王清揚(yáng)

貴州交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車(chē)工程系 貴州省貴陽(yáng)市 550008

在城市中行駛的公交車(chē)，由于紅綠燈、擁堵、靠站等原因，起停多；又因其質(zhì)量大，動(dòng)能較大，在制動(dòng)時(shí)需要很大能量才能使其達(dá)到減速或者穩(wěn)定的目的。在傳統(tǒng)制動(dòng)方式中，摩擦制動(dòng)器負(fù)荷較大，使用壽命短，并伴有很大的安全隱患。因此在混合動(dòng)力客車(chē)中使用再生制動(dòng)技術(shù)，可以在客車(chē)制動(dòng)時(shí)回收一部分汽車(chē)制動(dòng)時(shí)損失的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)的能量的最大化利用，并且降低了摩擦制動(dòng)器的磨損，在節(jié)能的同時(shí)起到了保護(hù)摩擦制動(dòng)器的作用[1]。

1 再生混合動(dòng)力客車(chē)驅(qū)動(dòng)形式的選擇

混合動(dòng)力客車(chē)在城市道路行駛，須應(yīng)對(duì)較復(fù)雜的工況，如起停，坡道，怠速等。因此混合動(dòng)力客車(chē)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足復(fù)雜工況條件的需求。

并聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)機(jī)械連接的方式直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輛；同理，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力也可以直接作用于驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。此種結(jié)構(gòu)使客車(chē)擁有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，兩者既可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)輛，也可以共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。發(fā)動(dòng)機(jī)既可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，也可以帶動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)發(fā)電，給電池組充電。電動(dòng)機(jī)既可以作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)客車(chē)行駛，又可以在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)作為發(fā)電機(jī)為電池組充電，也可以在再生制動(dòng)時(shí)作為發(fā)電機(jī)回收制動(dòng)能量。在起

停頻繁或怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)效率低，電機(jī)作為動(dòng)力源單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。而在功率需求較大時(shí)與發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)車(chē)輛，提升整車(chē)動(dòng)力性能[2]。因此本文選擇并聯(lián)結(jié)構(gòu)為插電式混合動(dòng)力客車(chē)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)。圖1為并聯(lián)式混合動(dòng)力客車(chē)動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)示意圖。大能量回收策略效率較高，本文選擇最大能量回收策略作為制動(dòng)力分配策略[3]。

由于A(yíng)DVISOR中汽車(chē)制動(dòng)時(shí)對(duì)路面附著系數(shù)沒(méi)有要求，因此本文將只針對(duì)制動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行制動(dòng)力分配策略研究[4]。

再生制動(dòng)力分配策略在A(yíng)DVISOR中的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

2 制動(dòng)控制策略

混合動(dòng)力城市客車(chē)中，再生制動(dòng)力分配策略主要分為三種：理想能量回收策略；比例分配能量回收策略和最大能量回收策略。最大能量回收策略是三種常見(jiàn)能量回收策略中效率最高的一種，它不僅參考了理想制動(dòng)力分配I曲線(xiàn)，同時(shí)考慮到了實(shí)際行駛中的另一條曲線(xiàn)：最小后輪制動(dòng)力M曲線(xiàn)，因此最

3 工況選擇及仿真

我國(guó)城市道路交通復(fù)雜，擁堵程度高，起停多。城市公交車(chē)有嚴(yán)格的速度限制，速度不得大于69km/h，單程行駛距離多在15—20公里。因此本文選擇印第安納城市工況，如圖3所示[5][6]。

在此工況中，行駛時(shí)間為2689秒，行駛距離為17.49km，最高車(chē)速62.56km/h，平均車(chē)速23.41km/h，停車(chē)達(dá)52次，最大制動(dòng)減速度2.1m/s2，平均每336米就要停車(chē)一次。

圖1 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)動(dòng)力總成圖

3.1 單次循環(huán)工況的仿真分析

將前文建立的混合動(dòng)力城市客車(chē)模型在A(yíng)DVISOR中進(jìn)行仿真分析，運(yùn)行印第安納城市工況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 單次循環(huán)仿真結(jié)果

如圖所示為試驗(yàn)車(chē)型在一個(gè)工況循環(huán)內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)，自上而下為車(chē)速曲線(xiàn)，SOC變化曲線(xiàn)，制動(dòng)能量損失情況曲線(xiàn)和電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)。由電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)可以看出，在汽車(chē)行駛時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛，轉(zhuǎn)矩為正；在制動(dòng)時(shí)，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，回收制動(dòng)能量，因此轉(zhuǎn)矩為負(fù)。

由圖可以看出，再生制動(dòng)系統(tǒng)在客車(chē)制動(dòng)時(shí)，通過(guò)電機(jī)的發(fā)電，，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為負(fù)，為電池組進(jìn)行充電，電池組SOC值有明顯上升。而在制動(dòng)減速度較大時(shí)，因?yàn)殡姍C(jī)轉(zhuǎn)矩范圍的限制，回收能量有限，摩擦制動(dòng)逐步增大，制動(dòng)損失能量增多。

在單次循環(huán)工況中，油耗為37.8L/100km，再生制動(dòng)回收能量40742kJ，制動(dòng)損失能量25578kJ，制動(dòng)回收效率61.42%。

3.2 兩次循環(huán)工況的仿真分析

在印第安納城市工況下進(jìn)行兩次循環(huán)工況仿真，仿真結(jié)果如圖5所示。

在此工況循環(huán)中，電池組SOC曲線(xiàn)趨于平穩(wěn)，再生制動(dòng)能量通過(guò)再生制動(dòng)系統(tǒng)不斷給電池組進(jìn)行充電，使SOC值維持在高效狀態(tài)，在此循環(huán)中，油耗為38.7L/100km，再生制動(dòng)能量回收81296kJ，制動(dòng)能量損失55339kJ，再生制動(dòng)回收效率59.50%。

3.3 五次循環(huán)工況的仿真分析

在印第安納城市工況下進(jìn)行五次循環(huán)工況仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。

在五次循環(huán)工況中，油耗為4 0.6 L/1 0 0 k m，再生制動(dòng)回收能量203270kJ，制動(dòng)損失能量133681kJ，制動(dòng)回收效率57.65%。

圖5 兩次循環(huán)工況仿真結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

單次，兩次，五次循環(huán)工況參數(shù)如表1所示。

由結(jié)果可以看出，單次循環(huán)工況客車(chē)運(yùn)行情況最好，兩次循環(huán)工況的油耗比單次循環(huán)工況上升了1.2L/100km，主要原因是在長(zhǎng)距離行駛時(shí)，為了保持電池組SOC值處于較好狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)在負(fù)荷較小時(shí)不斷對(duì)電池組進(jìn)行充電，因此油耗有所上升。再生制動(dòng)效率小幅下降，原因是在長(zhǎng)距離行駛時(shí)，再生制動(dòng)系統(tǒng)工作導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)溫度升高，制動(dòng)熱衰退現(xiàn)象較單次工況更加明顯，制動(dòng)回收效率下降。而在五次循環(huán)工況中仿真中，城市客車(chē)油耗進(jìn)一步上升，再生制動(dòng)能量回收效率也有明顯下降，再次證明發(fā)動(dòng)機(jī)為保證SOC處于較好狀態(tài)，對(duì)電池組充電不斷增大，油耗上升；以及在長(zhǎng)距離行駛時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)不斷工作導(dǎo)致的制動(dòng)熱衰退現(xiàn)象，會(huì)使再生制動(dòng)能量回收效率下降。

表1 三種工況循環(huán)參數(shù)