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(fā)的環(huán)境問題引起了人們的關注。同時，越來越嚴格的政府法規(guī)限制促進了汽車設計的改變。相比于傳統(tǒng)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(tǒng)計發(fā)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(fā)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(tài)規(guī)劃確定每種結構下的最優(yōu)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(fā)動機直接帶動發(fā)電機發(fā)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(fā)動機和電動機兩套驅動系統(tǒng)，兩套驅動系統(tǒng)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(fā)動機的法拉利FF研發(fā)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(huán)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(tài)規(guī)劃方法優(yōu)化發(fā)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(yōu)。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(fā)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(fā)動機的運行工況受汽車具體行駛工況的影響較大，使發(fā)動機控制系統(tǒng)和控制策略變得十分復雜；③在整個NEDC循環(huán)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