风集团、一汽集团、上汽集团、广州客车厂、深圳五洲龙、长沙联合公司、宇通、金龙、福田、申龙等已成功开发出产品或样车。其中， 2003 年 12 月东风公司率先投入 10 辆并联式混合动力公交客车，在武汉 510 路上进行示范运行。在成功示范运行两年后， 2005 年 12 月，首批下线的 15 台东风 EQ6100HEV 混合动力电动公交客车交付武汉市公交公司，在国内首次实现 昆合动力电动汽车商业化销售，开通了国内首条混合动力绿色公交专线。 2005 年 12 月，一汽集团首辆混合动力公交客车在无锡客车厂驶下装配线。在深圳和 株洲，串联式混合动力公交客车也已经进入了示范运营阶段。在关键零部件方面，研制了 3 个系列的混合动力客车用主电机产品，多能源控制系统研发单位与整车企业联合开发整车多能源控制器，配置 16 种不同的整车。在标准和测试方面，我国已颁布混合动力汽车国家标准 6 项，混合动力汽车测试方法、试验规程报告 2 项。上海经过 “十五 ”期间，已完成 “申新动 1 号 ”混合动力大客车概念样车的开发、 “海威 ”混合动力轿车样车及其他自主品牌混合动力轿车的研制工作。现在上汽集也正在积极推进插电式混合动力轿车与大客车的研发。相对国内其他地方，上海的混合动力 汽车的发展起步虽晚，但起点高，现已进入第 2 轮开发阶段，在轿车和客车领域都有样车面世，相关技术和车辆还有待通过一定数量的示范运营，在科学评判各类混合动力汽车的优、劣势后，最终选择比较适合城市运nts 3 营和技术发展的路线，为加速我国混合动力汽车的产业化奠定基础。目前国内的混合动力汽车技术已经逐渐走向示范运营和市场推广，但是其关键零部件的性能和可靠性还有待提高。且混合动力车相对于原型内燃机车成本还较高，将成为混合动力公交客车市场化的一大障碍。此外，当前混合动力汽车方案较多，但是测试手段短缺，尚不能通过试验评估与优化，因此 测试基地建设也需加强。 发展混合动力大客车的优势发展混合动力城市公交客车，不仅有助于实现环境与交通的健康发展，构建一流的城市交通环境，更可能实现重点突破，掌握核心技术，在制定电动汽车技术标准等方面拥有更大的发言权和主动权，从而在新一轮的竞争中处于领先的优势地位。同时，混合动力车要想在我国真正实现产业化，混合动力公交客车也许就是这个产业的突破点。混合动力公交客车必须以传统汽车产业为依托，不能脱离传统整车单独发展。我国客车工业的基础较为雄厚，无论是车身、底盘等关键总成还是零部件配套体系，都有着日积月累的经验和优势。因而集成现有客车工业的优势资源，有利于迅速打造我国混合动力客车自主品牌。混合动力具有先天优势，目前我国城市中行驶的燃油公交客车和城市团体旅游客车是城市交通的主要污染源，极大地影响了城市形象和城市环境建设，因此，更新城市公交客车成为打造 “绿色城市 ”的重要举措。近年来，我国各大中城市公交客车年更换数量在 4 700 辆至 6 200 辆左右，并且以每年 17一 23的幅度增长。 2008 年前后由于中小城市的跟进，公交客车的需求有望达到每年 3 万辆，其中一部分装备混合动力是完全有可能的。当然，要大力发展混合动力，降低成本 是首要问题。对于混合动力客车，进行推广的最大障碍是高昂的成本，包括一次性购车成本和使用成本。目前，我国城市公交大部分还是由政府进行补贴运营，这也相对减轻了混合动力客车的商业化难度，有利于示范和推广应用。混合动力汽车技术已经成为世界汽车产业发展的重要方向。随着全球气候逐步恶化、城市大气污染加剧和石油资源过度消耗，环保与节能已经成为世界的焦点，发展节能型、环保型汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择，研发和推出一系列有商业应用价值的环保、节能混合动力汽车已经并将在相当长时间内成为 世界汽车工业发展的主流和趋势。混合动力汽车是新一轮竞争的切人点，也是民族汽车工业健康发展的保证，为我国汽车工业提供了跨越式发展的契机。虽然我国的混合动力汽车技术研究起步相对较晚，与世界领先的混合动力技术有一定的差距，但从世界范围来看，混合动力汽车产业目前还处于起步阶段，与传统的燃料汽车技术相比，我国在混动技术领域差距相对较小，nts 4 这为我们赶超国际先进水平提供了一个平台，为我国民族汽车工业坚持自主创新，打造民族品牌，提供了一个良机。 