第二章 混合动力城市客车的参数匹配.doc

4171公交车弱中度混合动力系统底盘

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公交车 中度 混合 动力 系统 底盘
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南京工程学院车辆工程系本科毕业设计(论文)第二章 混合动力城市客车的参数匹配2.1 城市客车运行工况分析 在车辆的选型、设计、匹配和性能测试中,要选择能够较好反映车辆实际运行条件的驾驶循环,通过软件仿真、台架试验和道路试验,对车辆的性能进行全面评价。国内在此方面已进行了一些工作。文献16-18对北京、上海、武汉等城市的车辆运行条件进行了调查,分别制定了上海市普通城区道路和高架桥的驾驶循环。为了开发电动汽车和混合动力客车,国内制定了北京市两条小公共汽车、武汉两条典型公交车线路的驾驶循环。文献19以某段道路为例,对车辆的实际运行驾驶循环与ECE十五工况等驾驶循环进行了对比分析。依据欧洲市区驾驶循环、中国城市四工况驾驶循环、北京城市公交驾驶循环以及武汉城市公交典型驾驶循环,对混合动力城市公交车(HEB)的能量经济性进行了预测,分析了产生不同结果的原因。这些工作对车辆的选型、整个动力传动系的匹配、控制策略的确定和相关零部件的设计有重要的意义。图2.1 (a) ECU_EDUC_low驾驶循环 图2.1 (b) ECU_EDUC_low 驾驶循环统计图首先分析驾驶循环对内燃机汽车性能的影响。城市客车驾驶循环的特点是人多、车多、道路拥挤、车速低。欧洲ECE驾驶循环是适合城市公交特点驾驶循环,如图2.1所示,ECE 是一市区循环,ECE 是一市郊循环,循环代表繁华路段,循环全程无停车、道路宽,行驶速度高,城市公交汽车循环主要是市区循环。驾驶循环工况对汽车的燃油经济性有很大影响,武汉是我国混合动力汽车的示范运营区之一,为使混合动力系统参数匹配的结果更适合实际运营工况,有针对性地自主开发了武汉公交实际驾驶循环。如图2.2所示,该循环的最高车速为62 km/h,平均车速16.5 km/h,平均加速度0.39 m/s2,平均减速度-0.48 m/s2,循环时间1314 s,行驶距离6.01 km。图2.2 (a) 武汉市区典型城市公交驾驶循环图2.2 (b) 武汉城市公交驾驶循环统计图2.2 混合动力城市客车的选型根据混合动力城市客车的运行特点和发动机功率使用情况,同时考虑到尽量对现有客车底盘改动小以及控制混合动力系统成本等问题,决定采用并联混合动力系统。它的主要特点是在电机的辅助驱动下,同样底盘的城市客车在满足动力性的前提下可以采用更小的发动机,实现“小马拉大车”,同时降低客车的油耗和排放。并联式混合动力系统有多种方式实现动力合成,而部件参数匹配的任务是协调部件间的关系,合理确定各部件的参数,以满足在保证整车的动力性指标前提下提高整车经济性的排放性能。所以设计的首要目标是满足车辆的动力性能,可以用以下三个指标来评价20:(1)起步加速性能,即车辆能在设定时间内由静止持续加速到额定车速的性能。(2)以额定车速稳定行驶的能力。对于并联混合动力车辆来说,发动机应该能够提供车辆以额定车速稳定行驶的全部功率,并能克服坡度大于3%的路面阻力。(3)以最高车速稳定行驶的能力。在并联混合动力汽车上,电机和发动机的输出功率总和应能满足车辆以最高车速行驶时需求的功率。本章将根据以上三条原则对动力总成的相关参数进行计算,完成混合动力总成元件的参数设计和匹配。本文以6120城市客车为基础车型,其基本性能参数如表2-1所示。表2-1 6120整车参数整车型号6120车辆外形尺寸(长宽高)11990mm2500mm3200mm轴距6100mm前悬/后悬2620mm/3230mm前轮距/后轮距2037mm/1860mm接近角/离去角7/7厂定最大总质量整车17700kg前轴6200kg后轴11500kg整车整备质量整车11000kg,11500kg前轴11500kg后轴11500kg最小转弯直径22m最大爬坡度36%最小离地间隙350mm最高车速70km/h底盘主要配置发动机型号YC6G240-20额定功率177/2200kw最大扭矩950/14001600离合器420螺旋弹簧,JL420IF变速箱QJ805/i=1.005.82 R=4.97悬架多片(可选少片)前桥6.5T后桥13T,i=4.875轮胎样车:275/70R22.5制动气压双管路,气管用尼龙管,不带ABS,可选国产自动调整臂辅助制动不带排气制动,不带缓速器。转向样车:ZF8098传动轴车架五段式油箱160L上海柴油机股份有限公司SC8DK230Q3型柴油机主要技术指标用途:车用 执行标准:Q/SC1617-2007排放满足:GB1769-2005(第三阶段) 标定功率:170(15%)kW试验标准:GB/T 18297 标定转速:2200r/min柴油标准:GB252 或 GB/T 19147 最大扭矩:830(16%)机油标准:Q/SC 677 上柴专用机油(API CF-4)最大扭矩转速:13001500r/min2.3 总体方案分析本文以YBL6110GH车型为基础,使轴距加长400mm,后悬加长160 mm,发动机相对于后轴后移82 mm,发动机角度为3度。车架前段及中段在YBL6110GH基础上轴距缩短10 mm,该缩短尺寸各用两块5 mm钢板塞和车架中段与外连接板中间来补偿。在此基础上选用上海柴油机股份有限公司SC8DK230Q3型柴油机为发动机,对变速器、主减速器和差速器进行了重新设计并进行强度校核。基于城市公交车辆运行工况复杂,需频繁启停而造成大量的能量消耗于车辆制动,本文提出一种机电复合制动能量回收理论,得用飞轮、电机、蓄电池协同工作,在控制系统控制下进行机械能的转移和机械能与电能的相互转换,实现制动能量的回收利用和二次牵引功能,达到起步助力的目的。机电复合制动能量回收系统设置在汽车驱动桥,结构如图2.3所示21。系统通过连接齿轮1与公交车传动轴6相连,连接齿轮1通过升速机构5、离合器4与飞轮2连接,飞轮与电机3连接。其工作原理为:其工作过程可以分为4个状态,即制动能量回收、飞轮保持高速转动、飞轮释放能量及飞轮为自由状态。具体如下:检测到车辆制动时,离合器接合,飞轮被整车驱动,飞轮的比功率大,可以以短时间内吸收大量的能量,并以高速转动形式存储能量,因此原消耗于制动器的动能就被转移为飞轮的动能;电机采用发电机工况,吸收飞轮的动能,转变为电能存于蓄电池,当飞轮转速下降到设定阂值,电机采用电驱动模式,保持飞轮稳定在该转速,以准备供给车辆起步时辅助能量;根据车速和飞轮的转速情况,在合适的时间离合器分离,飞轮吸收制动能量的过程结束:检测到车辆起步,接合离合器,飞轮释放其动能,实现起步助力的功能;若车辆小需再次加速或起步(例如可通过检测车辆停车后较长时间没有起步),则由电机吸收飞轮能量,直到最后飞轮转速低于一较小值。城市公交车在制动时其动能由于制动器摩擦片摩擦转化为热能耗散入周围环境,而采用本系统,部分制动能量直接转移为飞轮的动能,该动能短时间内在车辆起步时又转移为整车的动能,没有能量形式的转化,因此能量效率高。图2.3 系统结构简图1.连接齿轮 2.飞轮 3.电机 4.离合器
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