混合动力微型商务车动力系统的匹配计算

2023年12月5日发(作者：凯迪拉克凯雷德论坛)

混合动力微型商务车动力系统的匹配计算／方锡邦，吴哲，李大伟等　设计－研究　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－２５５０．２０１　１．０２．００９　方锡邦，吴哲，李大伟，王　方　ｆ合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥２３００２２）　摘要：针对某国产微型商务车的混合动力车型开发的初步设计要求，结合原车参数，运用汽车理论相关知识，简单有　效地计算出满足该车的动力系统参数，并选择合适的工况对初步设计进行仿真研究，为混合动力车型的开发提供了　动力系统匹配方案。　关键词：混合动力：动力匹配：ＡＤＶＩＳＯＲ仿真　中图分类号：Ｕ４６１．１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－２５５０（２０１１）０２－００３３—０４　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｍａｔｃｈ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　ＦＡＮＧ　Ｘｉ—ｂａｎｇ，ＷＵ　Ｚｈｅ，ＬＩ　Ｄａ—ｗｅｉ，ＷＡＮＧ　Ｆａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗｏｒｋ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｒｏｍ　ａ　ｈｙｂｒｉｄ—ｔｙｐｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｃａｌ　ｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｓｉｍｐｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ａｕｔｏ　ｔｈｅｏｒｙ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ．Ｃｈｏｏｓｅ　ａｎ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｍａｔｃｈｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｙｂｒｉｄ；ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｔｃｈ；ＡＤＶＩＳＯＲ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　环境污染问题及日渐枯竭的石油资源使得汽车　具有传统内燃机汽车动力性强和续驶里程长的优　的发展更加关注环保和节能…。一种融合了内燃机　点，是当前解决节能、环保问题切实可行的一种过　和电动汽车的优点的混合动力汽车（ＨＥＶ）成为了　渡方案　而插电式混合动力技术又是混合动力技　当今世界各大车企研究与发展的重点。它既具有　术的新趋势。　纯电动汽车高效率和低排放或零排放的特性，又　本文从原车使用环境、成本、性能及充电便捷　等各方面综合考虑，选择了插电式（Ｐｌｕｇ—ｉｎ）串联　收稿日期：２０１０—１０—２１　混合动力系统（见图１），对动力系统进行了匹配。　０．３３　ｂａｒ，发射机立即发射数据但不产生报警信号。　驾驶员的行驶安全，为安全行驶提供了可靠保证。但　３．７收不到信号检测　因该系统成本很高，此系统在重型车上应用还不是　运行工况（收到过惯性开关短接后发送的数据）　很多。目前也是部分厂家在进行浅尝辄止，考虑到成　下，在２０　ｍｉｎ内未收到某轮胎数据时，通过特定图　本问题，该系统目前普遍应用的可能性较小。但是该　表方式报警，直到收到该轮胎数据后自动返回正常　系统会越来越受到厂家的重视，在今后重型卡车向　模式　高端发展的时候，越来越多的重型汽车即将应用　ＴＰＭＳ系统。　４结束语　参考文献：　目前该ＴＰＭＳ系统已在某重型车上应用，并进　［１］德国ＢＯＳＣＨ公司编．ＢＯＳＣＨ汽车工程手册［Ｍ　３．顾柏　行了验证。结果证实装配了ＴＰＭＳ系统的车型，可以　良，唐振声，译?北京：北京理Ｔ大学出版社，２００４?　