并联混合动力客车（精选十篇）
并联混合动力客车 篇1
并联混合动力客车是一个庞大而复杂的机电动力耦合系统, 在设计开发周期中基于综合因素考虑, 不可能直接通过建立原型进行大量实车试验。因此, 在对并联混合动力汽车的研发中, 引入计算机仿真技术, 对HEV零部件及整车建立合理且有效的仿真模型是模拟和分析其复杂行为的前提与基础。
1 并联式混合动力汽车动力系统模型结构
本课题建立的并联式混合动力汽车前向式动力系统模型包括三个部分:车辆控制系统模型 (包括驾驶员模型及控制器模型) 、部件模型和车辆动力学模型, 如图1所示。
2 车辆控制系统模型
2.1 驾驶员模型
驾驶员模型如图2所示, 包括相对速度计算子模块和纵向计算子模块两部分。
2.2 车辆控制器模型
车辆控制器模型如图3所示, 模型采用“总线+模块”结构, 三条总线分别为涵盖从整车系统各部件发送来的状态信息的输入参数总线, 包含由各功能模块计算得到的中间参数的控制参数总线, 以及向各部件发送命令的控制命令总线。三个子模块分别为参数计算模块, 控制策略模块和控制命令处理模块。
3 并联混合动力汽车主要部件模型
3.1 发动机模型
发动机模型包括转矩计算子模型和燃油消耗子模型及排放子模型三部分。
发动机外特性转矩计算模型为:
式中Te_max为发动机最大转矩 (Nm) , ωe为发动机转速 (rad/s) , f (·) 为一维线性内插值算子。
发动机燃油消耗量计算模型为:
式中Vfuel为燃油消耗量 (L) , ρfuel为燃油密度 (g/L) , ge为发动机在 (ωe, Te) 点的燃油消耗率 (g/s) , f (·, ·) 为二维线性内插值算子。
发动机排放物NOx, CO, HC的质量流量计算模型为:
式中mHC、mCO和mNOx分别为发动机尾气排放的HC、CO和NOx质量, fHC (·, ·) 、fCO (·, ·) 和fNOx (·, ·) 为二维查表函数, 由发动机排放试验确定。
3.2 电机模型
电机/发电机子系统的输入输出关系。
其中, Tm_max是电机最大扭矩, 根据转速一维查表得到;ηm是电机效率, 根据转速和转矩二维查表得到;K为代表能量流动方向的指数, 当系统在电动机模式下运行时, k=-1, 此时电机向车辆提供驱动力;当系统在发电机模式下运行时, k=+1, 此时系统能量被转化为电能储存在电池里, 工作在制动能量回收状态下。
3.3 镍氢电池模型
电池组可视为一个理想电压源和一个内阻相串联的电路。内阻模型的输入输出关系为:
式中, U为负载电压 (V) ;Uoc为电池开路电压 (V) ;I为充放电电流 (A) ;R为电池内阻 (Ω) , f (·) 为一维线性内插值算子。
3.4 传动系统模型的建立
3.4.1 离合器模型
离合器状态包括离合器完全接合时的锁止状态以及未完全接合时的非锁止状态。根据离合器所处状态, 模型的输入输出关系为:
(1) 离合器处于锁止状态时的输入输出关系
式中, Jin、Tin分别为离合器前动力系统的转动惯量与转矩, ωout为从变速器反馈的变速器输入轴转速;Tout、Jout为输出转矩与转动惯量, ωin为输出转速;J为离合器自身惯量。
(2) 离合器处于非锁止状态时的输入输出关系
式中, Tf为离合器摩擦转矩, Tslip, max为离合器打滑之前的最大摩擦转矩。Ccpl为反应离合器接合状态的控制指令, Ccpl∈[0, 1], 当Ccpl=1时离合器为锁止状态, 当Ccpl=0时离合器完全分离。
3.4.2 变速器模型
变速器模型的输入输出关系为:
式中:变速器转矩损失Tloss=kloss×Tloss, map;kloss为转矩损失调和系数;Tloss, map为查转矩损失MAP图得到的转矩损失, Tloss, map=f (ωin, Tin, gn)
3.5 车辆动力学模型的建立
根据经典的汽车动力学方程建立的汽车动力学模型为:
式中:Ft为驱动力, Ff为滚动阻力, Fi为坡道阻力, Fw为空气阻力, Fj为加速阻力;G为车辆总重量, f为滚动阻力系数, α道路坡度值;CD为风阻系数, A为迎风面积, va为实际车速;δm为车辆等效平动质量。
4 基于Cruise的整车仿真模型的建立与仿真
基于AVL Cruise和Matlab/Simulink建立的混合动力城市客车整车仿真模型如图10所示。整车模型建立过程中, 各部件的参数都是根据实车参数设置, 各部件内部参数设置完毕后, 将各部件利用机械连接和信号连接进行连接, 完成整车模型搭建。
将建立的Simulink模型通过Interface接口与Cruise软件联接进行联合仿真, 针对混合动力客车典型工况进行仿真, 分别得到相应工况下车速-时间曲线和电池SOC值变化曲线, 如图11、12所示。由仿真曲线可以看出, 整车行驶过程中, 仿真车速能很好地跟随实际车速, 且动力电池SOC变化趋势仿真与试验结果吻合度较好, SOC值波动较小, 说明电池SOC值的平衡较好。由此表明整车模型精度满足要求。
5 结束语
文章针对并联混合动力客车建立了车辆控制系统模型、发动机、电动机、蓄电池、传动系等各主要部件模型、车辆动力学模型以及HEV整车模型。在此基础上, 结合台架试验数据, 对混合动力客车模型进行了验证, 通过对仿真结果与台架试验结果的对比表明仿真结果与台架试验结果吻合度较好, 说明模型的精度和实用性较好, 能够满足系统开发需求。
