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3.4.3 混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性仿真設(shè)計(jì)

混合動(dòng)力汽車相比于傳統(tǒng)動(dòng)力汽車,增加了電機(jī)、蓄電池和多個(gè)控制器,電機(jī)提升了整車的動(dòng)力性水平,而發(fā)動(dòng)機(jī)則采用效率更高的混合動(dòng)力專用發(fā)動(dòng)機(jī),經(jīng)濟(jì)性水平相比燃油汽車有較大提升。電機(jī)與變速器往往集成設(shè)計(jì)為電驅(qū)變速器。混合動(dòng)力汽車布置示意圖如圖3-22所示。

圖3-22 混合動(dòng)力汽車布置示意圖

1.混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力性

混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力源為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī),電機(jī)能量源于動(dòng)力蓄電池,電機(jī)的特性為在零轉(zhuǎn)速可輸出最大轉(zhuǎn)矩,且響應(yīng)迅速,有效彌補(bǔ)了發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)較慢的缺點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)雙轉(zhuǎn)矩疊加以滿足駕駛需求,動(dòng)力性明顯提升。混合動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)矩如圖3-23所示。

圖3-23 混合動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)矩

混合動(dòng)力汽車動(dòng)力性測(cè)試項(xiàng)目較多,國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要涵蓋最高車速、百公里加速、超車加速、最大爬坡度、坡道起步能力等。但考慮市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)及用戶實(shí)際需求,各整車公司在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出了更高的要求,針對(duì)不同動(dòng)力蓄電池電量、不同駕駛模式進(jìn)行動(dòng)力性開發(fā)和測(cè)試。表3-11為某混合動(dòng)力車型的動(dòng)力性測(cè)試流程。

表3-11 某混合動(dòng)力車型的動(dòng)力性測(cè)試流程

2.混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)性

混合動(dòng)力汽車引入了動(dòng)力蓄電池和電機(jī)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)電機(jī)助力與制動(dòng)能量回收功能?;旌蟿?dòng)力的節(jié)能路徑主要在于削峰填谷和能量回收,一方面利用電機(jī)輔助調(diào)節(jié),使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在相對(duì)高效的工況,從而降低油耗;另一方面將本來(lái)會(huì)耗散掉的動(dòng)能通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,儲(chǔ)存入動(dòng)力蓄電池,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量和滑行能量的回收。我國(guó)混合動(dòng)力乘用車采用的循環(huán)工況與燃油汽車一致,包括歐洲NEDC循環(huán)、WLTP循環(huán);自2021年起,油耗與排放統(tǒng)一采用WLTC循環(huán)工況。

混動(dòng)車型電系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的作用主要表現(xiàn)為調(diào)節(jié)工作點(diǎn),通過(guò)電機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié),避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低效區(qū)工作,可有效降低油耗。另一方面,在駕駛?cè)诵枨蠊β瘦^小,整車制動(dòng)時(shí),電機(jī)參與工作,發(fā)動(dòng)機(jī)可停機(jī),在車輛滑行和部分制動(dòng)工況中,可通過(guò)電機(jī)將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,該項(xiàng)技術(shù)在NEDC工況可節(jié)油1L/100km,常規(guī)動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)與混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)對(duì)比如圖3-24所示,其中,圖3-24a為常規(guī)動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn),圖3-24b為混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)。

圖3-24 常規(guī)動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)與混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)

以HEV車型為例,基于“小熊油耗”的大數(shù)據(jù)對(duì)比分析(表3-12),HEV模式實(shí)際用戶節(jié)油率為25%~40%。

而PHEV車型兼具HEV和EV車型的特征,其運(yùn)行特征如圖3-25所示,運(yùn)行分為電量下降(CD)與電量維持(CS)兩個(gè)階段,測(cè)試區(qū)分CD和CS狀態(tài),對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性核心指標(biāo)為續(xù)駛里程與油耗,在開發(fā)中要針對(duì)電耗與油耗分別進(jìn)行針對(duì)性開發(fā)。在純電動(dòng)模式下的主要開發(fā)目標(biāo)是使電機(jī)工作點(diǎn)盡可能分布在高效率區(qū)域的同時(shí),實(shí)現(xiàn)最大限度的能量回收。而在HEV模式下,核心問(wèn)題是混動(dòng)能量管理策略,在電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)油耗。

表3-12 混合動(dòng)力汽車大數(shù)據(jù)對(duì)比

圖3-25 PHEV運(yùn)行特征

注:RCD為續(xù)駛里程;FCCD是電量下降階段油耗;FCCS是電量維持階段油耗。

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