混合動力步兵車的性能分析與設計

以柴電混合動力步兵車作為研究對象，通過對能量利用和能量控制管理策略的優(yōu)化分析，以最優(yōu)的燃油經濟性、最小的排放量、最低的系統(tǒng)成本和良好的動力性能為優(yōu)化目標，對車輛動力系統(tǒng)控制策略和動力推進系統(tǒng)進行設計。基于Matlab編程環(huán)境，開發(fā)了柴油-電動混合動力步兵機動車輛的準靜態(tài)動力系統(tǒng)數(shù)學模型。利用該動力系統(tǒng)模型，可以實現(xiàn)對各種車輛操控行為分析，而且可用于模擬和預測各種典型任務在實際駕駛循環(huán)工況中的表現(xiàn)。此外，以最小的燃油消耗總量和CO2排放量為目標，基于上述動力系統(tǒng)數(shù)學模型提出優(yōu)化問題，基于按照動力系統(tǒng)輸出總功率不同劃分出的4種典型駕駛循環(huán)工況，實現(xiàn)對電池質量和能量流管理策略模塊等參數(shù)優(yōu)化。從優(yōu)化結果可知，考慮到電池的充放電周期和能量特性，最佳的電池質量約為整車干質量的2.5%。但隨著電池技術的改進，更高能重比電池的出現(xiàn)，必將在不改變電池容量的基礎上減輕電池質量，從而提高車輛的輕便性。這種方案與通常使用的自動齒輪換擋變速器相比，從能量消耗和CO2排放量數(shù)據(jù)可知，在低功耗負荷工況下，節(jié)能減排效果明顯。此外，對于輸出功率要求為220kW的駕駛循環(huán)工況，采用優(yōu)化后的混合動力系統(tǒng)可節(jié)約傳統(tǒng)動力布置方式下燃油消耗量的22.2%。若假設步兵車的使用壽命為40年，預計每年使用1500h，在整個該循環(huán)工況下可節(jié)油約80L，這意味著避免1.76×106kg的CO2排放量。另外，采用混合動力系統(tǒng)比采用單一發(fā)動機對發(fā)動機總功率的要求低。

刊名：Applied Energy（英）

刊期：2011年第88期

作者：Francisco José Jimenez-Espadafor et al

編譯：吳濤