混合動力汽車的動力系統的研究

(遼寧工業大學 遼寧 錦州 121001)

混合動力汽車的動力系統的研究

孟鑫姜樂

(遼寧工業大學遼寧錦州121001)

動力系統的參數匹配是混合動力汽車設計的重要內容，直接影響整車的動力性和燃油經濟性。以某中型卡車為研究對象，研究了混合動力汽車動力系統設計中參數匹配與關鍵零部件選型。仿真結果與原車性能指標對比得出，PHEV的整車性能仿真優于原車，驗證了整車參數匹配與選型的合理性。

參數匹配；部件選型；混合動力汽車;性能仿真

一、引言

本文通過對整車的動力系統結構的確定并且根據整車動力性能的要求進行動力系統各部件的選型和匹配，分析了發動機參數對最優工作區間的影響，研究發動機、動力電池組-電機的動力源模式對整車的動力性影響。

二、動力系統參數匹配與選型

本文以某中型卡車為研究對象，其原車基本參數長*寬*高為6500*2200*2100(mm)，整備質量3500kg，滿載質量8750kg，軸距4000mm，傳動系效率為0.95，車輪滾動半徑470mm，風阻系數0.43，迎風面積5.2m2，前后輪距1700/1660mm，油箱容積75L。

首先，根據最高車速vmax確定的最大功率，其次，根據爬坡性能確定的最大功率。最后，根據加速性能來確定最大功率。假設加速過程中汽車最大輸出功率為恒功率，估算整車所需總功率：

(1)

式中，t為加速時間；v=130km/h。

以上各式中：m為滿載質量，取8750kg；ηt整車傳動系效率，取0.95；Cd為空氣阻力系數，取0.43；δ為汽車旋轉質量換算系數取1.1；g為重力加速度，取9.80m/s2；f為滾動阻力系數，其估算公式為：

(2)

取f0=0.0115,f1=0.0036,f4=0.0015。

根據整車動力性指標，最高車速vmax為130km/h，此時f=0.192，Pmax1為135kW。

爬坡性能考慮了兩種運行方式，第一種以車速為10km/h，坡度為最大爬坡指標40%運行，此時f=0.01226，Pmax2為110.8kW。

由于我國公路標準規定最大縱坡坡度為9%，因此第二種方式以車速40km/h，坡度10%運行，此時f=0.01309，Pmax2為140.2kW。

根據整車動力性能指標，0～100km/h加速時間小于35s，此時f=0.0175，Pmax3為108.3kW。

總功率必須滿足各項性能指標計算的最大功率，即：

Zv,load=2

(3)

式中：Ptotal為整車需求總功率。

因此總功率需要大于140.2kW，考慮到各部件損失功率及其它部件需求為10～20kW，確定總功率為155kW。

三、關鍵零部件匹配分析

(一)發動機參數確定

本文設計發動機單獨驅動時能以90km/h車速勻速行駛，所需功率為68.8kW；設計汽車能以50km車速行駛在二級城市道路縱坡5%的坡度路面上，所需功率為100kW。

(二)驅動電機參數確定

汽車在起步或低速行駛時若由發動機驅動汽車，發動機處于低負荷狀態，經濟性及排放性均較差。若由驅動電機來驅動，可利用純電動模式來提高經濟性、降低排放。設計純電動行駛最高車速不低于50km/h，此時驅動電機持續功率需求為24kW，考慮電機效率，確定電機的額定功率不低于27kW。

另外，當汽車以混動模式運行時，驅動電機輔助發動機驅動汽車，驅動電機功率與發動機功率之和應滿足：

Pm+Pen≥Ptotal

(4)

式中：Pm為驅動電機；Pen為發動機功率。

可得驅動電機峰值功率為47kW左右。

(三)傳動系統參數確定

傳動系參數選擇包括變速器擋位及各擋傳動比及主減速器傳動比的選擇，本文主減速器傳動比沿用原車傳統比i0=5.56，只對變速器各擋位進行計算。

(1)最大傳動比根據汽車的爬坡性能確定傳動比，可按如下公式計算：

(6)

式中，αmax=tan-1(40%)，Ttqmax為汽車最大扭矩由發動機和驅動電機最大扭矩確定，r為車輪半徑。代入數據可得ig1i0>=37.1。

四、性能仿真結果

使用整車性能仿真軟件cruise建立單軸并聯式混合動力汽車整車模型。之后，將所選定的各部件數據填寫到cruise當中的相應模塊中，依據汽車動力系統的性能要求對一定循環工況下的整車的性能進行估算。

選擇UDC循環工況，圖1是UDC道路循環工況圖。在UDC道路循環工況下的仿真結果如圖1—2所示。

圖1 UDC工況車速跟蹤圖

圖2 爬坡度圖

五、結論

準確的動力參數匹配決定整車的動力性能的優劣，同時對混合動力汽車的燃油經濟性也有很大的影響。依據在一定工況下的混合動力汽車的動力性與經濟性分析，通過與設計目標進行對比，驗證了整車參數匹配的合理性，同時有益于整車性能的改善。

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孟鑫(1993-)，男，漢族，遼寧鐵嶺人，學生，專業碩士，遼寧工業大學，研究方向汽車智能輔助駕駛；姜樂(1991-)，男，滿族，遼寧大連人，學生，專業碩士，遼寧工業大學，研究方向車輛CAD/CAM/CAE技術。

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