(遼寧工業(yè)大學(xué) 遼寧 錦州 121001)

混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)的研究

孟鑫姜樂(lè)

(遼寧工業(yè)大學(xué)遼寧錦州121001)

動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配是混合動(dòng)力汽車(chē)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，直接影響整車(chē)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。以某中型卡車(chē)為研究對(duì)象，研究了混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中參數(shù)匹配與關(guān)鍵零部件選型。仿真結(jié)果與原車(chē)性能指標(biāo)對(duì)比得出，PHEV的整車(chē)性能仿真優(yōu)于原車(chē)，驗(yàn)證了整車(chē)參數(shù)匹配與選型的合理性。

參數(shù)匹配；部件選型；混合動(dòng)力汽車(chē);性能仿真

一、引言

本文通過(guò)對(duì)整車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定并且根據(jù)整車(chē)動(dòng)力性能的要求進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)各部件的選型和匹配，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)對(duì)最優(yōu)工作區(qū)間的影響，研究發(fā)動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池組-電機(jī)的動(dòng)力源模式對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性影響。

二、動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與選型

本文以某中型卡車(chē)為研究對(duì)象，其原車(chē)基本參數(shù)長(zhǎng)*寬*高為6500*2200*2100(mm)，整備質(zhì)量3500kg，滿載質(zhì)量8750kg，軸距4000mm，傳動(dòng)系效率為0.95，車(chē)輪滾動(dòng)半徑470mm，風(fēng)阻系數(shù)0.43，迎風(fēng)面積5.2m2，前后輪距1700/1660mm，油箱容積75L。

首先，根據(jù)最高車(chē)速vmax確定的最大功率，其次，根據(jù)爬坡性能確定的最大功率。最后，根據(jù)加速性能來(lái)確定最大功率。假設(shè)加速過(guò)程中汽車(chē)最大輸出功率為恒功率，估算整車(chē)所需總功率：

(1)

式中，t為加速時(shí)間；v=130km/h。

以上各式中：m為滿載質(zhì)量，取8750kg；ηt整車(chē)傳動(dòng)系效率，取0.95；Cd為空氣阻力系數(shù)，取0.43；δ為汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)取1.1；g為重力加速度，取9.80m/s2；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，其估算公式為：

(2)

取f0=0.0115,f1=0.0036,f4=0.0015。

根據(jù)整車(chē)動(dòng)力性指標(biāo)，最高車(chē)速vmax為130km/h，此時(shí)f=0.192，Pmax1為135kW。

爬坡性能考慮了兩種運(yùn)行方式，第一種以車(chē)速為10km/h，坡度為最大爬坡指標(biāo)40%運(yùn)行，此時(shí)f=0.01226，Pmax2為110.8kW。

由于我國(guó)公路標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大縱坡坡度為9%，因此第二種方式以車(chē)速40km/h，坡度10%運(yùn)行，此時(shí)f=0.01309，Pmax2為140.2kW。

根據(jù)整車(chē)動(dòng)力性能指標(biāo)，0～100km/h加速時(shí)間小于35s，此時(shí)f=0.0175，Pmax3為108.3kW。

總功率必須滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)計(jì)算的最大功率，即：

Zv,load=2

(3)

式中：Ptotal為整車(chē)需求總功率。

因此總功率需要大于140.2kW，考慮到各部件損失功率及其它部件需求為10～20kW，確定總功率為155kW。

三、關(guān)鍵零部件匹配分析

(一)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)確定

本文設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)時(shí)能以90km/h車(chē)速勻速行駛，所需功率為68.8kW；設(shè)計(jì)汽車(chē)能以50km車(chē)速行駛在二級(jí)城市道路縱坡5%的坡度路面上，所需功率為100kW。

(二)驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)確定

汽車(chē)在起步或低速行駛時(shí)若由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于低負(fù)荷狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)性及排放性均較差。若由驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，可利用純電動(dòng)模式來(lái)提高經(jīng)濟(jì)性、降低排放。設(shè)計(jì)純電動(dòng)行駛最高車(chē)速不低于50km/h，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)持續(xù)功率需求為24kW，考慮電機(jī)效率，確定電機(jī)的額定功率不低于27kW。

另外，當(dāng)汽車(chē)以混動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之和應(yīng)滿足：

Pm+Pen≥Ptotal

(4)

式中：Pm為驅(qū)動(dòng)電機(jī)；Pen為發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

可得驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率為47kW左右。

(三)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)確定

傳動(dòng)系參數(shù)選擇包括變速器擋位及各擋傳動(dòng)比及主減速器傳動(dòng)比的選擇，本文主減速器傳動(dòng)比沿用原車(chē)傳統(tǒng)比i0=5.56，只對(duì)變速器各擋位進(jìn)行計(jì)算。

(1)最大傳動(dòng)比根據(jù)汽車(chē)的爬坡性能確定傳動(dòng)比，可按如下公式計(jì)算：

(6)

式中，αmax=tan-1(40%)，Ttqmax為汽車(chē)最大扭矩由發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大扭矩確定，r為車(chē)輪半徑。代入數(shù)據(jù)可得ig1i0>=37.1。

四、性能仿真結(jié)果

使用整車(chē)性能仿真軟件cruise建立單軸并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)整車(chē)模型。之后，將所選定的各部件數(shù)據(jù)填寫(xiě)到cruise當(dāng)中的相應(yīng)模塊中，依據(jù)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的性能要求對(duì)一定循環(huán)工況下的整車(chē)的性能進(jìn)行估算。

選擇UDC循環(huán)工況，圖1是UDC道路循環(huán)工況圖。在UDC道路循環(huán)工況下的仿真結(jié)果如圖1—2所示。

圖1 UDC工況車(chē)速跟蹤圖

圖2 爬坡度圖

五、結(jié)論

準(zhǔn)確的動(dòng)力參數(shù)匹配決定整車(chē)的動(dòng)力性能的優(yōu)劣，同時(shí)對(duì)混合動(dòng)力汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性也有很大的影響。依據(jù)在一定工況下的混合動(dòng)力汽車(chē)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性分析，通過(guò)與設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了整車(chē)參數(shù)匹配的合理性，同時(shí)有益于整車(chē)性能的改善。

[1]張磊.插電式混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配與控制策略研究[D].遼寧工業(yè)大學(xué)，2017.

[2]孫剛.混合動(dòng)力車(chē)輛制動(dòng)能量回收系統(tǒng)的控制研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

[3]姬芬竹，高峰，吳志新.電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力性仿真[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2006(1):108 - 111.

[4]張翔，趙韓，錢(qián)立軍，等.電動(dòng)汽車(chē)仿真軟件ADVISOR的應(yīng)用[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2004,(7):6-11.

[5]王慶年，何洪文，李幼德，等.并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)傳動(dòng)系參數(shù)匹配[J].吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2000,(1):72- 75.

孟鑫(1993-)，男，漢族，遼寧鐵嶺人，學(xué)生，專業(yè)碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)，研究方向汽車(chē)智能輔助駕駛；姜樂(lè)(1991-)，男，滿族，遼寧大連人，學(xué)生，專業(yè)碩士，遼寧工業(yè)大學(xué)，研究方向車(chē)輛CAD/CAM/CAE技術(shù)。

)