1.3 研究内容与方法 混合动力汽车有两套动力系统，因此具有高度的复杂性，而正是这 种复杂性为混合动力系统的设计提供了更大的空间。本论文主要研究内容主要为客观评价混合动力城市客车采用各种驱动型式时的优劣，然后确定动力总成的结构方案，系统研究混联混合动力总成及其应用，比较混合动力客车各种驱动方式，提出混联混合动力驱动方式及对动力系统参数进行设计，完成混联式混合动力系统中电动动力系统的部件选型，从而实现不同的驱动模式。 nts 5 第 2 章 混合动力城市客车驱动系统选型 2.1 混合动力客车的分类 混合动力电动汽车提高燃油经济性分析，混合动力电动汽车之所以节能， 很大程度与它的控制策略，动力系统的匹配，及工况的特点有很大的关系，所以说不同驱动方式燃油经济性是不同的，但总体来说，混合动力电幼汽车之所以节能是以下原因： 1、限制发动机怠速；公交车的发动机平均约有 20的时间处于怠速状态，当发动机处于怠速或车辆减速时将其关闭能降低大约 5 8的燃油消耗。与传统的起动电机相比，混合动力汽车采用的大功率电动机能快速起动发动机，同时计算机技术燃油喷射技术的发展已经有效解决了发动机快速起动问题。 3 5kW的电机在 O 5s之内就可以把发动机拖动到正常怠速转速之上，这时发动机才开始 工作，就降低了油耗，减少了燃料的不完全燃烧及由此引起的 HC排放。 2、制动能量回收；传统车辆在减速或者制动时，大部分的车辆动能都以制动蹄片的摩擦、发动机的机械摩擦和泵气损失等各种形式消耗掉了。混合动力汽车采用电机可以回收车辆的部分动能。制动能量回收的多少与电机的功率很储能装置的容量有关。 10 20kW的电机足以回收大部分可回收的车辆动能。制动能量回收的比例必须与车辆摩擦制动时消耗的能量一致，否则驾驶员进行制动时，车速会下降太快或者发生点头。制动能量回收一般在车速为 16km h以下时不起作用，因为低速时的制动 能量回收也易造成车辆点头。 3、降低发动机排量；车辆行驶时并不总是需要发动机提供峰值功率。在混合动力系统中，电动机能为发动机提供功率辅助，使在降低发动机的排量时而不影响车辆的动力性。在给定的负荷下，排量小的发动机摩擦损失、热损失和泵气损失都比较小。 4、提高发动机效率；发动机在低负荷时效率很低，采用混合动力系统可以使发动机尽量工作在高效区，主要原因是：电机能在低速和低负荷时提供助力，使发动机在停车、怠速等工作效率较低的情况下关闭，减少油耗和降低排放 (基本零排放 )；车辆在高速行驶时，由于电机的高转矩特性使发动 机在转速较低、效率较nts 6 高时仍能维持足够的加速度，电机助力也可以减少发动机的瞬态工况；电机和变速器的优化匹配使发动机可以运行于高效的工况区域：电机的助力便于在进行发动机设计时采用一些革新技术。 5、提高发动机附件的工作效率；在混合动力系统中提高发动机附件的效率也可以提高车辆的燃油经济性，例如空调压缩机、动力转向泵和水泵。目前，大部分的发动机附件都是通过皮带、齿轮、链条等与发动机机械连接，靠发动机直接驱动，效率很低，采用电机驱动这些附件时可以使其相对于发动机独立地工作。同时传统车辆的电器附件最高电压只有 14V，电 路系统的损耗较大，导线的成本也较高而混合动力系统采用高压电，减少了能量损失。 2.1.1 串联式混合动力城市客车 串联式混合动力系统如图 2.1所示，串联式混合动力汽车 Series Hybrid Electric Vehicle(SHEV),由发动机、发电机和电动机 3部分组成，它们之间以串联的方式联结，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机，带动车轮，大负荷时通发动机带动发电机，发电机驱动电动机。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速行驶工 况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是整个动力系统功率储备大，需要功率足够大的电动机。另外，发动机输出的机械能需要转化为电能再转化为机械能，几经转换，效率降低。 图 2.1 SHEV结构示意图 SHEV的优点 : (1)SHEV只有驱动电机作为驱动系统，其特点更加趋近于 EV。