内容简介：: 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006年(第28卷)第6期汽车工程Automotive Engineering2006(Vol . 28)No. 62006122中国城市乘用车实际行驶工况的研究33 国家科技部863项目(2003AA501993)资助。原稿收到日期为2005年4月27日,修改稿收到日期为2005年8月15日。李孟良,张建伟,张富兴,赵春明(中国汽车技术研究中心,天津 300162)摘要分析了中国3个典型城市(北京、上海和广州)车辆行驶的速度、怠速、最大速度、加速度以及行程等特征及其分布特征;结合交通特性研究了车辆行驶运动学水平。研究表明,现行采用ECE15工况与实际行驶工况相比,车辆燃油消耗被低估约10%;覆盖的车辆工况范围远远小于实际行驶工况,不适用于车辆设计开发要求。关键词:乘用车,实际行驶工况,数据分析A Study on RealDriving Cycle of Passenger Cars in Typical Cities of ChinaL iM engliang, Zhang Jianwei, Zhang Fuxing & Zhao Chunm ingChina Automotive Technology and Research Center, Tianjin300162 AbstractThe real driving cycles, including the features of driving speed, idling, maximum speed, accel2eration and travelmileage, aswell as their distribution features in three typical cities (Beijing, Shanghai and Guan2gzhou) of China are analyzed, using principal components analysis and cluster analysis .The study indicates thatcompared with real driving cycle, the ECE15 test cycle currently adopted under2esti mates the car fuel consumptionby around 10 % , and covers far lesser driving modes, so notmeeting the requirements of vehicle development .Keywords: Passenger car, Real drivi ng cycle, Data analysis1 前言行驶工况用于确定车辆污染物排放量和燃油消耗量、新车型的技术开发和评估以及测定在交通控制方面的风险等,是汽车工业一项核心技术。行驶工况与所在国家交通状况密切相关。世界上有多种形式的行驶工况,除了约50种知名的不同地方和城市的实际行驶工况外,还有美国的FTP75、欧洲ECE15和日本的10115等法规用行驶工况。中国乘用车行驶工况采用的是ECE15,其加减速度水平简单,不能满足车辆开发设计需要。新一代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向,针对电动车辆的动力特征,行驶工况成为这项研究必备的核心技术,急需开发一个符合实际交通运行情况的行驶工况。2 实际行驶工况的收集及其处理方法211 路段选择为了保证原始采样数据的代表性,依据一定的路网覆盖率、时间安排正交组合和等概率抽样3个原则1 ,在北京、上海和广州3个中国代表性城市,调查并规划了试验路线。道路调查是开发车辆行驶工况的最基础的阶段,其目的是从多条道路中筛选出有代表性的试验路线,这种路线反映了车辆在道路上的空间和时间规律,其结果能够以少量试验获得代表全局特征的统计结果。