發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代技術(shù)論文

1、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代技術(shù)概論研究生課程考核試卷 科 目：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代技術(shù)概論 教 師： 周恩序 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 車輛工程 類 別： 學(xué)術(shù)型 上課時(shí)間： 2014年11月6號(hào)-2014年11月15號(hào) 考 生 成 績(jī)：卷面成績(jī)平時(shí)成績(jī)課程綜合成績(jī)閱卷評(píng)語(yǔ)： 閱卷教師 (簽名) 重慶大學(xué)研究生院制Plug-in混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究分析摘要：外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(Plug-in HEV)是在傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車基礎(chǔ)上派生出來(lái)的新型節(jié)能環(huán)保車,可以大大改善汽車有害氣體和溫室氣體排放,提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。文章介紹了Plug-in HEV的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu),闡述了Plug-in HEV的控制策略,

2、指出Plug-in HEV關(guān)鍵技術(shù)，是一種最有發(fā)展前景的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；電汽車；插電式Study on Plug-in Hybrid Electric VehicleAbstract : Plug-in HEV,a new energy-saving and environmental vehicle,derives from the traditional HEV,which could greatly reduce emission of the harmful gas and greenhouse gas to enhance the fuel economy of

3、vehicles.This paper introduces the structure of Plug-in HEVs power system and control strategies of it,pointing out the key technology of Plug-in HEV.To sum up, Plug-in HEV enjoys the most prosperous.Key word: Hybrid power; Electric Vehicle; Plug-in;引言隨著全球資源短缺與環(huán)境惡化的日益嚴(yán)重，新型清潔汽車尤其是混合動(dòng)力汽車成為國(guó)際汽車制造商研究和開(kāi)發(fā)

4、的熱點(diǎn)。在現(xiàn)階段，插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）是一個(gè)新的研究方向。PHEV是指可以使用電力網(wǎng)（包括家用電源插座，例如220V電源）對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行充電的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車1。Plug-in混合動(dòng)力汽車的特點(diǎn)：1 充電式（Plug-in）混合動(dòng)力汽車具有低噪音和低排放的優(yōu)點(diǎn)。2 充電式（Plug-in）混合動(dòng)力汽車介于常規(guī)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和純電動(dòng)之間，里程長(zhǎng)時(shí)采用以內(nèi)燃機(jī)為主的混合動(dòng)力模式，里程短時(shí)采用純電動(dòng)模式。3 可在晚間低谷時(shí)使用外部電網(wǎng)對(duì)車載動(dòng)力電池進(jìn)行充電，不僅可改善電廠發(fā)電機(jī)組效率問(wèn)題，而且可大大降低對(duì)石油的依賴；同時(shí)用電

5、比燃油便宜，可以降低使用成本。4 由于充電式（Plug-in）混合動(dòng)力汽車的行駛特性，動(dòng)力電池SOC 必須在很大的范圍內(nèi)波動(dòng)，屬于深度充電深度放電，因此循環(huán)工作壽命比較短2。1 Plug-in HEV的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析PHEV的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與傳統(tǒng)HEV類似，主要是比傳統(tǒng)的HEV多了一個(gè)充電裝置，因此其動(dòng)力系統(tǒng)同傳統(tǒng)HEV相似主要可分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種結(jié)構(gòu)。1.1串聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)圖1.1為Plug-in串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電能通過(guò)電機(jī)控制器輸送到電池或電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)車輪無(wú)直接機(jī)械聯(lián)系，可以將

6、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整在最佳效率區(qū)或最低排放區(qū)運(yùn)行，通過(guò)調(diào)整電池和電動(dòng)機(jī)的輸出來(lái)達(dá)到調(diào)整車速的目的；不需要離合器和變速器（或采用少級(jí)變速器），各部件布置靈活；電動(dòng)機(jī)的電能由發(fā)電機(jī)和/或蓄電池提供；適用于在市內(nèi)低速運(yùn)行的工況。在繁華的市區(qū)，汽車在起步和低速時(shí)還可以關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，只利用電池進(jìn)行功率輸出，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，減少了廢氣排放，使汽車達(dá)到零排放要求。系統(tǒng)的負(fù)載能力完全取決于電動(dòng)機(jī)的額定功率，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能太低或太高，否則效率很低；在發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能經(jīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，再由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中，存在比較大的能量損失。另外，為了能夠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率，發(fā)電