有效地告知驾驶员轮胎行驶中的状态，大大提高了　［２］ｓＡＥ　Ｊ１９３９，汽车Ｔ程协会定义ｓＡＥＪ　９３９协议［ｓ］?　?３３?　设计－矗矸究　串联式混合动力电动汽车　（ＳＨＥＶ）主要由发动　机、发电机和驱动电机三大动力总成组成，其主要　特点是采用电动机直接驱动车轮，电动机的电能　来自于蓄电池组和发电机。通过发动机带动发电　机产生的电能一部分用于给蓄电池充电，另一部　分经由电动机和传动装置驱动车轮，发动机在串　联式混合电动车中的作用仅仅用于给发电机发电　产生电能。　机构连接　电　连摇　图１插电式串联混合动力结构　１　整车参数及性能要求　本文研究将奇瑞汽车股份有限公司生产的某微　型商务用车改装成混合动力微型车，目前串联式混　合动力形式多用在城市客车和公交车上，而本文考　虑该车型的使用特点：多行驶于城乡结合处，多用于　载客或运送日常货物，需要频繁的起停车辆，而此特　点正是符合串联式混合动力的优势：适用于较频繁　的停车起步。因此试在小型商务车上实现串联式混　合动力的匹配工作。整车参数及根据使用环境提出　的性能要求见表１。　表１参数及性能　名称　值　满载质量　１　３６５　ｋｇ　轮胎半径　０．２６６ｍ　滚动阻力系数　０．０２０　ｃ【　风阻系数）　Ｏ３２　Ａ（迎风面积）　１．８９　ｍ　传动效率　０．９５　最大爬坡度　２Ｏ％　最高车速　≥８Ｏ　ｋｍ／ｈ　０～５０　ｋｍ／ｈ加速时间　≤１５　ｓ　?３４?　汽车科技第２期２０１１年３月　２动力系统匹配　任何车辆的动力系统都要求：①产生足够的动　力以满足车辆性能的需要；②配置充分的车载能量　以保证车辆行驶给定的路程；③高效率与低排放［２］。　基本的车辆性能包含最高的巡航车速、爬坡能　力和加速性能。通过牵引力曲线与阻力曲线的交点，　即可求得最高车速，如图２所示。　Ｚ　童　唧　一　料　桌　＃　图２牵引力一阻力随车速变化关系　动力系统的初步设计匹配可根据整车性能要　求，运用理论公式进行计算。　２．１　汽车行驶功率需求　运用汽车理论相关公式可计算出不同行驶功率　需求。　最高车速功率需求Ｅ３　卵１（ｒｒ、　　３００　＋Ｕ　／　簪）（ｂｌ４Ｕ　、　１）　最大爬坡度功率需求Ｅ３　７　１（　。＋　。）（２）　满足加速性能的功率需求［４ｊ　ｍ（　＋　ｃ　（３）　由（１）、（２）、（３）式计算所得功率见表２。　表２功率需求　ｋＷ　性能要求　计算值　最高车速为８０　ｋｍ／ｈ　１Ｏ．５５　以２０　ｋｍ／ｈ爬２０％的坡　】７－２９　０～５０　ｋｎ１／ｈ　口速时间≤１５　ｓ　１１．７５　２．２’驱动电机参数选择　驱动电机是串联式混合动力电动车的唯一驱动　系统，参数匹配尤为重要，要在满足动力性的前提下　尽可能减少整车的非有效载荷。　混合动力微型商务车动力系统的匹配计算／方锡邦，吴哲，李大伟等　设计－研究　２．２．１　功率　峰值功率要大于或等于车辆所需最大功率，同　时要保证各部件质量总和最小，以利于提高电动机　效率和减小尺寸，降低整车成本。所以，选择电动机　的峰值功率时，能满足车辆最大需求功率即＝－－ｙ　Ｅ引，从　表２可得电机的峰值功率不小于ｌ７．２９　ｋＷ，额定功　率取在平路上以最高车速行驶时所需功率，即为表　２中第一项计算的功率１０．５５　ｋＷ。　２．２．２　电机转速　电机最高转速可由公式计算：　６０Ｖｍ￣，Ｘｉ０『¨　一一２￣ｒｒ×３．６　一为最高车速８０　ｋｍ／ｈ，ｉ。为主减速比，ｒ为车　轮半径，算得最高转速为４　９４８　ｒ／ｍｉｎ，取最高转速　５　０００　ｒ／ｍｉｎ．参照多个电机参数后将额定转速暂定　为２　０００　ｒ／ｍｉｎ。　２．２－３　转矩　Ｄ　根据公式Ｔ＝９５５０　算出最大转矩和额定转　１７，　矩：Ｔ￣＝８６　Ｎ?ｉｎ，　＝５３　Ｎ?Ｉｎ。　根据以上计算数据，驱动电机的具体参数见　表３　表３电机参数　名称　数值　峰值功率　１８　ｋＷ　额定功率　１ｌ　ｋＷ　额定电压　７２　Ｖ　峰值转矩　８６　Ｎｉｎ　额定转矩　５３　Ｎｉｎ　最高转速　５　ｏｏＯ　ｒ／ｍｉｎ　额定转速　２　ｏ００　ｒ／ｍｉｎ　２．３发动机一发电机（ＡＰＵ）参数选择　在串联式混合动力系统中，负载功率可分解成　两个分量：稳定功率和动态功率，如图３所示　。　ＡＰＵ用以供给稳定功率，既使发动机不受汽车行　驶工况的影Ⅱ向，可以工作于高效率和较低排放状　态，又可以防止蓄电池组完全放电。基本原则是：　发动机功率只需满足在平坦路面上以最高车速　行驶的要求，即加速和爬坡所需的峰值功率由电　池来补充，从表２可知此功率为１０．