车辆行驶工况主要受道路等级(快速道、主干道、次干道及支路,以及车道数、机非混合等)、交通强度(车辆流量、周转量或饱和度等)以及交叉口密度(路段内交叉形式和数量)以及时间等4大因素的影响。通过调查、收集城市区域一个周期内交通流 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006(Vol . 28)No. 6李孟良,等:中国城市乘用车实际行驶工况的研究555 的相关数据,进行统计分析(计算路段运动学得分)、将不同得分分类成几种不同层次的类别,再根据研究者的条件进行不同数量的概率抽样,确定试验路线和试验时间。212 测量方法基于交通流理论(v=KQ,式中v为车速; Q为车辆流量; K为车辆间距)1 ,通过交通流调查获得交通流水平和份额所对应的路线。这样在忽略时间差异前提下,可以用少量的车辆在这些路线上运行调查来获取车辆运动学数据。试验车辆需要确定3方面内容:车辆类型、数量以及驾驶员。车载数据记录设备的采样频率(一般有5Hz、2Hz和1Hz)也是很重要的因素。时间间隔越长,数据波动越小;但过大的采样间隔将会平滑掉较大的正加速度值,也将低估低速比例。由于较大的加速度值对车辆设计和评价有较大的影响,需要避免出现这种误差。根据车辆传感器配置(车轮每转一周脉冲数的多少)情况,采用2Hz (015s)的采样频率。213 数据的采集与处理方法2 - 3 在规划路线上试验调查汽油轿车道路行驶的实际状况,记录车速、发动机转速、燃油消耗、环境温度等参数。行驶时间为7: 0010: 00、11: 4013: 40和16: 3019: 30 3个典型交通时段。开展了两轮、覆盖不同季节的调查,实际行驶里程分别为:广州2 103km,上海2 560km,北京2 298km。图1 运动学片段定义将整个车辆运动分割成“ 从一个停车怠速开始到下一个停车怠速开始的运动学片段 ”(简称片段,如图1,填充点为怠速点) ,行程就是各种片段的组合,表达为速度时间曲线。对片段进行如下描述:片段长度、怠速时间、持续时间、平均速度、运行速度、最大速度、加速度、减加速度以及描述速度和加速度的标准偏差等,构成描述特征。同时,将速度(070km /h、70km /h以上为一组)和加速度( - 315315m /s2)按一定的间隔(10km /h和0115m /s2)分成若干等份,分别计算它们各自所占的比例,构成片段分布特征。3 数据的结果及其分析3113个城市数据的结果乘用车在3个城市、两轮6次试验结果片段主要综合描述特征值见表1,包括了持续时间T、加速时间Ta、减速时间Td、怠速时间Ti、匀速时间Tc、行程S、最大速度vmax、平均速度vm如平均运行速度vmr;图2为试验结果片段的速度分布特征。其中P0代表怠速段; P70代表70km /h以上速度段;P0 - 10代表010km /h速度段(依次类推,Pa-b代表abkm /h速度段)。而加速度分布则基本呈现相同的分布态势,图3显示总的分布,从中可以看到正负加速度呈不对称分布,低速时制动多,图4的速度加速度联合分布也表现了这点,负加速度的绝对值要大于正加速度,前者比例也高于后者;同时该图的工况覆盖表明调查具有广泛的代表性。表1 各城市描述特征值对比值特征值北京市上海市广州市第3次第4次第2次第6次第1次第5次T/s142116143198145196136128193136175154Ta/s391928401062451725401936571563531809Td/s431759431586451023391766591629541861Tc/s30154633154220184521161331979271712Ti/s27192426178834137331971421191391154S/km018135019051019373018665110771111312vmax/kmh- 1120192127131121144120171115108115167vm/kmh- 12216022216323111722189231053231199vmr/kmh- 126166226164928182929136261401281731图2 速度区间分布对比图结果证明,我国交通怠速比例高、平均车速低、车速变化频繁。