插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車的選型匹配與仿真設(shè)計(jì).doc

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1、.word可編輯.插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車的選型匹配與仿真時(shí)間:2011-03-2912:05來源:同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院作者:孫永正等點(diǎn)擊:次以某插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車為例，在整車性能指標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定的基礎(chǔ)上,對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元進(jìn)行選型和優(yōu)化匹配，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作點(diǎn)，并對(duì)所建的整車進(jìn)行仿真。前言?隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,汽車的需求不斷增加,預(yù)計(jì)到2030年我國(guó)汽車保有量將達(dá)到2.7億輛,這將會(huì)導(dǎo)致石油資源過度消耗,加劇環(huán)境污染?；旌蟿?dòng)力汽車的節(jié)能環(huán)保、技術(shù)成熟和成本相對(duì)較低的特

2、點(diǎn)將使之成為近期內(nèi)替代傳統(tǒng)汽車的優(yōu)選方案之一。插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車適用于城市內(nèi)頻繁起步和低速運(yùn)行工況,使發(fā)動(dòng)機(jī)避免了怠速和低速運(yùn)轉(zhuǎn)的工況,從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的效率;同時(shí)可以從供電網(wǎng)獲取電能,在一定的行駛距離內(nèi)以純電動(dòng)模式行駛,降低對(duì)石油資源的依賴,減少有害氣體的排放。文中針對(duì)插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車,從電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元這幾方面進(jìn)行選型匹配分析,以期在滿足整車動(dòng)力性、續(xù)駛里程的前提下,提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。?1整車參數(shù)性能指標(biāo)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?1.1整車參數(shù)性能指標(biāo)所研究的串聯(lián)混合動(dòng)力轎車原

3、型車是排量為1.8L的轎車。在結(jié)構(gòu)不改變的情況下,換裝了新的動(dòng)力系統(tǒng)。在確定整車純電動(dòng)續(xù)駛里程時(shí),參考美國(guó)私人交通調(diào)查報(bào)告(NPTS),車輛日常行駛里程在60mile(約96.6km)以內(nèi)的累積概率為60%,考慮到動(dòng)力電池通常并不是在充滿狀態(tài),故確定該車純電動(dòng)續(xù)駛里程為110km。整車參數(shù)及性能要求如表1所示。????1.2整車系統(tǒng)結(jié)構(gòu).專業(yè).專注..word可編輯.插電式串聯(lián)混合電動(dòng)轎車的結(jié)構(gòu)如圖1所示,其動(dòng)力系統(tǒng)主要由電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和輔助動(dòng)力單元3部分組成,外部能源輸入有發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供應(yīng)和

4、外接充電兩種方式。發(fā)動(dòng)機(jī)和ISG電機(jī)同軸連接組成輔助動(dòng)力單元(auxiliarypowerunit,APU)。???發(fā)動(dòng)機(jī)工作在恒定的工作點(diǎn)帶動(dòng)ISG電機(jī)發(fā)電,動(dòng)力電池用來平衡APU輸出功率和電機(jī)輸入功率:當(dāng)ISG電機(jī)的輸出功率大于電機(jī)需求功率時(shí)(汽車減速滑行、低速行駛時(shí)停車等工況),控制器控制ISG電機(jī)向電池充電;當(dāng)ISG電機(jī)的輸出功率低于電機(jī)需求功率時(shí)(汽車起步、加速、高速行駛和爬坡等工況),電池則向電機(jī)提供額外的電能。由于電機(jī)能夠四象限運(yùn)行,系統(tǒng)無須設(shè)置變速器和離合器,且電機(jī)在正反兩個(gè)方向上

5、都能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)能量回收,因而提高了系統(tǒng)效率。?2電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)及其控制器、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)輪組成。與發(fā)動(dòng)機(jī)特性不同,電機(jī)的機(jī)械特性是低速恒轉(zhuǎn)矩和高速恒功率。低速時(shí),電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大,正好滿足汽車起步或爬坡工況車速較低時(shí)需要較大轉(zhuǎn)矩的要求;高速時(shí),電機(jī)輸出恒功率,滿足汽車的最高車速行駛要求;與汽車的行駛特性非常相符。因此,可用固定擋的齒輪傳動(dòng)裝置來替代多速變速器,從而簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)裝置。?2.1電機(jī)選型驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用永磁同步電機(jī),其參數(shù)應(yīng)由整車參數(shù)及其性能要求決定。相對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言

6、,電機(jī)具有一定的過載能力。選擇電機(jī)功率時(shí)要綜合考慮電機(jī)的額定功率和最大功率,在設(shè)計(jì)中一般根據(jù)最高車速確定電機(jī)的額定功率,整車的加速、爬坡性能則與峰值功率密切相關(guān)。電機(jī)功率越大,整車的加速和爬坡性能越好,但增大電機(jī)功率將導(dǎo)致電機(jī)的體積和質(zhì)量迅速增加,.專業(yè).專注..word可編輯.而且會(huì)使電機(jī)不能經(jīng)常工作在額定功率附近,電機(jī)的效率和功率因數(shù)下降。考慮到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19752-2005中所規(guī)定整車性能測(cè)試時(shí)裝備質(zhì)量要求,在計(jì)算電機(jī)功率需求時(shí)采用半載質(zhì)量,即m=1750kg,g=9.8m/s2。傳動(dòng)

7、效率t、路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f、汽車風(fēng)阻系數(shù)CD、汽車行駛迎風(fēng)面積A、最高車速vmax、爬坡車速va、爬坡角度α、0-100km/h加速時(shí)間t的值如表2所示。??根據(jù)以上分析和計(jì)算結(jié)果,電機(jī)的額定功率至少為30.8kW,峰值功率至少為60.5kW。根據(jù)電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器技術(shù)條件(GB/T18488.1-2006)對(duì)電機(jī)功率等級(jí)的規(guī)定,確定電機(jī)的額定功率為30kW,峰值功率為70kW?？刂破麟妷旱燃?jí)為336VDC。綜合考慮整車布置、電機(jī)技術(shù)等原因,確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為100Nm,基速為2800r/m

8、in,最高轉(zhuǎn)速為6000r/min。?2.2固定傳動(dòng)比的確定(1)傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比傳動(dòng)比i應(yīng)滿足汽車行駛最高車速的要求,根據(jù)汽車?yán)碚?i=0.377rnmax/vmax?(4)式中:r為車輪滾動(dòng)半徑;nmax為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。由于電機(jī)的外特性與發(fā)動(dòng)機(jī)的不同,串聯(lián)混合動(dòng)力轎車的最高車速同時(shí)還受到電機(jī)最大功率的限制。(2)傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比.專業(yè).專注..word可編輯.確定最小傳動(dòng)比,應(yīng)考慮3個(gè)因素:最大爬坡度、0-100km/h加速時(shí)間和地面附著率。根據(jù)汽車?yán)碚?i=Ftr/(Ttq