高品質插電式混合動力汽車結構的設計研究

高品質插電式混合動力汽車結構的設計研究

近些年，溫室氣體排放引發的環境問題引起了人們的關注。同時，越來越嚴格的政府法規限制促進了汽車設計的改變。相比于傳統汽車，純電動汽車可以使溫室氣體排放減少32%。對于用車習慣的統計發現，人們每天大約需要使用汽車行駛60km，而純電動汽車無法滿足該要求，因而采用了混合動力汽車。其中，具有較大電池容量、可支持更長行駛里程的插電式混合動力汽車（PHEV）得到了廣泛應用。PHEV采用電動機和發動機兩種裝置作為動力源，因而存在串聯式、并聯式和混聯式多種結構。隨著人們對PHEV的品質要求越來越高，因而需要對高品質PHEV的設計進行研究。對PHEV的幾種不同結構進行分析比較，并利用動態規劃確定每種結構下的最優燃油消耗，給出通過采用不同結構設計高品質PHEV的方法。

PHEV采用串聯式結構時，發動機直接帶動發電機發電，電能通過控制器輸送到電池或電機，由電機通過變速機構驅動汽車；采用并聯式結構，時利用發動機和電動機兩套驅動系統，兩套驅動系統既可以分開工作也可以協調工作；采用混聯式結構時，通過開關結構進行串聯式和并聯式結構的切換。對這3種結構進行分析時，采用具有自然吸氣V12發動機的法拉利FF研發平臺。分別設計了上述3種PHEV的結構，并根據行駛里程要求選擇合適的電動機。采用新歐洲標準駕駛循環工況（NEDC），測試不同結構下的燃油消耗。為便于對比，對PHEV每種結構均采用動態規劃方法優化發動機輸出功率和電動機輸出功率，使每種結構PHEV得到的燃油消耗最優。研究結果顯示：①采用串聯結構時，PHEV在起動、加速和低速運行工況下可以獲得最小的燃油消耗；②與串聯結構PHEV相比，并聯結構PHEV可將發動機機械能直接輸出到驅動橋，因而總體效率較高，但這種結構下發動機的運行工況受汽車具體行駛工況的影響較大，使發動機控制系統和控制策略變得十分復雜；③在整個NEDC循環工況下，混聯式結構的燃油消耗最低，但該結構對串、并聯兩種結構何時切換的控制策略要求較高。因而，為了設計更高品質的PHEV，需要根據設計汽車的性能要求和成本進行結構選擇。

JustinWilbanksetal.SAE

2015-01-1158.

編譯：王祥