3个城市工况多参数分布形态差异明显,低速比例都较高,而车速在30km /h以下的分 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 556 汽车工程2006年(第28卷)第6期图3 加速度分布特征图4 速度加速度联合分布布各不相同。如怠速比例北京最低、上海最高,这是由于北京的立交桥多,上海的红绿灯多。调查和统计结果符合各个城市的交通流特征,代表了各自城市的车辆实际行驶工况特征。312 典型城市行驶工况模式行驶工况是一个定型的车辆驾驶速度图样,用时间-速度图表来描述,时间步长为1s。根据使用目的不同,从海量的数据中构建的行驶工况不同。无论实际行驶工况为何种形式,由于最终的数据来自海量的实际车辆运行调查数据的解析和提取,所以在统计学上和海量的数据库的特征需要保持相似。根据这个要求,对于每个城市的行驶工况可以遵照下述程序按照表1和图2的数据统计分布特征构建。按照自身特征分布规律抽样从片段数据库挑选n个片段,构建出运行时间适当、反映原始数据特征、具有代表性的行驶工况。构建工况的基本原则是概率相近原则,即构建的工况与原始数据特征值概率分布在一个误差限值内相近。采用数值分析技术3 优化计算模型。对于中国城市工况,合并3个城市的调查数据构建一个共有工况的基础数据库。在路段选择时,基于创立的覆盖率原则,采用相同的“ 尺子 ” 来规划不同城市的调查路段;从结果上看,考虑到3个城市广大的区域和车辆情况的差异,关键因素如平均速度和平均运行速度以及速度区间分布等等,在3个城市之间以及3个城市与平均之间的结果具有较强的可比性,如表1和图2。313 典型城市工况汇总分布特征图5为综合工况中片段的持续时间、行程、最大速度和平均速度的频度分布特征。总体看来,车辆运动的特征非常复杂,具有宽广的运动学水平特征。持续时间从30300s以上,其中以120s比例最高,60180s占了约70%。行程片段覆盖的范围达到215km以上,但主要集中在1000m以内, 250m以内比例最高,反映了交通不通畅。这种特点在平均速度的频度分布也反映出来,片段的平均速度主要在30km /h以下,典型的拥挤交通速度特征;而从最大速度频度分布看,车辆运行仍可以达到比较满意的速度, 50km /h以上的比例也占到50%。结合平均速度和行程频度分布,说明最大速度难以维持较长时间,常被混乱的交通所中止。图5 综合工况片段主要特征参数频度分布314 综合行驶工况构建图6是解析构建的典型城市车辆行驶工况,简称为CDC城区与CDC快速。 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006(Vol . 28)No. 6李孟良,等:中国城市乘用车实际行驶工况的研究557 图6 典型城市车辆行驶工况4 与欧美日法规工况的对比411 统计特征对比将090km /h速度按10km /h的间隔分成若干等份(P0, P0 - 10,) ,分别计算美国UDDS(FTP72)、NEDC (新欧洲15工况)、10115 (日本)、EUDC (欧洲高速工况)、ECE (欧洲市区工况)、CDC快速(中国快速路工况)、CDC城区(中国城区工况)各自的速度区间概率分布,见表2。ECE是典型的拥挤交通车辆运行情况。CDC城区具有鲜明的特征,平均车速低,低速比例高。表2 工况的数值对比%UDDS EUDC CDC快速10115ECENEDC CDC城区P01819110103610325187321652418322154P0 - 10615011252161121109169618613119P10 - 20712321012107919813127914914177P20 - 301012911508163151898167612715165P30 - 40211532126615512141231981616913111P40 - 5020151201057191819311173141588186P50 - 606179415131697141011535115P60 - 70015830108315961510101172158P70 - 802134317628190191011271172P80 - 9041533176101010100011271101P90以上018020180201110071030412 台架试验对比针对NECE、FTP、10115工况和典型城市车辆行驶工况,在真实运行环境下进行燃油消耗测试,结果如表3。