从总体结构上蓄电池 逆变器 电动机 驱动轴 发电机 发动机 nts 7 看比较简单，易于控制，三 大动力总成之闻没有机械联系，在电动汽车上布置起来有较大的自由度，可以独立地布置。 (2)此外， SHEV中的发动机一发电机组中的发动机的工作状态可以不受汽车行驶工况的影响，能在稳定、高效、低油耗、低污染的状态下运转，因此 SHEV具有更好的排放性能和燃油经济性。 (3)在繁华市区行驶时，可以单独以动力电池组为动力源，实现 “零排放 行驶。当动力电池组电量不足时，可以通过发电机组发出的电能给电池充电，这样就可以进一步提高燃油经济性。 SHEV的缺点 : (1)SHEV由于仅依靠驱动电机驱动车辆，驱动电机的功率和扭矩必 须能够满足汽车的动力性能，克服汽车在行驶过程中的最大阻力，因此驱动电动机的功率要求较大，外形尺寸较大，质量也较重。因此整个系统的规模庞大，增加了车辆成本及机构布置难度。一般在轿车上很少采用串联式混合动力系统，串联式混合动力系统主要应用于大型客车上。此外驱动电机由于不是经常在满负荷状态下运转，因此效率较低。 (2)发电机将机械能量转变为电能、电和放电都有能量损失，能量几经转换，电动机将电能转变为机械能、电池的充发动机输出的能量利用率比较低。 2.1.2 并联式混合动力城市客车 并联式混合动力汽车 Parallel Hybrid Electric Vehicle(PHEV)可以利用发动机和电机共同驱动车轮，结构比较复杂，如图 2.2所示，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系统提供扭矩。发动机通过变速箱驱动汽车，电力驱动系统通过蓄电池及电动机经过耦合同时驱动汽车。在 PHEV上可以实现发动机驱动模式， 驱动电动机驱动模式和发动机 -驱动电动机混合驱动模式 3种驱动模式。发动机和发电机各自的功率，可以是 PHEV的最大驱动功率的 0 5 l倍，两大动力总成的功率可以叠加，因此可以采用较小功率的发动机和驱动电动机， 使整个动力总成的尺寸较小，质量较轻，造价也较低。 nts 8 图 2.2 PHEV的结构示意图 PHEV的优点 : (1)PHEV的基本驱动模式是发动机驱动模式，由于发动机的机械能可赢接输出到汽车驱动桥，没有机械能一电能一机械能的转换过程，与串联式布置相比，能量综合效率较高。 (2)在车辆需要最大输出功率时 (即加速或爬坡时 )，驱动电机可向汽车提供额外的辅助动力，因此发动机的功率也可以选择得比较小，汽车的燃油经济性也相应地提高。 (3)由于驱动电机仅在车辆输出大功率时 提供辅助动力，因此驱动电机的尺寸和体积也要小得多。此外， PHEV比 SHEV少一个发电机，因此汽车的质量也相对较轻。 PHEV的缺点 : (1)由于基本驱动模式是发动机驱动，故需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车，发动机有害气体的排放高于串联式。 (2)发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动总成，另外还有驱动电动机、动力电池组，以及动力组合器等装置，因此使动力系统结构复杂，布置和控制也更加困难。 (3)发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接 ，发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响，要维持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂。 2.1.3 混联式混合动力城市客车 混联式混合动力汽车 Split Hybrid E1ectric Vehicle(PSHEV)是综合 SHEV和PHEV结构特点组成的，由发动机、电动 /发电机和驱动电动机 3大动力总成组成，蓄电池 逆变器 电动机 驱动轴 发动机 耦合器 nts 9 如图 2.3所示， PSHEV兼有 SHEV和 PHEV的优点，可以组合成更多种形式的混合驱动模式，能够使发动机，发电机和电动机等部件进行更多的优化匹配，从而在结构上保证在更复杂的工况下使 系统工作在最佳状态。