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與傳統的燃油汽車相比，混合動力汽車的內燃機可以工作在油耗和排放指標較好的區域，且動力性能和續駛里程可以保持傳統汽車的水準，還可以在繁華市區內運行，并可以實現“零排放”行駛模式，與燃料電池技術相比，更具有現實性和可行性。因此，綜合了純電動汽車和傳統燃油汽車優點的混合動力汽車在國內外都得到了廣泛的發展。 1 上海市區道路行駛循環 汽車的實際行駛條件對汽車性能具有直接影響。對于混合動力汽車，其部件的選型以及控制策略的制定都與上海市區道路行駛工況密切相關，所以應對上海市區道路行駛循環進行研究。圖1為參照歐洲ECE+EUDC汽車行駛曲線制定方法制定的上海市區道路行駛循環曲線，其中低速部分為上海市地面道路行駛循環，包括4個循環，高速部分為高架道路行駛循環。表1為上海市區行駛循環曲線與其他行駛循環曲線的比較情況。可見在4個行駛循環中，上海市行駛工況循環具有平均速度與最高車速較低、停車時間相對較長(29.7%)、平均加(減)速度最大等特點。這意味著在上海市區使用混合動力汽車，可以更多地從怠速停機、制動能回收方面提高汽車的燃油經濟性。 2 基于上海市區道路行駛循環的混合動力汽車性能仿真 2.1 混合動力汽車總體方案的確定 以桑塔納2000為原型車，發動機的扭矩和驅動電機的扭矩通過扭矩合成器合成，然后傳遞到變速器和傳動軸，從而對前輪進行驅動。主要驅動部件包括：發動機、電機/發電機、傳動系統以及電池。其結構方案參見圖2所示。 2.2 混合動力汽車主要部件的選型 發動機、電機以及蓄電池等主要動力系統部件的選用要考慮上海市區道路行駛工況。最終選用的結果應保持原車的主要動力性能基本不變，即0～100km/h的加速時間不超過13.5s，最高車速不低于170km/h，且在上海市地面行駛時可以滿足純電動模式行駛的要求。 2.2.1 發動機的選用 作為混合動力系統主動力源的發動機在具體選用時應遵循以下原則：(1)在保證原車動力性的前提下可以選用功率較小的發動機；(2)在保證最高車速的前提下，應考慮發動機的經濟工作區域；(3)所選用的發動機易于購買和調整。基于以上考慮，原車75 kW的2VQS汽油發動機換用59 kW的波羅車汽油發動機。 2.2.2 傳動系統的選擇 為了盡量減少工作量，沿用波羅1.4L汽車的傳動系統，其1、2、3、4、5檔的傳動比分別為3.45、 2.1、1.39、1.03、0.81，主傳動比為3.88。 2.2.3 電機的選用 選擇PM 16 kW的電機。其額定轉速為6000 r/min，額定功率為15.8 kW，過載系數為1.454。 2.2.4 蓄電池的選用 大連和平海灣公司提供的10組12QNF25鎳氫電池。其額定總電壓為120V，額定容量/放電電流3.0 AH/25 A，重量為80kg，外形體積為41 L。 2.2.5 混合動力汽車動力性能的驗證 混合動力汽車進行上述配置后，整車重量為1596kg，0～100km/h的加速時間為13.3 s，最高車速為181 km/h，與原車相比，動力性能略有提高。圖3為在純電動行駛模式時電機的動力性能情況。可見，在進行純電動行駛時，電機基本滿足行駛循環最高車速55 km/h的要求。但在行駛循環加速度較高的時段功率略顯不足。考慮到純電動行駛模式主要是為了達到零排放的自的，所選用的電機基本能夠滿足上海市區地面道路的純電動行駛模式的功率需求。同時在純電動模式下行駛6km時，所選用蓄電池的SOC變化為0.3～0.7的理想區間。 