从结果看出,我国现在采用的ECE + EUDC15工况评价乘用车的燃油经济性,与CDC城区+CDC快速相比,分别低估了1516%和9198%。现有的评价程序将直接导致我国相关政策的制定水平。表3 实际燃油消耗比较L /100km工况类型油耗工况类型油耗CDC城区9157EUDC6111CDC快速6172UDDS8149ECE8128101159133413 工况仿真分析对比综合考虑整车动力性能及最大放电电流,确定电池数量和电机过载倍数,是电动汽车开发的关键。对某电动车型(84只80Ah锂离子电池,电机20kW)选择动力系统技术方案时电动车的动力性和续驶里程等项指标均可满足设计要求。以欧洲工况法行驶时最大放电电流未超过电池放电能力限值250A,但以典型城市实际行驶工况行驶时,电池最大放电电流过大,超过300A。按照欧洲工况设计,电池存在缺陷必须修改设计。图7、图8是电池在两种行驶工况下放电情况图。图7 电池在欧洲工况下放电情况图图8 电池在典型城市行驶工况下放电情况图(下转第529页) 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2006(Vol . 28)No. 6王晓明,等:混合动力轿车多能源动力总成控制系统研制与开发529 转矩变化过程中,电机转矩和转速变化平滑,总成系统的转速波动较小,机电耦合处于平稳状态。5 结论多能源动力总成控制系统实现了混合动力汽车的能量管理和分配,使得动力传动系能够协调工作,从而提高混合动力系统性能和效率。台架试验表明,系统可以按照设计的起动方式进行起动。系统实现了在设定点进行模式切换,包括充电纯发动机助推切换以及反向的切换。测试了制动模式的进入和制动力矩执行情况,系统基本实现了回馈制动充电功能。电子节气门执行算法的可靠性和准确性得到了验证。试验过程中,节气门实际执行值与指令值始终保持一致,而且动态响应能满足控制要求。通过对控制策略的深入研究和反复优化,确定了起动、行驶、制动、怠速等驾驶模式下的控制策略和能量管理算法。参考文献1 Shinobu Ochiai, Yasumichi Ohnuki .Description of the HybridTechnologyMounted to ProductionModelC. SAE Paper2001 -01 - 3418.2Engbert Spijker, Achim Seibertz, et al . An ISGwith DualVoltagePowerNet Stretching the Technology Boundaries for Higher FuelEconomyC.EVS 18, 2001.3Henry K Ng, John A Anderson, Michael J Duoba, et al .EngineStart Characteristics of Two Hybrid Electric Vehicles ( HEVs)2Honda Insight and Toyota Prius C .SAE Paper 2001 - 01 -2492. 4 Jim Walters, Harry Husted, Kaushik Rajashekara.ComparativeStudy of Hybrid Powertrain StrategiesC.SAE Paper 2001 - 01- 2501.5Kenji Nakano, Shinobu Ochai . Development of the Motor AssistSystem for the Hybrid Automobile2the Insight C .SAE Paper2000 - 01 - C079.