进而，车辆的整备质量可以降低，而且性能更加完善，经济性更好，在动力性能方面接近和达到内燃机汽车的水平，有害气体的摊放更少，达到 “超低污染 的标准要求。因此，混联式混合动力汽车最具影响力。 图 2.3 PSHEV的结构示意图 PSHEV的优点 : (1)发动机的工作不受汽车行驶状况影响，总是在最高效率状态下工作或自动关闭，使汽车在 任何时候都可实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。 (2)车辆的最大输出功率相当于三个动力装置共同组成混合动力驱动汽车时发动机和电动机的最大输出功率之和。因此发动机排量可减少，电动机功率可降低，其体积减少，而且加速性能很好。 (3)配有专用电动 /发电机发电系统，所以对电池的依赖较少。 PSHEV的缺点 : 系统结构及控制策略过于复杂，控制系统开发难度大，部件性能要求高，设计加工困难，而且成本很高。 2.2 混合动力城市客车驱动系统的选择 2.2.1 混合动力城市客车动力系统对比 混合动力客车的动力系统结构 形式复杂多变，如何从各个动力系统结构中选择合适的结构，我们就要对各种形式的混合动力汽车动力总成结构进行对比分析： 蓄电池 逆变器 电动机 驱动轴 发动机 发电机 nts 10 1、串联式混合动力电动汽车结构最简单，同时控制策略也不复杂，开发难度较小，可开发用于降低城市污染的公交车，并为其他类型的 HEV积累开发经验。在串联混合动力的两种常用控制方式中，由于功率跟随式控制策略在动力性和燃油经济性方面有较好的综合性能，所以该控制方式较为常用。采用功率跟随与恒温器综合控制方式引更有利于避免电池大电流放电和发动机的频繁启动，降低油耗提高排放性能。 2、并联式混合动力电动汽车可以 使油耗和排放都得到显著的降低，其控制策略优化后优点更加明显。采用小功率电动机和小容量蓄电池组的并联式混合动力汽车，能够极大地降低混合动力汽车的自重和制造成本，是十分有市场化前景的一种结构型式。特别是这种结构型式与 CVT配合，是获得较高的燃油经济性、较低的排放、平稳的驾驶性能的一种比较理想的系统型式。对于这种系统，如何对蓄电池组的 SOC进行合理而有效的能量管理是获得整车最佳燃油经济性的关键。电力辅助控制策略是并联式混合动力电动汽车较为普遍采用的一种控制策略。电力辅助控制策略比较简单，易于实现，但控制效果不够精 确。 3、混联式混合动力汽车易于实现最优的燃油经济性和排放性，但结构复杂，相对成本高。为了更好地解决当前大中城市普遍存在的空气污染严重问题，同时作为对低排放、低油耗车辆的探索，必须深化对其的开发工作。在混联式混合动力汽车控制策略中，全局最优模式是最佳的。发动机恒定工作点模式、发动机最优曲线模式这两种控制策略是比较实用的控制方法。 与串联和并联式混合动力汽车的动力系统相比，混联式结构相对要复杂一些，自由度也要多一些，控制方式比较复杂，但是在节能方面比较突出，符合目前的技术潮流与日益增长的环保和节能要求。另外动 力总成的重量和成本相对较低，虽然开发成本比较高，控制器和控制策略复杂，但是对于我国的汽车先进制造技术积累与持续发展有着重要的意义。 4、三种混合动力的比较 不同驱动形式的混合动力各自有自己的特点，下面介绍三种比较的结果：串联式发动机能够经常保持在稳定、高效、低污染的工作范围。但各动力部件的功率要求大，并且对电池要求很高，容量大，增加了电池和汽车的制造成本及重量。电机是唯一的动力源，能量转换效率低。所以比较适合大型公交车上。 并联式动力总成由发动机和电机两部分组成，发动机通过机械装置直接与驱动轴相联，输出能量 的利用率较高。但发动机的变化受到车子工况变化的影响大，nts 11 所以排放性较差，使用的范围较小，使用小型汽车，更适合在高速公路上行驶。 混联式发动机功率选择较小。排放性能较好。对电池依赖比较小，基本上不需外来充电系统。三动力源传递效率高，使用车型范围广。且发动机工作不受车辆行使工况的影响。不要求像传统发动机那样具有良好的响应特性及宽广的转速运行范围。另外，它不要求即具有最大转速又要最大转矩的特性，而这特性是传统发动机调整匹配时比较难解决的。可以充分利用串联式和并联式的优点，确保发动机和电动机基本上工作在经济区，大大的 提高了车辆的经济性。