参考文献
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并联混合动力客车 篇2
香港回归的时候，香港国泰航空地勤公司一位叫“江瑞华”的电动汽车研发工程师首次提出，开发混合动力车。
这与国务院2001年批准实施的“十五”863计划“电动汽车重大专项”不谋而合，只是在时间上提前了4年。
2001年，他的思想率先在内地结出果实，第一台串联混合动力巴士在北京下线。2003年，江瑞华在深圳造出中国第一台并联式混合动力公交巴士。
2008年，江瑞华从深圳转战珠海。今年7月初，广通客车两台高效节油并联混合动力车下线，与此同时，江瑞华正在研制新一代能与纯电动车一样“无级变速”的混合动力车。这台车将在8月份从广通客车公司下线。
江瑞华独立行走在国家科技创新重大战略的轨迹之外，没有财政支持，没有人才支持。但是他的节能思想与技术却镌刻在中国混合动力车发展史上，难以磨灭。
挑战技术权威，告别国泰航空
江瑞华与混合动力汽车结缘，始于香港。
1990年，江瑞华来到香港国泰航空地勤公司，保养维护机动车并学习掌握电动车技术性能。香港国泰航空城有1万多台车辆，为降低车辆降低排放，航空城开始推广应用电动车。在工作中爱思考钻研的江瑞华发现，国泰航空公司的纯电动车动力不足、充电设施不能满足车辆运行需求、维护成本高昂，无法大规模推广。
从1992年起，江瑞华坚持做一件事，采集分析各种燃油汽车的各部件耗能、功效，车辆速度和实际耗能关系、相关控制电路以及电机生产等数据，研究车辆耗能机理，得出公交车的能量有50％被刹车浪费的结论，并提出高效回收惯性能的方法。
他综合运用运动学、物理学、电子学以及计算机知识，研制控制器对动力系统、电机系统和电能回收释放系统进行合理匹配，以最大限度回收惯性能。
江瑞华将混合动力车的技术参数、计算原理、控制思想与技术设计、经济效益、安全性能以及产业化等进行综合分析，形成以混合动力车替代纯电动车的思想。
1997年，江瑞华向国泰航空公司提交一份长达五十页的“混合动力车可行性报告”
“当时我给出了计算公式，向公司说明混合动力车的能量通过大扭矩电机转换能回收30%，在大幅减少发动机的功率消耗下确保足够的动力，能对航空城的车辆进行大规模改造。”江瑞华说。
公司高层研究之后接受了混合动力替代纯电动车的思路，却认为欧洲的混合动力技术更成熟，再加上江瑞华也没有响当当的学历、资历，不让他主导研制开发。
2002年，公司拿出200多万欧元研发费用，并以昂贵的开支从德国请专家，计划一年半时间研制出混合动力车，让江瑞华担任助手。江瑞华向德国专家提出挑战。江瑞华向公司提出申请，“只要给200万港币的研发费用，用一年时间就可以开发出混合动力车。”
公司没有采纳。“我很不服气。”江瑞华说。
同年4月，江瑞华告别国泰航空公司。
江瑞华离开国泰航空公司之后，航空城的混合动力车研制与推广一直没取得实质进展。回到国内的第二年，江瑞华就在深圳研制生产出中国第一台并联式混合动力车，并通过广东省验收。
融入内地大潮，引领技术走向
早在离开国泰航空公司之前，江瑞华就汇入内地研发混合动力车的洪流。
但在中国如火如荼的电动汽车研制生产洪流中，任何一份专家名单中都没有留下“江瑞华”这三个字。
2000年，江瑞华接受北京佳捷恒信公司的邀请，用两个月时间在北京讲解混合动力车的技术要领，并在石家庄、武汉和深圳等地多次开展技术讲座。这个“小人物”闯入中国混合动力汽车研制生产机构的视野，包括“十五”国家863计划“电动汽车重大专项”负责人万钢在内，国内众多专家都参加了他的讲座，成为他的“学生”。在北京期间，他传播自己潜心研究的混合动力控制思想，留下串联混合动力的技术设计草图。根据这份设计图，北京研发机构于2001年造出中国第一台串联式混合动力汽车。2002年，离开国泰航空公司的江瑞华与富达客车公司（后更名“五洲龙”）合作成立“航富科技有限公司”。
在航富科技，江瑞华对串联式混合动力技术进行重大创新。
串联式混合动力车能有效降低排放，缺点是节油率不高。在欧美等发达国家，串联混合动力技术比较成熟，这种技术讲求排放效果，节油效果被放在第二位，这种设计理念在中国显然行不通。
江瑞华研究发现，串联混合动力车由于能量经多次交换导致损失，节油率局限在15％左右，他开始考虑用并联技术解决问题。
他在研制并联混合动力客车的时候，中国的“十五”863计划“电动汽车重大专项”也刚开展一年，而美国、英国、德国等国家相继在两年后行动。江瑞华将发动机与电机之间的工作状态从串联改为并联，通过计算机技术实现机电一体化控制，科学实现动力系统运行的最佳匹配和能量交换。
“公司信任我，投入400多万元，我们用一年多的时间把电机、控制系统和辅助系统全部开发出来。” 2003年9月，“五洲龙”并联式混合动力车下线并提请广东省科技鉴定。这次鉴定请来了包括清华大学电动车研究机构和众多检验所的专家。
听取汇报后，清华大学一位专家说，我们花了几年都没有完成控制程序，你们一年半根本不可能做到。专家还叮嘱，花三五年先弄清楚什么是电动车，再搞研究开发也不晚。专家组听完汇报去看车。