(上接第557页)5 结论用“ 运动学片段 ” 分析了道路车辆交通特征,清晰地阐明了我国交通怠速比例高、平均车速低、车速变化频繁的车辆运行特点;用数值分析技术优化工况构建模型,开发了反映中国实际交通状况、满足车辆开发需要的典型城市乘用车行驶工况。初步对比研究证明,现行采用ECE15工况与实际行驶工况相比,车辆燃油消耗被低估约10%;覆盖的车辆工况范围远远小于实际行驶工况,不能满足车辆设计开发要求。参考文献1 李作敏.交通工程学M .北京:人民交通出版社, 2002.2Dembski N, Guezennec Y, et al . Analysis and Experimental Re2finement of Real2World Driving CyclesC.SAE Paper 2002 - 01- 0069.3 范金城,梅长林.数据分析M .北京:科学出版社, 2002.(上接第560页)动学特性进行计算分析。计算过程简单易懂,计算结果准确,具有实用性,为设计、优选此类悬架的参数提供了帮助。参考文献1 毛明,等.汽车双横臂独立悬架的运动分析 J .汽车工程,1989 (4).2 胡宁,等.双横臂独立悬架运动学分析 J .汽车工程, 1998(6).3 王其东,等,汽车双横臂式独立悬架机构运动特性分析J .合肥工业大学学报, 2001(6).4 李新耀,等.双横臂扭杆悬架的特性分析及设计计算J .汽车工程, 2003 (1).5 韩瑞,等.矢量代数在双横臂独立悬架运动分析中的应用J .公路交通科技, 2003 (6).6 戴旭文,等.汽车双横臂独立悬架的运动学分析和计算J .车辆与动力技术, 2002 (2).7 金叙龙.独立悬架运动特性分析J .汽车技术, 2001 (4).8 杨基厚.机构运动学与动力学M .北京:机械工业出版社,1987.粼 h4LSA.p藻以城市公交客车为突破口发展混合动力电动汽车徐华( 上海交通大学)孙振华( 上汽汽车工程研究院)1 混合动力电动汽车的特点1 . 1 定义混合动力电动汽车( H E V ) 是在一辆汽车中同时采用电动机和发动机( 内燃机或汽轮机) 动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的一种双动力系统新型汽车。其主要有三种类型: 串联式、并联式和混联式，见图l ,图2 、图3 0动、加速和爬坡时燃料消耗量增大和废气排放增多的不利工况。因此，混合动力电动汽车的油耗要比传统汽车降低3 0 %，排放可达到更高一级的标准。图4为混合动力藕合外特性图。扭矩发动机一电动机联合发动机电动机发动机/ 电动机速度 ( r / m i n )图4 混合动力藕合外特性图电气连接图 1 串联式 ( 2 ) 汽车在制动、下坡或惯性行驶时，制动及惯性能量转化成电能向电源充电，达到能量回收的目的，见图S o图2 并联式图5 能最流向图图3 混联式1 . 2 优势 ( 1 ) 混合动力电动汽车除通过控制策略使发动机经常处于效率最高状态下运转外，还充分发挥电动机低速大扭矩的特点，尽量避免发动机起 ( 3 ) 混合动力电动汽车的动力输出不完全依靠蓄电池，主要还是由发动机承担，电动机起的只是辅助作用。因此，蓄电池目前技术及成本上的制约对混合动力电动汽车的影响不大。 ( 4 ) 混合动力电动汽车对传统车辆的改制量不大，完全可以借用现有的车架车身平台及辅助系统，而且无需投人大量资金建立专门的储运和加油系统，能充分利用传统汽车工业现有的庞大上海汽车 2 0 0 4 . 9翼蒸鬃澎生产规模和社会基础设施。 ( 5 ) 由于混合动力电动汽车在一个较长时期内都是和内燃机汽车同步发展的，内燃机汽车发展的每一项新技术，都可转移或结合应用到混合动力电动汽车上。1 . 