但其结构和控制复杂。虽然三种混合动力电动汽车各自都有自己的特点，总的来说混联式是最优的，但是其结构和控制的复杂。所以在国内的研究发展的速度还是很慢的。其动力系统比较见表 2.1所示。 表 2.1 动力系统比较 燃油经济性改进 驱动能力 怠速停车 能量回收 高效率运转控制 总效率 加速性 持续功率输出 串联式 口 口 口 并联式 口 口 口 口 混联式 口 口 很好口较好 稍差 2.2.2混合动力系统结构选型依据 1、使用环境 城市客车运行的 工况有以下显著特点： (1)城市客车由于交通拥挤，站距短，因而起步、停车频繁，大多数时间以加速 减速 滑行 怠速等过渡工况工作，且平均加速度小。 (2)城市道路有其自身特点随着城市基础设施建设的逐步完善，城市道路条件逐步完善，道路质量比较好，车辆行驶较平稳；由于大城市广泛采用了立体交通，立交桥路面坡度一般为 4%-6%，在没有公交专线的情况下城市车辆行驶速度较低。 (3)路线固定，往复运行城市公交车不像其他车辆运行路线千变万化，而是每天都在指定线路运行并来回往复。每条线的车辆都在固定站点停靠，而且现在城市广泛 采用了立体交通，立体桥线路的车辆每天在固定地段爬坡和下坡。运行时间固定。 (4)载荷多变且时间特征明显随着城市规模的逐步扩大，城市交通网也日趋复杂，城市公交线路众多，每条线路的长度也不相同，每条线路途径地区的行驶速nts 12 度、道路特点、乘客数量各不一样，上、下班高峰时段和中心城区乘客拥挤，非上、下班高峰期和郊区乘客相对稀少，车辆负荷低，造成了能源的极大浪费。 2、性能要求 不同类型的 HEV之间性能差异十分明显，在选型时必须注意由动力系统结构引发的性能差异。考虑到加速性和经济性的综合要求，混联式成为合适的选择。 3、 技术条件 所谓技术条件，除研究开发的条件和力量外，还包括工业基础。强调工业基础是因为一些常见的动力系统部件，我国的产品水平还不能满足需要或尚无法生产。进行时间的产品开发总会有一定的进度要求，如果技术条件无法保证，就难以实现预定开发目标。开发性是指动力系统需要进一步完善的空间。产品性能是一个完善的过程，同样开发工作也不可能一步到位，也需要进行不断的完善。 4、成本和使用维护费用 动力系统的结构对 HEV成本影响很大，这是因为不同类型的动力系统对部件的种类、数量和性能要求差别很大。而部件的种类、数量和性能指标是影 响 HEV成本的主要因素。选型时还应考虑使用、维护费用，结构越复杂，故障率越高，使用和维护费用也越高。 通过上述分析本文所采用的混联结构如图 2.4所示。 机械能 电能 图 2.4 本文所选混联结构示意图 内燃机 离合器 1 变速器 发电机 离合器 2 电机控制器 蓄电池 电动机 驱动桥 车轮 车轮 nts 13 这套动力系统的布置的工作原理为： 模式 1(离合器 1分离，离合器 2结合 )：当车辆处于开动和低速或中速 (比如公交车站内行驶，拥挤交通等 )的这种非经济区时，发动机处于关闭状态，车辆仅由电动机驱动。 模式 2(离合器 l， 2均结合 )：车辆中等负荷时，发动机的功率被分成两部分，一部分用于发电，从而补充蓄电池电量；另一部分直接驱动车辆。功率的分配以整车最佳效率为原则。 模式 3(离合器 l， 2均结合 )：当车辆有大功率需求 (比如加速、上长坡等 )时，发动机在保证经济性的情况下以最大功率向车轮输出，同时电动机根据情况对整车需求功率进行补充调节。 模式 4(离合器 1分离，离合器 2结合 )：车辆中等负荷，道路变化复杂时，发动机处于一特定经济区对车辆需求功率进行实时跟踪，为避免蓄电池充放电损失，控制做到蓄电池能量的进出较小。 模式 5(离合器 1分离 ，离合器 2结合 )：车辆中等负荷，道路变化复杂时，当前蓄电池电量不足时，发动机处于一特定经济区工作，在满足车辆需求功率和蓄电池有较佳充放电效率的前提下，对蓄电池进行电量补充。 模式 6(离合器 1分离，离合器 2结合 )：车辆制动时，电动机按照发电机模式工作，将车辆的动能回收并以电能的形式存储到蓄电池中。该模式下，发动机不发电。 模式 7(离合器 1分离，离合器 2结合 )：车辆制动时，电动机按照发电机模式工作，将车辆的动能回收并以电能的形式存储到蓄电池中。该模式下，发动机同时驱动发电机发电并将电能存储于蓄电池。 