一位来自天津“中国汽车研究中心”的专家一眼就见到江瑞华，非常惊讶，直呼 “江老师！” 江瑞华的混合动力车征服了专家。
2003年以后，江瑞华将并联混合动力车的控制系统作为核心产品，不断更新技术改造电机和信号传输系统，完善混合动力系统的技术匹配。
因为江瑞华当初与一位新加坡合作人一同闯荡国内市场，他们各自从姓氏中取出首字母“K”和“M”，为控制系统取名并注册为“KAM”。
这就是中国当今纯电动汽车、混合动力汽车驱动系统领域最知名品牌的市场由来。从深圳到珠海，江瑞华的生产的控制器还保留了这个商标。
2004年4月底，江瑞华研发出全新的动力系统——无变速箱的无级变速系统，申请了多项国家专利。
这项专利技术是迄今为止全球惟一的无级变速创新技术。无论是自动还是手动变速，混合动力车利用这项技术可以甩掉变速箱。
此后，江瑞华又研发国内首台超级电容混合动力巴士，申请了多项国家专利。2004年、2007年，在连续两届“必比登”国际电动车大赛上，江瑞华的混合动力车都获得A奖。
2005年，获悉“无级变速”技术的美国公司前来商洽合作，希望将该项目转移去密执安洲生产，被江瑞华拒绝了。
技术每年更新，“让他们抄去吧”
2004年以来，以KAM“武装”起来的混合动力公交车畅行杭州、上海、广州等地。杭州市于2008年投放的45台“金龙”混合动力城市公交车，控制心脏就是“KAM”。“KAM”还开进了香港、台湾。
近4年来，江瑞华与他的合作伙伴耗资2千多万元，成功开发了混合动力、电动车的全系列驱动系统产品。
江瑞华研制并联混合动力控制系统、新型电机系统早于国内的电动车研究。他的技术和产品出现在市场上，引发生产和研究机构的模仿。
他曾先后提供了数十套驱动系统和十余台样车给国内汽车制造厂和华东、华北以及华南地区的大学、研究机构。
这些厂家和机构将江瑞华的产品开肠剖肚，极力弄清楚他的设计思路和布局，照葫芦画瓢搞研究。有的制造厂商拿着这些模仿的技术申请专利，还有的向当地政府申报科技专项资金奖励。
江瑞华了解到，目前国内至少有6家大公司在仿造自己的系统。
“他们拍照或者直接买我们的成品回去研究，然后再找一些高校为他们研制。”江瑞华说：“他们花上千万把这个东西模仿出来，不过效果怎样就不知道了。”
2004年，为研制无级变速系统，他在湖北襄樊一家电机生产厂定制生产他自己设计的电机。江瑞华刚离开，众多商家就找到这家生产厂，要求购买同一种类型的电机。因为技术人员计算有误，这台电机功率不足。这让那些模仿者吃了苦头。
他们用这种带着毛病的电机装进各自模仿研制的无级变速混合动力车，车子装起来了，但跑起来不够劲。
2008年，国内一家著名汽车制造商将仿造无级变速混合动力车技术申请了专利。“我们4年前就申请授权了，不怕。”江瑞华说。江瑞华非常自信，他的车速、电量和发动机负荷量的“三维控制”技术至今未被模仿者破解。国内的控制技术研究还停留在“二维参数”，无法同时精确地进行三个变量的最佳控制运算。江瑞华跟电动机车打交道，研究其控制技术近二十年，这是仿制者无法达到的境界。
学院做理论，企业缺专家，同中国技术创新领域科研、生产“两张皮”的境况相比，江瑞华的市场创新之路虽然走得很艰辛，但走得更远。对于仿制者，江瑞华有句名言。“我们每年都会更新一代，让他们抄去吧。”
控制技术落珠海，无级变速将下线
2009年是中国节能与新能源汽车产业发展的里程碑。今年初，国家科技部和财政部共同启动了“十城千辆”电动汽车示范应用工程，未来3年内，率先在北京、上海、武汉、长沙和深圳等13个城市在开展节能与新能源汽车示范推广试点工作。国家为节能与新能源汽车产业发展提供200亿元政府资助。
江瑞华将核心技术产业化的主战场迁到珠海。这意味着中国混合动力控制技术的“心脏”落户珠海。今年3月，江瑞华与广通客车公司合作创办蓝海节能科技公司，投入最新一代混合动力车核心控制系统的研制和生产。
7月，广通客车两台装载“KAM”心的并联混合动力车下线，并将交付国家检测。与此同时，江瑞华正在抓紧研制新一代无级变速器，成功之后将成为中国混合动力车最好的“心脏”，能将节油率提高到30％以上。“驾驶无级变速车就像开电动车一样容易。” 新车将于8月在珠海下线。
随着全国城市公交的大规模转型升级，绿色公交为江瑞华提供了发展壮大最好的时机。他的控制技术、无级变速技术可以在中国节能汽车的“新蛋糕”上获得最大的市场份额。江瑞华已经着手在今年内使控制系统的生产量达到1000套。按照每套系统20万元售价，这个新创建的公司一年就可以实现销售收入2亿元。
江瑞华的蓝海节能科技公司与传统的生产型企业有天壤之别。江瑞华告诉记者，只要40人就能完成年产1000套控制系统的任务。三分之一的人员用于生产，三分之一销售，其余的力量都将集中在技术开发和管理，平均每个人的销售收入能达到500万元。
并联混合动力客车 篇3
ELLISUP是法国环境和能源管理机构（ADEME）发起的一个项目，由依维柯客车公司和法国原子能委员会（CEA）、巴黎公交公司（RATP）、法国石油研究院（IFP）、法国交通和安全研究院（INRETS）、法国电力公司（EDF）以及米其林公司等共同领导，共同致力于研发城市交通电动汽车发展模式。