3 存在的困难 ( 1 ) 混合动力系统总成的重量和尺寸较大，对整车性能和布置带来一定的困难; ( 2 ) 混合动力电动汽车上的关键技术有待进一步研究，如高性能发动机及控制技术、整车控制策略、制动能量回馈系统、高功率电池技术及智能化电池能量管理系统等; ( 3 ) 混合动力汽车整车及关键零部件的试验测试标准有待进一步完善和统一; ( 4 ) 混合动力电动汽车投人市场后的价格比传统汽车高出2 0 %一 3 0 %，维修费用多出1 0 %-2 0 %，较难被市场接受; ( 5 ) 公众缺乏对混合动力汽车的认识和支持; ( 6 ) 政府还未制定出相关的扶植政策。2 城市公交客车的特点2 . 1 在城市发展中的地位公共交通是城市交通的重要组成部分，也是展现城市形象和文明程度的窗口，一直处于优先发展的战略地位。它给市民带来便捷、经济、实惠的出行服务，同时也为城市减少交通阻塞创造了条件。上海市在2 0 0 2 年颁布的上海城市交通白皮书中进一步明确了公共交通优先发展的方针，城市公交客车将作为上海公共交通的基础，以充分发挥其灵活方便、覆盖面广的优点，为市民创造更加快捷和舒适的出行条件。2 . 2 存在的问题在城市工况下，汽车开开停停非常频繁，发动机经常在怠速、加速和减速工况下工作，发动机的工作状态恶劣，排放和油耗都要比其他道路工况高。城市出租车与公交车历来是重要的污染源，以上海为例，仅占汽车保有量不到 1 0 %的出租车( 保有量为4 万辆) 和公交车( 近2 万辆) ，由于运行频繁，其排污量占到汽车尾气排放总量的5 0 %3 混合动力电动技术与城市公交客车结合的优势及意义 ( 1 ) 混合动力电动汽车在城市工况下能充分发挥其排放低和油耗省的优势，其技术与城市公交客车结合能有效改善城市的环境和能源问题; ( 2 ) 城市公交客车空间大，承载能力强，对混合动力系统的尺寸、重量要求远低于轿车和其他车型; ( 3 ) 城市公交客车在市区内行驶，对其最高车速、加速能力、爬坡能力的动力性能要求不如轿车及其他车型高; ( 4 ) 城市公交客车要求一次加注燃料的行程为3 0 0 - 3 5 0 k m ，混合动力公交客车的技术已可以达到; ( 5 ) 城市公交客车是定线、定时行驶，集中管理，便于在适当地点集中建立基础设施，进行维修、培训、管理; ( 6 ) 混合动力电动城市公交客车起步价高，私人购买比较困难，城市公交客车是为公众服务的设施，同时又具有节能和环保的特点，政府、社会、公众应在资金筹措上予以支持; ( 7 ) 通过混合动力电动城市公交客车的示范运行，让公众对新型环保节能的汽车逐渐认识并接受; ( 8 ) 通过开发混合动力电动城市公交客车项目，能够培养和锻炼一批在电动汽车领域的专业人才，作为汽车企业的技术储备，提升企业的竞争能力; ( 9 ) 混合动力电动汽车的关键技术在城市公交客车上的应用一旦成熟，可将其成果扩展应用到其他用途的车辆上。4 结束语混合动力电动技术和城市公交客车的结合，能够有效解决各自存在的问题，对推动混合动力电动汽车的产业化发展起着关键性的作用。混合动力电动汽车是介于内燃机汽车和电动汽车之间上海汽车2 0 0 4 . 93 9龚渊 kt l现代汽车制造金属材料的应用及发展方向晓青随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，低密度材料有较大幅度的增加，可以说，从9 0 年代开始，汽车材料向轻量化、节省资源、高性能和高功能方向发展。1 汽车制造的金属材料长期以来，钢铁一直是构成汽车的主要材料，在汽车用钢中，合金钢比例较高。国外不少汽车采用含C r , N i , M o 等元素的结构钢和含C o 量很高的永磁材料，而这些元素的资源都较稀缺，节约合金资源成为汽车材料开发和应用的要点之一。构成汽车的零件约有2 万多个，在这些零件中，使用了各种各样的材料。其中约8 6 %是金属材料，而在金属材料中，钢铁材料占了8 0 %。在9 0年代日本的消费量中冷轧薄板占3 7 %，热轧薄板3 3 %，特殊钢2 4 %; 另外铝铸材料的8 3 %都是用于汽车制造上，这对日本经济界的发展产生了很大的影响。汽车的车体钢板，以前使用的是容易成型的软质钢材。为适应轻量化的需求，以后开发了高张力钢板。这种钢板具有成型性好、强度高并可使板厚减薄的优点。