7、機(jī)的尺寸大。圖1.1串聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)1.2并聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)圖1.2為Plug-in并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是并聯(lián)式裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)分屬兩套系統(tǒng)，可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的路面上可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輪。不需要額外的發(fā)電機(jī)，減少了整車凈重和成本；發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的功率比串聯(lián)型的??；發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪直接機(jī)械連接，減少了電能轉(zhuǎn)化的損失，但是發(fā)動(dòng)機(jī)必須在一個(gè)較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，否則對(duì)汽車的排放和油耗不利；最適合于汽車在中、高速穩(wěn)定行駛的工況這樣具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性。而在其它的行駛工況，由于發(fā)動(dòng)機(jī)不在其最佳的工

8、作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗和排污指標(biāo)不如串聯(lián)型。這種裝置更接近傳統(tǒng)的汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械效率損耗與普通汽車差不多，得到比較廣泛的應(yīng)用。 圖1.2并聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)1.3混聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)圖1.3為Plug-in混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)?；炻?lián)型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是串聯(lián)型與并聯(lián)型的綜合。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能由控制器控制,輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過(guò)動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn),能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，從而在結(jié)構(gòu)上保證了

9、在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，因此更容易實(shí)現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和控制方式充分發(fā)揮了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，能使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更優(yōu)化的匹配，在結(jié)構(gòu)上保證了在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)。更容易實(shí)現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)34。圖1.3混聯(lián)型Plug-in HEV結(jié)構(gòu)2.Plug-in控制策略混合動(dòng)力汽車的控制策略最常用的有邏輯門限值控制、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)控制、邏輯模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等5。最簡(jiǎn)單、最實(shí)用的控制策略是邏輯門限值控制6。以并聯(lián)混合動(dòng)力客車為例，采用電力輔助(Electric Assist)控制策略。并聯(lián)電動(dòng)助力控制策略是以發(fā)動(dòng)機(jī)作為主

10、動(dòng)力源，電機(jī)和電池提供峰值功率。并聯(lián)電動(dòng)助力控制策略描述如下：(1)車輛速度低于某一最小值時(shí)，由電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；(2)發(fā)動(dòng)機(jī)在給定速度下運(yùn)行于低效區(qū)時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；(3)轉(zhuǎn)矩需求大于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度下的最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供輔助轉(zhuǎn)矩；(4)當(dāng)SOC很低時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外轉(zhuǎn)矩給電池充電；(5)制動(dòng)時(shí),電機(jī)工作于發(fā)電機(jī)狀態(tài),向電池回饋能量。其ADVISOR模型如圖2-1所示，設(shè)計(jì)的控制變量如表2-1所示。表2-1 電輔助控制策略變量表控制變量 變量含義 變量值cs_hi_soc 電池SOC最高值 0.9cs_lo_soc 電池SOC最低值 0.3 cs_electric_l

11、aunch_spd_lo 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)車速（低） 2.8m/s cs_electric_launch_spd_hi 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)車速（高） 5.6m/s cs_off_trq_frac 發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉轉(zhuǎn)矩所占比重 0.3 cs_min_trq_frac 發(fā)動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)矩所占比重 0.6 cs_charge_trq 充電轉(zhuǎn)矩所占比重 0.4圖2-1電輔助控制策略Simulink邏輯框圖3 PHEV的關(guān)鍵技術(shù)PHEV 的關(guān)鍵技術(shù)包括整車動(dòng)力系統(tǒng)匹配與控制策略、動(dòng)力電池、電機(jī)和充電基礎(chǔ)設(shè)施7。3.1 整車動(dòng)力系統(tǒng)匹配與控制策略在混合動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，PHEV的整車開(kāi)發(fā)技術(shù)主要包括動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和整車

12、控制策略兩個(gè)部分。在進(jìn)行參數(shù)匹配時(shí)，為保證純電動(dòng)功能下的動(dòng)力性能和足夠的行駛里程，需要大功率電機(jī)和高能量電池；為保證混合模式下的車輛動(dòng)力性能，需要大功率電池，而發(fā)動(dòng)機(jī)的功率適當(dāng)減小。在進(jìn)行整車控制策略設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮低SOC下如何保護(hù)電池、何時(shí)進(jìn)入混合模式、如何實(shí)現(xiàn)全局燃料經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)等問(wèn)題。3.2 PHEV用動(dòng)力電池動(dòng)力電池是各種電動(dòng)車輛的主要能量載體和動(dòng)力來(lái)源，也是PHEV整車成本的主要組成部分。動(dòng)力電池自身技術(shù)的提高和成組應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展成為電動(dòng)車輛市場(chǎng)化和商業(yè)化的關(guān)鍵因素之一。PHEV用動(dòng)力電池應(yīng)有足夠大的比能量和比功率，在整車質(zhì)量允許的前提下，盡可能地實(shí)現(xiàn)整車動(dòng)力性指標(biāo)和純電動(dòng)續(xù)駛里程；另