模式 8(离 合器 1， 2均结合 )：车辆制动时，离合器 1保持结合，电动机按照发电机模式工作，将车辆的动能回收并以电能的形式存储到蓄电池中。 模式 9(离合器 1结合，离合器 2分离 )：由电动机快速启动发电机至特定工况，发电机不工作。 模式 10(离合器 1， 2均分离 )：车辆驻车和停车状态下，当蓄电池电量不足时，发动机在特定的经济工作区驱动发电机发电向蓄电池组提供电量补充。 2.3 混合动力电动汽车法规及标准 2.3.1 我国已经或即将发布的电动汽车标准 nts 14 我国在纯电动汽车的研究开发时，就意识到研究相关技术标准的重要性，混合动力电动汽车 的产业化更需要标准的规范和引导。混合动力电动汽车是国际上最先得到规模化商业应用的电动汽车类产品，技术趋于成熟，相应的技术标准也在不断完善。因此科技部在 “863”计划中将 “混合动力电动汽车标准研究与制定 ”立为专项课题。此项研究在 2004年 12月通过科技部验收，前后历时两年，陆续共完成 15项国家标准草案和 2项标准研究报告，其中 13项标准草案已经国家发展和改革委员会同意向国家标准化管理委员会报批 (国家标准电动汽车术语在 2005年初已经正式批准发布 )，包括针对混合动力电动汽车的标准 6项，电动汽车共用的标准4项。 在国外特别是日本、美国混合动力电动汽车开发和应用取得突出进展的情况下，科技部将发展混合动力技术明确为 “十五 ”期间电动汽车研究和产业化的重点。为加快我国混合动力电动汽车产品的开发和生产，缩小与先进国家的技术差距，增强我国汽车工业在新技术领域中的竞争力，混合动力电动汽车标准的前期研究工作自 2002年初启动，针对标准制定的重点领域和技术路线在国内相关企业和高等学校、研究机构进行了较为广泛和深入的调研，还进行了国内外标准资料的收集分析等准备工作。 在随后两年的研究中，对上述 16项标准中的 5项进行了修订，又新制定了 10项新的国家标准 (其中 6项是专门适用混合动力电动汽车的标准 )，提出 2项标准的研究报告，电动汽车标准体系进一步充实。 我国已经或即将发布的电动汽车标准目录 1、电动道路车辆用铅酸蓄电池 2、电动道路车辆用金属氢化物镍蓄电池 3、电动道路车辆用锂离子蓄电池 4、电动道路车辆用锌空气蓄电池 5、电动汽车安全要求第 1部分：车载储能装置 6、电动汽车安全要求第 2部分：功能安全与故障防护 7、电动汽车安全要求第 3部分：人员触电防护 8、电动汽车动力性能试验方法 9、电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法 10、电动车辆的 电磁场辐射强度的限值和测量方法宽带 9kHz 30MHz 11、电动汽车定型试验规程 12、电动车辆传导充电系统一般要求 nts 15 13、电动车辆传导充电系统电动车辆与交流直流电源的连接要求 14、电动车辆传导充电系统电动车辆交流直流充电机 (站 ) 15、电动汽车用电机及其控制器技术条件 16、电动汽车用电机及其控制器试验方法 17、电动汽车术语新制定 18、电动汽车用仪表新制定 19、电动汽车操纵件、指示器及信号装置的标志 20、电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求 21、混合动力电动汽车安全 要求 22、混合动力电动汽车动力性能试验方法 23、混合动力电动汽车定型试验规程 24、轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法 25、轻型混合动力电动汽车污染物排放测量方法 26、重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法 27、重型混合动力电动汽车排气污染物测试方法 28、混合动力电动汽车综合性能道路试验规程 2.3.2 采用国际标准和国外先进标准 在我国，采用国际标准和国外先进标准是指导标准化工作的重要原则，在混合动力电动汽车标准的研究与制定工作中也得到贯彻。相对而言，我国在汽车技术领域的基础研究和技术开发 水平与国外先进水平存在着不小的差距。尽管在电动汽车技术方面我国在着力改变这种局面，也取得了可喜的进步，但由于整体技术水平和工业基础的限制，能够在国际上有影响的技术创新还偏少。