车身外板用的钢板使用最多的是加磷的抗拉强度为3 5 0 一 4 0 0 M P a 的钢板，特别是轿车上使用的钢板， 2 0 %一 5 0 %都是高张力钢板。目前，正在进行研究将以前铸造的一体成型的发动机气缸体改用钢板冲压成型，可大幅度减轻重量而制成轻量化( 约3 3 %) 的钢板制气缸体。另外，驱动系统齿轮由于高功率输出、轻量化、降低噪声等的需要，对驱动系统齿轮提出了严格的质量要求: 强度好、热处理变形小。为达到这一要求，在钢铁材料的制造过程中，采用了连续铸造法。这种方法跟以前的铸锭法相比，具有冷却速度快、成分偏析少的优点，它与制钢时的真空脱气技术组合，可以满足齿轮所要求的强度。连续铸造法具有提高制钢时的材料利用率和降低制造所耗能源的优点，且由于制造工艺合理化也使成本有了降低。降低成本是和提高质量同等重要的课题，降低成本主要有两个手段: 一是减少合金元素的添加量和降低替代材料的成本。可将价高而且价格不稳定的含M o 的C r 一 M 。钢改用铂添加量只有其一半的半M o 钢和硼钢。二是降低零件制造成本。在这里为降低零件制造所消耗的能源而采用非调质钢，为提高加工能力，也有采用易切削钢。因为非调质钢添加了钒，控制了热锻后的冷却速度，省去了淬火、回火的热处理，故确保了强度。它可在汽车的曲轴、连接件、 F F车的车轮等部分使用，其用途可望得到进一步扩大。另外，对于易切削且强度降低少而用于齿轮的低铅、易切削钢是一种新的易切削钢材。它可用于小型车的变速器，并具有降低制造成本的效果。 . 新型弹簧钢新型弹簧钢主要指汽车悬挂系统的弹簧用钢，目前用得最广的钢板弹簧是S i的一种车型，它是一种内燃机汽车向电动汽车“ 过渡” 型的车辆，同时，也是一种“ 独立” 型车辆。H E V将存在一个较长的历史时期，并且在2 1 世纪的运载车辆中占有重要的地位。 2 0 1 0 年上海将举办举世瞩目的世博会，届时高效、环保的公共交通系统将极大提高上海的城市品味，完美体现“ 城市，让生活更美好” 的主题，使上海以一个生态都市的形象呈现在世界面前。上海汽车 2 0 0 4 . 9第卷第期吉林大学学报（工学版）年月（）收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；山东省自然科学基金项目（）作者简介：刘涛（），男，副教授研究方向：流体传动与控制：并联式液压混合动力车辆再生制动的影响因素刘涛，刘清河，姜继海（哈尔滨工业大学汽车工程学院，山东威海；哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨）摘要：分析了并联式液压混合动力车辆制动过程的能量损耗，确定了液压混合动力系统节能研究的重要方向。通过对比计算和仿真研究，分析了驱动方式、运行工况、扭矩耦合器传动比等因素对并联式液压混合动力车辆制动性能的影响。结果表明，采用前轴驱动方式，适当增大扭矩耦合器传动比，合理地选择液压蓄能器容积和工作压力有利于提高车辆在城市运行工况下的再生制动性能。关键词：车辆工程；再生制动；仿真；液压混合动力车辆中图分类号：文献标志码：文章编号：（），，（，，，；，，，）：（），，，，：；；；（）相对于电动混合动力技术，液压混合动力技术具有功率密度大，充放能量速度快，能量回收效率高等特点，在工程机械行走装置和军用车辆的驱动系统中得到广泛应用。影响液压混合动力车辆（）动力系统的因素十分复杂。本文分析了液压混合动力车辆制动过程的能量损耗，确定了液压混合动力系统节能研究的重要方向，重点分析了驱动方式、循环工况、扭矩耦合器传动比、液压蓄能器容积和工作压力等对再生制动的影响，试验结果为并联式液压混合动力车辆的研制和开发奠定了基础。工作原理并联式液压混合动力车辆（）主要由吉林大学学报（工学版）第卷发动机、变速箱、主减速器、液压蓄能器、扭矩耦合器和液压泵马达等组成（见图）。图并联式液压混合动力车辆工作原理图液压再生系统由双向变量泵马达以及液压蓄能器和溢流阀等构成，形成双动力驱动。在车辆制动和下坡时，液压泵马达工作于泵工况，回收车辆的制动能和位能，并将其存储于高压蓄能器中；在车辆起动和加速时，液压泵马达工作于马达工况，利用回收的能量为车辆提供辅助功率，实现余能的再次利用。