因此，上述主要動力部件的選型滿足了混合動力汽車在動力性能方面的要求。 2.3 并聯式混合動力系統的基本控制策略 混合動力系統的基本控制策略也稱電機輔助控制策略，即以發動機作為扭矩輸出的主要動力源，而電機作為輔助動力源。其主要目的是減少混合動力系統的燃油消耗。基本控制策略根據動力系統運行時不同的SOC狀況，通過6個參數將動力系統的工作區域進行劃定。 當動力系統的SOC大于設定的低限時，如車速小于設定的純電動車速時，發動機關閉，混合動力車進入純電動行駛狀態；如發動機的負荷小于設定的發動機關閉的負荷時，發動機同樣關閉，進入制動能回收或者強制剎車狀態；而在其它情況時，以發動機為主要動力源，電機為輔助動力源進入混合驅動狀態，或者發動機單獨驅動狀態。當動力系統的SOC小于設定的低限時，發動機向電機充電成為首要任務：如果這時車輛沒有驅動需求，則發動機的輸出功率全部用來對電池進行充電；如果車輛有驅動需求，則發動機除了提供車輛行駛需要的功率外，還要額外輸出電池充電的扭矩，當然為了保證發動機運轉在較為經濟的區域，在發動機沒有驅動功率輸出時，發動機的負荷率不能太小，即充電的附加扭矩不能太小。因為一般工況都為SOC>SOClow_lim，的普通工況，所以只對5個參數進行優化，具體參數如表2所示。 2.4 混合動力汽車性能仿真研究 圖4所示為本文建立的混合動力系統仿真模型的頂層結構，所用軟件為美國能源部開發的ADVISOR混合動力專用軟件。 為了便于比較分析，分別計算了原桑塔納2000轎車、桑塔納2000裝載波羅發動機和桑塔納2000混合動力轎車方案的經濟性，其整車重量分別取1358kg、1307 kg和1596 kg。為了便于比較分析，除了上海市區道路循環曲線外，還選取EUDC歐洲道路行駛循環、UDDC美國道路行駛循環、1015日本道路循環。具體結果見表3。 由表3可見，原桑塔納2000轎車汽油機1.8 L(75 kW)換裝波羅1.4 L(59 kW)后，汽車的經濟性提高的幅度為18.5%～24.8%，由此也帶來整車動力性能下降的問題；取消汽油機的怠速狀況，可以改善車輛的經濟性，其中對于2VQS發動機取消怠速工況，基于各種行駛循環，提高的幅度為12.6%～23.6%，在日本1015工況時提高的幅度最大，為23.6%；采用混合動力驅動型式，相對于各循環，燃油經濟性提高的幅度為34%～44%，發動機的熱效率也接近傳統車輛發動機熱效率的極限范圍30%左右，發動機的工況點基本集中于發動機的較高區域。 3 結論 混合動力系統使原轎車采用小發動機和取消發動機的怠速狀況成為可能，又通過控制策略的優化調整，使發動機避免在低負荷區域工作，再加上制動能回收等措施，在不犧牲車輛動力性能的前提下大幅度地提高了車輛的經濟性。 與傳統方式驅動的汽車相比，混合動力系統汽車對不同行駛循環的適應性提高。無論在平均車速較低的日本1015循環工況，還是平均車速較高的美國UDDS工況，混合動力汽車的經濟性能基本都保持在6～7 L/100 km，發動機的平均熱效率更趨向一致，保持在28%～29%之間。 按照平均車速由低到高以及相對怠速時間由長到短排序，依次為：日本1015工況循環、上海市工況循環、歐洲ECE_EUDC循環和美國UDDS循環，按照此順序，車輛油耗提高的幅度分別為44%、42.2%、37.3和34%，并且車輛相對于各種循環曲線最終油耗水平保持在6～7L/100km。所以從燃油經濟性角度考慮，混合動力系統更適合于在低速、低負荷、工況變動頻繁的路面上行駛的汽車。

回答者：oiguy10540342016-05-09 00:00