因此，充分借鉴国际上相对成熟的标准成果对于发展我国的电动汽车技术是有益和必要的。当然，将我国在技术创新上的成果更多地在标准中体现，甚至争取向国际标准化组织提交，是我们追求的目标，尽管目前这种情况还不是很多见，但在混合动力电动汽车标准中已有良好的开端。在重型混合动力电动汽车的能耗和排放测试方面，少数国家有大型的整车排放转鼓，而这种昂贵的测 试条件对我国目前还不现实。在国外也缺乏成熟经验和规范的情况下，东风电动车公司等单位对各种可替代的方法进行了研究。其中，为在道路上进行能耗试验，将中国汽车技术研究中心承担的另一 “863”项目 “我国典型城市行驶工况 ”的研究成果 “城市公交循环 ”作为测试循环之一采用，使得在标准中，有了针对我国城市道路条件的试验方法，这nts 16 是在制定汽车标准中的一大进步，得益于丌展了更深入的基础研究。采用国际标准和国外先进标准并不是直接采用国外企业的标准。虽然越有技术实力的企业对各国乃至图际标准的影响力越大，也在一定程度上反映技术发展的趋 势，但要成为大家公认的技术标雄，必须要经过广泛协调，综合反映各方面的意见。在我们收集和借鉴的混合动力电动汽车标准中，包括国际标准 (ISO)、联合国欧洲经济委员会法规 (ECE)、欧洲标准 (EN)、美国汽车工程师学会 (SAE)、日本电动车协会(JEVS)、美国电动车运输应用协会 (ETA)等国际性、地区性和各国行业性组织的标准或规范，特别是 ECE、 ISO、 SAE对我国标准的参考作用更突出一些。 2.4 混合动力汽车关键技术 混合动力汽车要进入实用化，需要具备高比能量和高比功率的能量存储装置，低成本、高效率的功率 电子设备和燃料经济性高、排放低的发动机，需要解决的关键性技术问题包括以下几个方面：混合动力单元技术、能量存储技术、电力驱动系统和、混合动力汽车仿真技术和多能源总成控制策略。 2.4.1 混合动力单元技术 混合动力汽车的动力可以同时来自热力发动机和电动机。在混合动力汽车上，热力发动机又被称为混合动力单元，与传统汽车发动机相比，其作用发生了变化。在并联混合动力汽车上，混合动力单元通过传动轴驱动车轮，同时电动机也承担一部分驱动的功能，因而使得混合动力单元能够采用尺寸更小、效率更高的热力发动机；在串联混合动力汽车上 ，混合动力单元驱动发电机产生电能，由于汽车的行驶与发动机没有直接的联系，因此混合动力单元也能够采用小型高效的发动机，且其运行工况可以固定于较小的高功率区。 当前，混合动力单元研究的主要对象是热力发动机和燃料电池。在燃料的使用方面出现了很大的变化，除了汽油之外，还有天然气、液化气和酒精等代用燃料。要提高混合动力单元的燃料经济性，对混合动力单元必然提出更多的要求，例如要求混合动力单元能够快速起动和关闭，并降低起动时的排放等。混合动力汽车的主要目标就是降低排放，所以，控制混合动力单元的排放将是今后研究的重点。 2.4.2 能量储存技术 目前运用于混合动力汽车上的能量储存装置主要还是高能蓄电池，虽然超级电容器、飞轮电池等新型能量储存装置也在研究开发范畴，但是近期最有希望进入实用化的还是高能蓄电池。现在，镍氢电池和锂离子电池已可达到混合动力汽nts 17 车的使用要求。镍氢电池已广泛地应用于电动汽车。镍氢电池技术的关键是，其能够储存氢的合金应该是一种能够稳定地经受无数次循环，反复使用的材料。镍氢电池容量大，可以循环使用，主要缺陷是成本高，效率低，同时还需要控制氢的损失。锂离子电池电压高，能量密度大，有更高的功率，且充电时间短。目前锂 离子电池还处于实验室阶段，正在进行其基本性能和寿命的试验。从发展看，能量储存装置的研究包括以下几个方面： (1)研究电池内部的连接、检测、监控以及便于将整个电池子系统安装在汽车上的支撑机构。 (2)电池设计和制造方面的改进。要降低制造成本，改善电池的性能和提高寿命，要达到的目标是：使用寿命达到 10年，至少循环使用 l 2万次。 (3)电池的热能管理及剩余电量管理。由于电池的工作温度范围不可能覆盖汽车的工作温度范围，为了保证电池系统的统一，减少各电池单元之间的不平衡，需要一个有效的热能控制系统。此外，电池的剩余 电量直接影响混合动力汽车的经济性和排放，因此需要有效的测试方法和控制装置。 