再生制动过程能量损耗分析液压混合动力车辆的制动系统由液压再生系统和机械摩擦制动系统组成，再生制动对混合动力系统的燃油经济性、排放性和行驶安全性有着直接的影响。在不同的制动初速度下，车辆再生制动过程的能量回收与损耗如表和表所示。表制动过程基本参数序号制动初速度（）减速度（）制动时间制动动能可回收能量表再生制动能量消耗序号蓄能器压力车阻耗损能量制动系统能量耗损再生系统能量耗损制动能回收率不同制动工况下，车辆减速频率不一样，再生能量占整个制动能量的比例也有很大的不同。另外，混合动力系统虽然具有能量回收的功能，但并不是所有的制动能量都能回收，主要原因是：只能从驱动轮处回收再生能量，并且制动强度大于时，摩擦制动系统参与工作；受液压蓄能器的充放能效率、液压泵马达效率的限制；车辆在每次制动过程中由于初速度、制动强度、制动时间不同，再生功率大小呈现很大差别。在各部分能量损耗中，液压蓄能器和液压泵马达等的能量损失主要与元件的工作性能有关，而元件的工作性能受工作原理、材料性能和加工工艺的限制。车阻的能量损耗与车辆的行驶速度和整车重量有关，由于技术相对比较成熟，提高的幅度也比较有限。因此，制动能的高效回收、再生能量的有效利用、整车关键元件的优化匹配是液压混合动力车辆节能研究的重要方向。再生制动的影响因素分析驱动方式的影响并联式液压混合动力车辆的部分驱动和制动功能由液压再生系统完成，液压再生系统通过扭矩耦合器与驱动桥前的传动轴连接。在制动工况时，车辆的动能通过车轮传递到主减速器和扭矩耦合器，然后带动处于泵工况的液压泵马达进行能量回收。因此车辆的驱动模式对制动能的回收和制动效果有着直接的影响。制动过程中，车辆的前轴轴荷增加而后轴轴荷减少，因此在配备相同液压再生系统的情况下，前轴驱动的液压混合动力车辆具有更大的制动能回收潜力。前轴驱动和后轴驱动对再生制动效果的影响如图所示。可见，前轴驱动的并联式液压混合动力车辆在制动过程中能够提供更大的再生制动转矩，回收更多的制动动能，因此节能效果更明显。行驶工况的影响混合动力系统的循环工况主要分为市区循环工况和高速循环工况。在市区循环工况下，车辆平均车速低，负载需求转矩较小，发动机经常工作在低效率区域；高速循环工况的平均车速高，负载需求转矩高，发动机经常工作在高效率区域。行驶工况对并联式液压混合动力车辆制动能回收效果的影响如表所示。表中，表示零或近似零道路等级的市区循环；表示纽约市区工况；表示第期刘涛，等：并联式液压混合动力车辆再生制动的影响因素（）前轴驱动（）后轴驱动图驱动方式对再生制动的影响表循环工况对车辆制动能回收效果的影响循环工况（）（）（）（）高速城郊行驶循环；为模拟车辆在高速公路上行驶的情况；为车辆平均速度；为车辆平均加速度；为车辆最大加速度；为制动强度。为制动能回收率，等于回收能量与制动消耗总能量之比，反映回收能量占制动消耗总能量的比例；为能量回收率，等于回收能量与驱动总能量之比。可以看出，循环工况影响整车制动能回收的主要因素为：在城市行驶工况中，制动强度所占的比例大，整车制动强度越低，则制动能回收率越高。如行驶工况下，制动能回收率达到了。整车制动过程在行驶工况中所占的比例越大，整车制动能回收的潜力越大。在城市驱动循环下整车能量回收率普遍超过，而在高速公路循环下，由于车辆很少制动，能量回收率较低，如循环，整车能量回收率仅为。扭矩耦合器传动比的影响扭矩耦合器传动比的设定对车辆制动能的回收和液压泵马达的工作效率有着直接的影响。扭矩耦合器传动比增大有助于在更大的功率范围内回收制动能量，并且采用功率较小的发动机来减少或消除内燃机的怠速工况，从而达到提高车辆燃油经济性和降低排放的目的。扭矩耦合器传动比降低有助于提高液压泵马达的工作效率，但制动能的回收会受到一定的影响。扭矩耦合器传动比对液压泵马达的工作效率和制动能回收情况的影响如图所示，图中曲线上的数字为传动比。（）制动能回收情况（）液压泵马达工作效率图再生制动中泵马达的工作效率和能量回收吉林大学学报（工学版）第卷由仿真结果可见，随着传动比的增加，制动动能的回收能力逐渐提高，

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