为了彰显电动汽车模式的好处，ELLISUP项目已经开发出一辆混合动力插入式客车。经过认证后，该车将于今年第三季度作为CEA机构的员工班车投入循环使用。CEA机构还建了一个充电站给客车充电。客车的行驶路线是长为4km的环形公路，其中路程的40%由电动模式驱动。
并联混合动力客车 篇4
关键词：建模,仿真,ADVISOR,动力性
0 引言
全球能源危机和环境问题形势严峻, 在节能减排的大背景下, 低排放的新能源汽车成为各国汽车工业发展的方向。现阶段, 混合动力汽车是传统汽车主要的替代车辆[1]。目前, 汽车仿真软件ADVISOR广泛用于传统汽车和混合动力汽车的仿真与分析中, 其仿真模型中驱动系统的结构为前驱模式, 对其他驱动方式车辆进行仿真时要修改模型[2,3]。
目前, 我国对ADVISOR的应用已展开了一定的研究。文献[4]概述了ADVISOR软件的特点和仿真策略, 提出利用ADVISOR的现有模型, 对不符合要求的模块进行修改或重建, 可节省大量时间并确保模型的准确性和可靠性。文献[5]比较了ADVISOR前向路径仿真与后向路径仿真的差异, 说明了混合仿真方法的实现方式。文献[6]~[8]基于ADVISOR的二次开发, 对汽车的能量管理及控制策略进行了优化。
本文在ADVISOR软件平台上对驱动系统模型进行二次开发, 建立并联混合动力城市客车驱动系统仿真模块, 进行整车动力性分析。
1 混合动力城市客车动力系统建模
通过对混合动力城市客车进行受力分析, 在ADVISOR建模源程序的基础上对前轮驱动的模型进行修改, 建立混合动力城市客车驱动系统仿真模块。
1.1 混合动力城市客车行驶受力分析
假设混合动力城市客车在坡度为α的路面上, 初速度为V0, 在行驶过程中受到的空气阻力FW、滚动阻力Ff、坡度阻力Fi的作用, 在附着力Fmax的驱动下所能产生的极限速度为Vt, 车辆受力如图1所示[9]。
汽车的行驶驱动条件为
式中:m为整车质量;umax为最大附着系数;f1、f2分别为汽车前、后轮的滚动阻力系数;Vave为平均车速;ρ为空气密度;Cd为空气阻力系数;A为汽车迎风面积;a为车辆加速度, 在时间△t内, 有
将式 (2) ~式 (9) 代入式 (1) , 可以得出驱动力达到极限时, 汽车产生的最高车速Vt1为:
此时, 从整车模块传递过来的速度必须小于该速度。
在汽车处于附着极限时, 制动力FX的最大值与驱动力Ft的最大值同为Fmax, 但方向相反, 有
同样, 将式 (2) ~式 (9) 代入式 (11) , 有
Vt2为制动力达到附着极限时汽车所能达到的最低车速, 从整车模块传递过来的速度必须大于该速度。
1.2 混合动力城市客车整车驱动力和速度模块
车轮/车轴模块中的驱动力控制子模块可根据汽车行驶的附着条件对车速和驱动力进行限制。根据上述所建立的混合动力城市客车动力学模型, 在ADVISOR中所建立如图2所示的驱动力控制模块。
根据式 (10) 、 (12) , 可在ADVISOR软件中对车辆的速度模块进行重建, 结果如图3所示。从车辆的整车模块传来所需的平均车速Vave_req从输入端口1进入该模块、初速度V0由输入端口2进入该模块, 通过与限制端口1输出的平均车速比较, 使其不超过极限附着情况下车辆能达到的车速。
在ADVISOR中建立的限制车轮驱动的最大驱动力模块, 如图4所示。
2 混合动力城市客车仿真参数
混合动力城市客车的仿真包括车辆模块、发动机模块、电机与控制器模块、传动系统模块等, 定义主要仿真模块的参数值如表1。
3 仿真结果对比分析
为了验证所设计的功能模块的正确性, 选择具有代表性的城市———市郊循环工况 (ECE_EUDC) 进行仿真测试。
图5为ECE_EUDC循环工况请求的混合动力城市客车行驶速度情况变化图, 由于车辆的最高车速达不到循环工况需求的120 km/h, 在约1 100~1 220 s之间内, 车辆以81.8 km/h的最高车速行驶。发动机转速的仿真结果见图6, 在道路循环的停车期间, 发动机处于关闭状态, 可节约能源。图7为电机输出的辅助扭矩, 表明在循环工况需要汽车加速时, 电机会输出扭矩, 辅助发动机驱动车辆。
在ECE_EUDC循环工况, 对该并联混合动力城市客车进行仿真测试, 其最高车速为81.8 km/h, 0~50 km/h的加速时间为15.8 s, 以20 km/h的速度行驶时最大爬坡度为16.1%。实车测验结果与仿真分析结果基本吻合。
4 结语
利用ADVISOR软件的开放性, 在ADVISOR上对原有模型进行二次开发, 建立混合动力城市客车的驱动系统仿真模型。在ECE_EUDC循环工况下对整车动力性进行仿真分析, 仿真结果与实车测量结果相近, 说明采用该方法建立的模型满足并联混合动力城市客车的动力性仿真分析需求。
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并联混合动力客车 篇5
基于多指标正交实验的并联混合动力汽车控制策略参数分析
作者：杨观赐 李少波 唐向红 璩晶磊 钟勇
来源：《计算机应用》2012年第11期
摘要：针对并联式混合动力汽车电辅助控制策略的参数优化问题，基于多指标正交优化设计理论，以混合动力汽车的燃油消耗、CO排放量、HC和的总排放量为实验指标，设计了正交优化实验表。运用直观分析法分析了18组实验结果，量化研究了控制策略参数对并联式混合动力汽车整车性能的影响，找出了各个指标的显著性影响因素。