13、外，動(dòng)力電池在足夠壽命的前提下，低SOC時(shí)應(yīng)有大功率輸出，高SOC時(shí)仍有高的輸入功率，以回收制動(dòng)能量?？紤]以上因素，鑒于鉛酸蓄電池過(guò)于笨重（比容量低）、衰減快、技術(shù)改進(jìn)已到盡頭；鎳氫電池記憶性、比容量一般、單體電壓等缺陷，而鋰離子動(dòng)力蓄電池具有更高的能量密度，因此鋰離子動(dòng)力電池是PHEV的最佳選擇。3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)PHEV對(duì)電機(jī)也有較高的要求，為滿足在純電動(dòng)模式下啟動(dòng)及純電動(dòng)續(xù)駛里程、加速和高速行駛的要求，PHEV需要較大輸出功率、低速時(shí)高扭矩和調(diào)速范圍寬的電機(jī)；另外考慮到整車布置和使用壽命等因素，應(yīng)盡量選取高密度、小型輕量化、高效率、高可靠性、高耐久性、強(qiáng)適應(yīng)性的電機(jī)。就目前現(xiàn)有技術(shù)而言，永

14、磁同步電機(jī)是個(gè)較好的選擇。3.4 充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是保證PHEV能源供給的技術(shù)條件，它包括電網(wǎng)和充電站兩大部分。電網(wǎng)和充電站的建設(shè)都需要巨大的資金投入，要涉及到政府、電力、城建和市政等多個(gè)部門，是一項(xiàng)規(guī)模龐大的系統(tǒng)工程。為滿足不同運(yùn)行模式需求，可建立小型和大型兩種充電站。小型充電站是國(guó)外可充電汽車使用最廣泛的充電設(shè)施，對(duì)小型充電站的要求應(yīng)是高效、節(jié)能、低造價(jià)、安全、可靠和維修性良好等，多分布于街頭、超市、大樓和停車場(chǎng)等地方，小型充電站的構(gòu)架和設(shè)備選購(gòu)必須根據(jù)運(yùn)營(yíng)模式和系統(tǒng)要求綜合平衡，統(tǒng)一籌劃。大型充電站類似現(xiàn)有加油站一般要有多套大型和小型充電機(jī)、監(jiān)控和計(jì)費(fèi)設(shè)備，多種規(guī)格的備

15、用電池等組成，能開(kāi)展對(duì)各類充電汽車的快速充電、慢速充電、快換電池和電池維護(hù)等業(yè)務(wù)。大型充電站目前只處于示范運(yùn)行階段，各項(xiàng)技術(shù)及配套方案都有待進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化。4 結(jié)束語(yǔ)在石油資源日益緊缺的今天, PHEV有很好的發(fā)展前景, 其潛在的價(jià)值包括:( 1)對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō), 電價(jià)要比油價(jià)低得多, 而且利用晚上低峰電力充電可以提高電網(wǎng)生產(chǎn)率,有助于降低電價(jià)。( 2)消費(fèi)者可以通過(guò)電網(wǎng)增加儲(chǔ)能設(shè)施, 例如儲(chǔ)存家用太陽(yáng)能電池板等發(fā)電裝置生產(chǎn)的多余電能, 在一定程度上減輕了消費(fèi)。( 3)使用可外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)車可減少有害氣體排放, 為世界環(huán)保貢獻(xiàn)自己的一份力量。PHEV不僅有這么多潛在價(jià)值，它的關(guān)鍵技術(shù)還具有可行性，是一種最有發(fā)展前景的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)模式，也是向最終的清潔能源汽車（BEV和FCEV）過(guò)渡的最方案之一。參考文獻(xiàn)1李錦,徐兆坤.淺談PHEV的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)J. 上海汽車,2009(2):10-11.2 楊金星，周榮，喬維高Plug-in 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的研究分析J汽車