５５　ｋＷ。发电　机与发动机同轴运转，功率选择与发动机功率相　同　睡：　＋鸥　图３　负载功率分解为稳定分量和动态分量　２．４蓄电池参数选择　在串联式混合动力系统中，蓄电池对ＡＰＵ起　到“削峰填谷”的作用，如图３所示。当车辆的需　求功率大于ＡＰＵ提供的功率时，蓄电池放电提供　功率补充：当车辆的需求功率小于ＡＰＵ提供的功　率时，多余的功率对蓄电池进行充电。电池数量可　根据电机额定电压和单块电池电压计算：７２／１２＝６　（块）。　电池容量按照纯电动模式行驶的里程计算　］，该　车要求在纯电动模式下，能够在平路上以５０　ｋｍ／ｈ的　速度行驶８０　ｋｍ。　＿Ｐ．　业３６００＋　）号　计算可得汽车在纯电动模式下所需能量为　７．５４　ｋＷｈ。综合考虑各部件效率后，最终选取电池　容量为１０５　ＡＨ。　２．５传动比的设计［０　传动比需遵循以下原则进行计算：①最大传动　比ｉｇ１必须要保证爬坡度；②最小传动比ｉ　需保证最　高行驶速度。计算公式如下：　≥ｍｇ（ｆｅ　ｏｓＯ＋ｓｉｎＯ）ｒ．１ｍａｘｔ　ｈ　．一，０－３７７ｍ　ｇ　一　０　由上式可推算出∑ｉ１＝／＇‘ｇｌＬ‘Ｏ≥１０．５１，∑ｉ２＝ｉ　０≤　６．２６，考虑挡与挡之间的传动比比值过大会造成换　挡困难，一般认为比值不宜大于１．７～１．８，取∑ｉ１＝　１０．６，∑ｉ２＝６．２。　３系统仿真结果分析　运用ＡＤＶＩＳＯＲ软件对系统进行整车建模、仿　真（见图４）。车型参数选择默认的串联式混合动力　车型，将车型参数Ｍ文件编辑修改成该车型，并将　前文计算的各项参数输入发动机、电动机、发电机等　Ｍ文件进行修改保存。　由于国内目前采用的循环工况是基于欧洲体系　的ＥＣＥ—ＥＵＤＣ建立的，故采用ＡＤＶＩＳＯＲ内嵌的　?３５?　设计－碉究　汽车科技第２期２０１１年３月　图４　串联式混合电动车整车仿真模型　表４仿真结果　ｏ～５０　ｋｎ　加速时间　ｌ　ｌ２．最高车速　８２　ｋｎ１，ｌ　最大爬坡度　２４．７％（１４．９　ｋｍ／ｈ）　油耗（原车）　４＿８　１００　ｋｍ　油耗（混合）　３．６　１００　ｋｍ　６　ｓ　　ｌ　ｌＥＣＥ—ＥＵＤＣ循环工况模块对混合动力电动汽车驱　发，进行全局优化设计，寻求一个最优点，使车辆　动力系统有一个比较全面合理的配置。另外，所选　动系统结构进行初步的仿真计算　，运行仿真软件，　性能仿真结果见表４。对比表１中的性能要求，从表　４数据可以看出，初步设计满足动力性能的要求，理　论油耗比原车型节省２５％左右。　动力系统的经济性和排放性有待下一步做专门的　研究工作。　参考文献：　４结论　运用理论知识计算出混合动力系统参数，通过　电动汽车仿真软件ＡＤＶＩＳＯＲ仿真分析，设计参数　『１］程伟，税方，路华鹏．插电式串联混合动力汽车系统设计　及仿真研究［Ｊ］．上海汽车，２００９，（１２）：８一ｌ１．　『２］Ｍｅｈｒｄａｄ　Ｅｈｓａｎｉ，Ｙｉｒｎｉｎ　Ｇａｏ，Ａｌｉ　Ｅｍａｄｉ．现代电动汽车、混　合动力电动汽车和燃料电池车一基本原理、理论和设计　［Ｍ］．倪光正，倪培宏，熊素铭，译．北京：机械工业出版社，　２０１０　１０５—１０７．　总体上能满足动力性能要求。验证了小型车改装成　串联式混合动力电动车的可行性。本文使用的方法　简单有效，但仿真参数是在软件原有部件参数的基　础上编辑修改所得，更合适的循环工况数据也待由　『３］余志生．汽车理论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００：５７—　７０．　『４］汪新云．串联式混合动力电动客车动力系统建模与仿真　『Ｄ］．武汉：武汉理工大学汽车工程学院，２００３．　『５］高燕．串联式混和动力城市客车参数匹配与控制策略研　究　Ｄ］．淄博：山东理工大学交通与车辆工程学院，２００７．　进一步实验获得，加上仿真计算中的简化处理，所得　仿真结果仅供参考，但可为后续的设计开发提供指　导。　本文仅对动力系统的匹配进行了初步设计，　但影响整车性能的因素有很多，在动力系统匹配　方面不仅包括动力驱动系统匹配，还包括动力源　匹配。因此在进行匹配优化计算时，要从整体出　［６］徐杨，钱立军．串联混和动力客车参数选择及仿真［Ｊ］．汽　车科技，２００６，（１）：２４—２７．　『７］吴彤峰，李新春，过磊．基于ＡＤＶＩＳＯＲ的混合动力微型　客车驱动系统机构类型选择［Ｊ］．合肥工业大学学报（自　然科学版），２００６，２９（１１）：１３５４—１３５７．　?３６?