关键词：正交实验；混合动力汽车；多目标进化算法；控制策略
并联混合动力客车 篇6
数据表明,每天奔驰在道路上的数量巨大的各类汽车消耗了大量的石油、天然气,同时排放大量尾气,对环境造成严重污染,混合动力汽车可有效减少汽车排放,是目前最为可行的解决方案[1]。混合动力城市客车动力参数设计直接影响客车的动力性、经济性,混合度反应了两种动力源的功率组合与分配比例,因此,混合度的设计是混合动力客车动力参数设计的基础[2,3]。混合度H是指电系统功率占动力源总功率的百分比,根据混合度大小,混合动力客车可分为电助力、双模式和续驶里程延伸三种类型[4]。
国内外学者对混合度开展了一系列研究:Atwood P a u l等针对大 型混合动 力燃料电 池越野车 , 通过ADVISOR软件建立不同混合度的多组模型以确定其混合度与燃油经济性之间的联系[5]。山东大学王婷婷研究发现随着混合度的变化,车辆的经济性以及排放性能变化的规律[6]。吉林大学唐磊以混合度确定为核心,并且充分考虑混合度变化所引起的整车总质量变化对车辆性能影响,针对混合动力客车动力参数进行匹配[7]。
本文针对并联式LNG/电混合动力城市客车的混合度展开研究,在满设计要求的前提下,综合考虑车辆的动力性、燃气经济性以及整车成本,选取合适的混合度,并对LNG/电混合动力城市客车的动力参数进行设计。
1整车参数与设计要求
某型号气电混合动力城市客车为并联式结构,采用液化天然气(LNG)作为发动机燃料,参考同类型传统LNG客车的整车参数和动力性能标准,确定某型号气电混合动力客车的整车参数与动力性能要求如表1所示。
2气电混合动力客车动力参数设计
2.1混合动力客车功率需求
汽车行驶需求的总功率等于机械传动损失与全部运动阻力所消耗的功率,据此,建立功率平衡方程式(1)。
根据功率平衡方程,分别从汽车的最高车速、最大爬坡度、加速时间三个动力性指标考虑,得出混合动力城市客车的功率需求P1、P2、P3。从满足混合动力城市客车动力性角度考虑,客车功率需求为P1、P2、P3中的最大者。
根据表1中该型号混合动力城市客车的整车参数和动力性能要求,通过式(1)计算得出:最高车速条件下需求功率73.51k W,爬坡性能的设计要求有两个,分别为123.9k W和47.61k W,满足客车加速性能需要功率为152.33k W。考虑到换挡延迟时间和需要留有一定的后备功率(约20%),因此,混合动力城市客车需求总功率为185k W。
2.2混合度边界条件设计
根据混合度定义,对于并联式混合动力客车来说,其混合度可表示为:
其中:Pm、Pe为混合动力客车电机、发动机的额定功率,k W。
由于电机的峰值功率随持续时间的变化而产生很大变化,为方便研究,选取作为最大持续功率输出的额定功率进行研究。
对于并联式混合动力城市客车,混合度最大边界值条件的确定是在动力源总功率一定的前提下发动机功率选择最小值时的混合度,发动机功率选择最小值时仍需满足稳态功率需求,包括以巡航车速行驶功率和爬坡所需功率,可根据公式(1)计算,得出该型号混合动力客车爬坡的功率需求结果为123.9k W;以续航车速行驶功率所需功率为31.89k W。为满足稳态功率需求,发动机功率需选择二者中的最大值。因此,根据公式(2)计算,该型号混合动力城市客车的混合度最大边界值条件为33%。
混合动力城市客车混合度的最小边界值条件由电机的最小功率来决定,但需要满足瞬态功率需求:单独启动发动机的能力;在坡道上单独启动整车,并达到规定车速要求。坡道启动整车可以按照式(1)计算,电机启动发动机所需功率如式(3)所示。
式中, 为发动机转动惯量,kg·m2;tstart为电动机启动发动机时间,s;Td为发动机摩擦转矩,N·m;ωe,ωidle分别为发动机转速、怠速转速,rad/s。
经过计算得,单独启动发动机所需求的电机功率为25k W,坡道起步所需的电机功率为35.7k W。为满足瞬态功率需求,电机功率选取二者中最大值。因此根据公式(2),该型号混合动力城市客车的混合度最小边界值条件为19.3%。
2.3最优混合度选取
根据混合度的边界条件,确定该型号并联式气电混合动力城市客车的混合度范围为19.3%~33%。为选取最优混合度,在该混合度范围内,在ADVISOR软件中建立多组混合动力城市客车模型,根据GB/T19754-2005,建立的中国典型城市公交循环工况如图1所示,在该循环工况下,对混合动力客车的动力性和燃油经济性进行仿真,仿真结果如表2所示。
将仿真数据制成线图,其中“混合度-加速时间-爬坡性能”曲线如图2所示,“混合度-节气率”曲线如图3所示。根据国标规定城市客车设计中最高车速不高于70km/h,所以在混合度选取中对最高车速不予考虑。
图2中可见,混合度范围19%~33%内,动力性指标满足设计要求,在混合度为26%时,混合动力客车的爬坡性能最优,当混合为30%时,加速性能为最优。因此,在混合度26%~30%时,整车的动力性能最佳。
