高品質(zhì)插電式混合動(dòng)力汽車(chē)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

近些年，溫室氣體排放引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。同時(shí)，越來(lái)越嚴(yán)格的政府法規(guī)限制促進(jìn)了汽車(chē)設(shè)計(jì)的改變。相比于傳統(tǒng)汽車(chē)，純電動(dòng)汽車(chē)可以使溫室氣體排放減少32%。對(duì)于用車(chē)習(xí)慣的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，人們每天大約需要使用汽車(chē)行駛60km，而純電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法滿足該要求，因而采用了混合動(dòng)力汽車(chē)。其中，具有較大電池容量、可支持更長(zhǎng)行駛里程的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（PHEV）得到了廣泛應(yīng)用。PHEV采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)兩種裝置作為動(dòng)力源，因而存在串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式多種結(jié)構(gòu)。隨著人們對(duì)PHEV的品質(zhì)要求越來(lái)越高，因而需要對(duì)高品質(zhì)PHEV的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。對(duì)PHEV的幾種不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃確定每種結(jié)構(gòu)下的最優(yōu)燃油消耗，給出通過(guò)采用不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高品質(zhì)PHEV的方法。

PHEV采用串聯(lián)式結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能通過(guò)控制器輸送到電池或電機(jī)，由電機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)；采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，時(shí)利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)既可以分開(kāi)工作也可以協(xié)調(diào)工作；采用混聯(lián)式結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行串聯(lián)式和并聯(lián)式結(jié)構(gòu)的切換。對(duì)這3種結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，采用具有自然吸氣V12發(fā)動(dòng)機(jī)的法拉利FF研發(fā)平臺(tái)。分別設(shè)計(jì)了上述3種PHEV的結(jié)構(gòu)，并根據(jù)行駛里程要求選擇合適的電動(dòng)機(jī)。采用新歐洲標(biāo)準(zhǔn)駕駛循環(huán)工況（NEDC），測(cè)試不同結(jié)構(gòu)下的燃油消耗。為便于對(duì)比，對(duì)PHEV每種結(jié)構(gòu)均采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和電動(dòng)機(jī)輸出功率，使每種結(jié)構(gòu)PHEV得到的燃油消耗最優(yōu)。研究結(jié)果顯示：①采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)時(shí)，PHEV在起動(dòng)、加速和低速運(yùn)行工況下可以獲得最小的燃油消耗；②與串聯(lián)結(jié)構(gòu)PHEV相比，并聯(lián)結(jié)構(gòu)PHEV可將發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能直接輸出到驅(qū)動(dòng)橋，因而總體效率較高，但這種結(jié)構(gòu)下發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況受汽車(chē)具體行駛工況的影響較大，使發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)和控制策略變得十分復(fù)雜；③在整個(gè)NEDC循環(huán)工況下，混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的燃油消耗最低，但該結(jié)構(gòu)對(duì)串、并聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)何時(shí)切換的控制策略要求較高。因而，為了設(shè)計(jì)更高品質(zhì)的PHEV，需要根據(jù)設(shè)計(jì)汽車(chē)的性能要求和成本進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇。

JustinWilbanksetal.SAE

2015-01-1158.

編譯：王祥