2.4.3电力驱动系统 在混合动力汽车上，电动机的作用是将由发电机或储能装置提供的电能转换为用于驱动车轮的机械能。与传统汽车不同的是，电动机在低速时可以提供满载转矩，而发动机则必须要等到 “暴跳如雷 ”时才能够输出满载扭矩。这样就使混合动力汽车具有出色的起步加速性能。此外，用于混合动力汽车的电动机还低噪声、高效率，同时具有对电压波动不敏感等性能。用于混合动力汽车的电动机类型有交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。目前具有代表性的是 交流感应电动机，但这种电动机与生俱来就很难解决其功率和效率之间的矛盾。因此，需要研究出能够用于混合动力汽车的，具有更高效率和功率密度的永磁电动机、开关磁阻电动机等先进电动机，以替代目前使用的交流感应电动机。同时对电动机的控制方法和冷却系统的研究也应继续深入。 2.4.4混合动力汽车仿真技术 在研究和开发混合动力汽车的部件和选择最佳结构时，需要设计和制造者能够很快缩小研究范围，找到技术突破口。技术方案选择阶段，在系统选择上，可依靠高效的建模工具计算机，通过交替使用候选的子系统进行模拟仿真，从而找到最佳的方案。 计算机模型为每个候选子系统提供了详细规格和设计参数，从而方便了设计者的工作，而且还有助于为设计和制造样车制定工程目标和计划。 nts 18 目前，国外用于混合动力汽车的仿真软件很多，如 SIMPLEV、 CarSi、 HVEC、CSM、 HEV和 V-Elph等，各大汽车生产厂家也有自己的仿真软件。在众多的汽车仿真软件中， ADVISOR是专门为美国能源部混合动力电动汽车计划而开发的混合动力汽车仿真软件。 ADVISOR可通过简单的物理模型和经过性能测试的各总成去建立实际的或想象中的汽车，其主要功能在于能够对还未制造的汽车进行性能预测 ，即能够提供制造一辆汽车需要确定的性能参数，包括加速性和爬坡性能、燃料经济性以及排放性能等。而国内目前还没有较系统和成熟的混合动力汽车仿真软件，因此，这也是我国汽车工业应该研究的一个方面。 2.4.5多能源控制策略 混合动力汽车与传统车辆相比最大的不同就是动力源的增加，这就导致了在混合动力汽车中能量流动方向的多样性。多能源控制策略就是解决汽车行驶时所需要的能量和功率何时和如何由车上各种不同的动力总成来提供能量管理问题，也就是如何根据使用要求有效的利用不同类型的动力源，以达到节能环保的目的。控制策略是混合动力 汽车的灵魂所在，因为其直接影响着能量在车辆内部的流动，从而影响车辆的动力性、经济性以及排放指标。 2.5 本章小结 本章进行了对混合动力系统串联、并联、混联方式的介绍，对每种布置方式的特点进行了分析。通过对城市客车的使用工况、环境以及技术条件的分析，确定了采用混联方式的设计路线，兼有内燃机车和电动汽车的优点。 nts 19 第 3 章 混合动力城市客车动力系统设计 3.1 城市公交车工况特点 3.1.1 城市工况分析 世界范围内的车辆行驶工况 (见下图 3.1， 3.2， )被分成三组：美国行驶工况、欧洲行驶工况和日 本行驶工况并且以美国 FTP(Federal Test Program)为代表的瞬态工况 TDC(Transient Driving Cycle)和以 ECE(Economic Commission for Europe)为代表的模态工况 MDC(Modal Driving Cycle)广为采用。世界各国采用的行驶工况主要来自汽车工业发达国家，同时这些国家仍持续地对车辆行驶工况进行修正和补充。 图 3.1 美国 FTD 图 3.2瞬态工况 TDC和 ECE nts 20 3.1.2混合动力城市客车动力性指标的确定 不同类型的车辆 有不同的性能要求，对于混合动力城市客车而言，其经济性和排放应优于传统客车，其他方面应与传统客车一样。由于受成本的和性能的制约，混合动力电动汽车在设计时必须按照目标行驶工况进行有针对性的设计，提出合理而又恰当的整车动力性指标。通过十五 “863”重大专项课题的研究，我国已经制定出了典型城市公交车行驶工况，如图 3.3所示。通过对该工况的统计分析，其主要的特征参数
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号