图3可见,随着混合度的增加混合动力客车的节气率也随之上升,根据设计指标要求,达到节气率35%以上,则混合度需大于25.2%。此外,电动机功率与整车价格基本符合线性关系,选用的电机功率越大,需求的电池容量、车辆的整备质量也随之增加,进而导致整车成本的提升。
因此,综合考虑动力性能、节气率和整车成本,该型号混合动力客车的混合度选取为26%。该型号并联式气电混合动力城市客车的动力源功率总需求为185k W,根据混合度定义,在混合度为26%的条件下,确定该车的发动机功率为137k W,电机功率为48k W。
3气电混合动力城市客车实车试验
在实际公交工况循环下,对试验样车进行测试,同时选取车型相同、动力源总功率相似的LNG城市客车作为参照。采用公交线路运行对比的试验方法,采集两种城市客车在相同公交路线上的运行情况,某山区城市的两条典型公交路线路谱数据如表3所示。
气电混合动力城市客车与LNG燃料城市客车在A、B两条公交线路中运行,通过监控系统对测试数据的记录、汇总,结果如表4所示。
从表4中可以看出,气电混合动力城市客车在公交线路A上行驶时节气率略有降低,在公交线路B上行驶时其节气率与仿真结果相近。考虑到公交线路A上坡道较多,而公交线路B与我国典型城市公交循环工况较为相似,故认为可采用混合度对城市客车进行动力参数匹配。
4结论
并联混合动力客车 篇7
针对并联混合动力PHEV汽车动力系统的控制目标有:更加理想的油耗、排放、成本以及操控性能[1]。就控制来说, 需要明确的就是控制谁和如何控制的问题。同时还需要考虑以下因素:
(1) 如何使发动机工作在更理想的工作区域来保证很高的工作效率;
(2) 如何减少发动机的动态波动使得发动机工作转速稳定;
(3) 如何加入发动机的相关保护措施如开启关闭的控制、最低转速的控制等;
(4) 如何加入电池的监控保护措施如使得电池工作在合理安全的电压、容量总保持在合理的状态灯;
(5) 如何让模式选择更加合理例如城市拥堵区域的零排放模式等。
2 模糊控制策略分析
模糊控制不需要非常精确的模型, 而是去模拟人的推理、决策过程, 可以根据实际情况动态的调整, 图1是模糊控制器模型[2]。
2.1 发动机最佳扭矩的确定
图2是HEV汽车整车控制结构图, 从发动机模型开始考虑油耗和排放的影响, 进行发动机工作点的优化, 将发动机最佳扭矩提供给模糊控制器, 模糊控制器、动力传递系统、电机、电池之间也都有控制信号。图3为最佳油耗和最佳排放区域。
某转速下的最理想扭矩是对应函数的最小扭矩:
其中:Z—目标函数;ωi (i=1, 2, 3, 4, 5) —权重;
在发动机稳定工作时, 给予燃油消耗量和几个排放污染物参数的权重为2、0.15、0.15、0.1、0.1。冷启动时由于排放效果很差, 应侧重于排放参数的权重, 而适当降低油耗的权重。表1为PHEV各工况下优化系数的选择。
2.2 对最佳扭矩的模糊修正
图4为模糊优化控制策略的简图, 因为从当前转速计算出的最佳扭矩并没有考虑其他动力源的状态和约束, 所以还需要对驱动轮的输入扭矩、电池的SOC等进行进一步的模糊修正, 得到合理的发动机输出扭矩, 如图4模糊优化控制策略简图。
在模糊推理与扭矩修正中, 设计这样的模糊规则控制策略[3]:在扭矩请求很小时, 采用纯电动模式, 这时发动机效率不高;当扭矩请求较小时, 并根据当前电池的的SOC值, 通过主动充电来提高负荷, 使发动机尽可能靠近最佳工作区域;扭矩请求在理想扭矩附近时, 发动机单独工作模式;在扭矩请求较大时, 如果电池电量大于一定值, 采用电动机和发动机联合的工作模式, 让电动机来提供部分辅助扭矩, 电池的大小来确定扭矩大小, 使发动机就能够保持在最佳工作点附近运行, 如果电池电量小于一定值, 为了保护电池, 发动机将远离最佳工作点。
2.3 模糊控制器的设计
模糊控制器的作用, 是将需求扭矩Treg在发动机和电动机之间进行最佳分配, 以实现高效地使用车载能源, 同时满足车辆的动力性和驾驶的平稳性要求。在模糊推理中, 用较高、适中、较低等模糊参数取代精确参数, 就形成了模糊控制策略。
图5是具体的模糊控制器结构。
输入变量隶属函数的设计主要根据发动机、蓄电池MAP, 确定各自高效运行的模糊集, 采用 来表示需求扭矩和最佳扭矩的比值。
p分成过小、小、中、大、过大等5个模糊集, 将电池SOC值范围也进行类似的区分, 输出归一化电动机扭矩系数分成负大、负小、零、正小、正大等几个模糊集。
其中:T表示过小, L表示小, M表示中, H表示大, TH表示过大, NL表示负大, NS表示负小, Z表示零, PS表示正小, PL表示正大
表2为具体的控制规则。
图6为在Matlab/Simulink界面中建立的模糊优化控制策略模型。
3 结束语
本论述配合在Matlab/Simulink中的仿真模型, 对并联混合动力汽车动力系统的一种典型控制策略——模糊控制策略进行了分析, 为并联混合动力汽车的控制策略优化研究提供了一定理论基础。
参考文献
[1]张欣, 郝小健, 李从心, 岑艳.并联式HEV电动汽车动力系统控制方式的仿真研究[J].汽车工程, 2005, 27 (2) :141-145.
[2]梁龙, 张欣, 李国岫, 王浩.并联式HEV电动汽车动力系统的仿真研究[J].北方交通大学学报, 2012, 26 (4) :57-62.
并联混合动力客车 篇8
本文针对某混合动力公交车在怠速工况下车内地板振动量过大的问题,对其动力总成悬置系统进行了振动特性的试验分析,了解试验车辆在怠速工况下,动力总成悬置及其支承处在不同转速下的振动响应特性后,初步得出动力总成悬置系统在结构上存在的问题,为解决试验车辆在怠速工况下振动量过大的问题提供数据依据。
1、动力总成悬置系统怠速振动试验
1.1 试验原理
首先,在试验车辆的发动机前后悬置处、变速器悬置处以及车架安装处安装加速度传感器,采集各测试点的振动信号,试验数据经由数据采集仪处理后存入计算机。其试验原理如图1所示:
1.2 试验方案的确定
本试验主要是针对某公司生产的混合动力公交车在怠速工况下,车内地板振动量过大的问题,对车辆进行了怠速振动试验。试验的具体方案如下:试验车辆在原地驻车且使发动机处于稳定工况,测量车辆在空载状态下,调整发动机转速,在600rpm、650rpm、700 rpm、750 rpm、800 rpm转速下,测试发动机前后悬置和变速器悬置垂直方向振动响应随转速的变化情况,并根据试验数据得出振动频率响应函数,分析得出试验车辆在动力总成悬置系统结构方面存在的问题,为后续的优化工作提供依据。
1.3 发动机悬置测试点的布置
发动机悬置测试点主要集中在变速器的支撑处,以及发动机前后悬处,具体测试点及通道布置如表1所示:
2、悬置及车架安装处振动响应随转速变化的分析
在试验中,使车辆处于怠速工况,分别使发动机转速达到600rpm、650rpm、700rpm、750rpm、800rpm,记录测量此时发动机和变速器悬置处的各测点及其车架安装处各测点振动响应幅值随转速的变化(RMS)如表2所示。
试验结果表明,发动机前悬置及其车架安装处(即测试点ch9、10、11、12),当发动机转速达到700rpm和750rpm时,其响应幅值有明显的增大。当发动机转速达到700rpm时,其基频约在11Hz左右,由于4冲程的6缸发动机是基频的3倍,对应700rpm时约为33Hz,正好是发动机质量扭矩的激振频率。由振动响应幅值随转速的变化曲线可知,左、右前悬置达到的最大值的频率有较大的差距,右悬置明显并没有起到隔振作用。
3、频率响应函数的测量及分析
由于篇幅的限制,这里以汽车空载状态、怠速600rpm转速下发动机悬置处的频响曲线为例进行分析,该条件下发动机悬置处的频率响应函数曲线由图3~6所示。
根据发动机激励频率计算公式可知,激励频率ω(Hz)=转速n(rpm)/60可以计算出该工况下发动机的激振频率,因此在转速为600rpm的工况下,发动机的激振频率为10Hz。由频响函数曲线可明显看出,发动机左、右前悬置支承在30.77Hz,即发动机激振3倍频处有明显峰值,这说明在该工况下,发动机的激励主要是质量扭矩的作用,同时发动机前悬置对于产生的质量扭矩激励不但没有衰减,反而起到一定的幅值放大作用,其原因有可能是发动机的前悬置与车架的刚度不匹配,也有可能是其固有频率与发动机的质量扭矩较为接近所致。
4、试验结论
根据试验可知车辆在怠速工况下,发动机前悬置及其车架安装处在发动机转速达到600rpm、700rpm、750rpm时其响应幅值有明显的增大,且发动机前悬置处车架的振动量大于后悬置处车架振动量,而后悬置车架处的振动量又大于变速器支承处车架的振动量,试验过程中右前悬置明显没有起到隔振作用。对试验所得的频响函数曲线分析可知,发动机前悬置对质量扭矩激励并没有起到衰减,反而在一定程度上起到放大作用,扭矩激励主要集中在发动机激励频率的3倍频上。
该试验初步得出试验车辆室内地板的振动响应能量主要来自发动机前悬架处,且主要是由发动机的质量扭矩引起的。前悬置车架处的振动能量则主要来自发动机前悬置处,经橡胶块传递到车架的发动机质量扭矩,由于前悬置没有有效地衰减发动机质量扭矩,使得发动机的振动能量通过车架传递到了室内地板上,造成车室内地板振动过大。
参考文献
[1]庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动:理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006,124-126.
[2]张伟峰.汽车发动机动力总成悬置系统分析与优化研究[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文,2009.
[3]高云凯,吕振华,李卓森.汽车动力总成弯曲振动实验模态分析中的非线性特性[J].吉林工业大学学报,1996,26(4):6-9.
[4]陈树勇.轿车动力总成悬置系统隔振性能的研究[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文,2003.
并联混合动力客车 篇9
由一汽技术中心确认技术路线, 一汽集团客车公司设计、试制的2辆12米新能源插电混合动力客车, 经过50天的紧张工作, 样车于9月30日在客车公司试制车间成功下线。
针对城市公交2014、2015年度新能源公交车的市场需求, 8月初, 客车公司成立了开发新型插电式混合动力客车项目组。经过近50天的努力, 完成了2辆样车的试制。12米新能源插电混合动力客车样车, 匹配了一汽自主的6缸国V排放纯天然气发动机, 采用国内主流的深度混联混合动力总成驱动系统, 最高节油率达30%, 具有很高的节能效果。
客车公司总经理戴智表示, 新能源客车是国家 推广新能 源汽车的 重要组成 部分, 接下来要做好样车道路试验、生产准备完善、上公告、3C认证、采购、批量生产 等多项后续工作。坚决把新能源客车干好, 抢占国内新能源客车市场。
并联式工程机械混合动力系统建模 篇10
全世界过半的土方施工量是由工程机械来协助完成的, 工程机械早已成为对土方进行施工必需的装备。能源危机、环境危机越来越严重, 量大面广的工程机械急需在节能减排环保上做出努力, 在技术层面探求良好解决策略。混合动力模型在汽车上运用的成功给我们以启示[1], 在液压工程机械上运用混合动力系统也可能成功。
现今, 世界上很多工程机械制的相关企业已经开始进行了关于混合动力工程机械产品方面的相关研究, 部分企业已经进入了样机研制阶段, 部分企业已开始了进行小批量生产[2]。
论文提出一种并联式混合动力工程机械系统结构, 建立其动力系统数学模型, 并根据一般工程机械的工作特点, 制定了以发动机燃油经济性、稳定性和蓄电池SOC值为优化变量的控制策略, 以提高发动机燃油经济性、稳定性, 实行电动机的转矩转速补偿控制。
2并联式工程机械混合动力系统的结构与建模
图1为并联式工程机械混合动力系统方案图, 该方案采用发动机与电动机并联驱动液压泵的形式。在该动力系统中, 发动机通过控制使其工作在高效区输出负载所需的平均功率, 多余的或者不足的部分由电动机来吸收或补充, 利用电动机的“削峰填谷”作用使发动机能在定工作点或定工作区进行工作, 提高发动机的经济性、稳定性。
负载模拟控制器预先输入工程机械工作时的工况参数, 再将信号发送给液压加载系统, 液压系统通过调节控制阀和执行元件模拟出负载, 同时将负载信号发送给动力总成控制器 (PCU) 。PCU再根据输入信号并通过控制算法来确定向各个子控制器输出的控制指令。PCU有两个重要输入量:负载功率 (压力、流量) 和蓄电池的荷电状态SOC值。电池SOC值为电池剩余容量和电池额定容量的比值, 该信号来自于蓄电池控制器, 它是决定电机处于电动或者发电状态的重要参数。
发动机控制器可以根据PCU输出的发动机转矩信号, 结合当前的发动机转速, 计算出发动机所需的供油量和喷油定时, 使发动机通过有效组织燃烧输出转矩。电机控制器根据PCU输入的电机转矩和当前的电机转速判断电机进入电动模式或者发电模式, 以便决定向负载输出转矩或者向电池充电。
2.1发动机子模型
论文采用增压柴油发动机, 增压柴油发动机是一个非常复杂且具有高度非线性的系统, 它包括压气机、中冷器、进气管、柴油机本体、排气管、涡轮和涡轮 - 压气机转子[4,5]。发动机的建模一般可以分为稳态和瞬态两种形式, 这里采用稳态建模, 其建模流程图如图2所示, 图3是采用MATLAB/Simulink建模以后的模型。
2.2电机子模型
论文采用的电机是三相交流异步电机, 它是一个高阶、非线性、强耦合的多变量的系统。
电机模型可以采用各自的电压或磁链的微分方程进行描述, 图4为交流电机在二相静止坐标系下的示意图, 输入变量为定子电压、电流, 输出为交流调速系统所需的电流、电压、磁通、电磁转矩和转速。
以异步电机的数学模型[3]为根据, 采用MATLAB/Simulink构建了如图5所示的模型。
2.3蓄电池子模型
蓄电池的输出受多种因素影响, 因而难以对蓄电池构建精准的数学模型, 一般借以等效电路的方式来对电池的工作特点和性质进行模拟。
对于化学电池的模型学者们做了大量工作, 构建了很多种电池等效电路的模型[6,7]。最基本的模型指出:电池是由一个可以改变的电压源和一个可以改变的内阻串联而成, 被称作Rint模型, 如图6所示。
图中Voc为电池电动势, V为电池端电压, 且V=Voc-R·iI, Ri是可变电阻, 不同SOC值下Ri不同。SOC值可由公式 (1) 计算得到, 其中SOCinit是电池的初始SOC值, 电池容量由式 (2) 得到。
2.4液压负载系统子模型
为使仿真系统更符合液压工程机械的工况, 采取电磁溢流阀控制变量泵的出口压力, 实现液压工程机械负载压力的模拟, 以调节变量泵的排出量以及发动机的转动速度为途径来达到模拟变量泵输出量的目的。
液压系统由动力系统的输出变为输入, 如图7所示。建立了液压泵、溢流阀与控制阀组成的液压负载系统, 系统的输入为某工程机械工作状态下实际测得的压力数值和体积流量的数值, 输出则是液压系统所需的驱动功率Pd。Pd的计算式为:
式中:ηv, ηm分别为液压泵的容积效率及机械效率;p, q各自是为溢流阀输出端的压力和流量;Δp, Δq, 分别为控制阀和溢流阀处的体积流量损失与压力。
2.5控制器子模型
控制器输出由动力总成、发动机、电机、蓄电池、负载模拟等几大控制器构成, 每个组成部分的模型主要包括动力体系的控制策略, 负载模拟部分对液压体系拟负载进行调控, 动力总成部分在对当时液压系统需要的功率及电池的SOC值进行分析的基础上, 通过分析当前液压系统所需功率和电池的SOC值, 明确发动机、电机的工作的状态。
2.6并联式混合动力工程机械系统的仿真模型
在前文分析各部分元件的特征的前提下, 在MATLAB/Simulink中创建了并联式混合动力的工程机械后向式仿真模型如图8所示, 创建该仿真模型是为了研究并联式混合动力的工程机械系统的动态性能和进行控制的策略的实用性。
3结论
综上所述, 论文提出了一种并联式的混合动力工程机械体系方案, 在对该体系中各个元件的特征进行分析的基础上, 创建了各个元件及动力系统整体的MATLAB仿真模型, 通过电机对发动机的输出功率的“削峰填谷”作用, 平衡了发动机的输出功率起伏变动, 使发动机能够长期维持高效的工作状态。
参考文献
[1]刘良臣.混合动力工程机械的现状及展望.工程机械与维修, 2010.
[2]郭庆鼎, 王成元.异步电机的矢量变频控制原理及应用.沈阳:辽宁民族出版社, 1988.
[3]郗大光.内燃机热力循环系统数值模拟若干问题的研究.大连理工大学博士论文, 1990.