曾小華， 崔臣， 宋大鳳， 李廣含， 董兵兵， 劉持林

(吉林大學(xué) 汽車仿真與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林,長春 130025)

隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的加劇，新能源汽車在汽車行業(yè)中所占的比重越來越大，作為由內(nèi)燃機(jī)汽車向純電動(dòng)汽車過渡的產(chǎn)物，混合動(dòng)力汽車能夠在很大程度上節(jié)約燃油、減少排放. 行星混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)兼具串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)[1]，使發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪解耦的同時(shí)盡量減少能量的二次轉(zhuǎn)化，節(jié)油效果出眾，因此在乘用車和商用車上都有很廣泛的應(yīng)用.

作為混合動(dòng)力的首要目標(biāo)，“節(jié)能”是國內(nèi)外學(xué)者和企業(yè)的研究焦點(diǎn)[2]. 在構(gòu)型選擇方面，尋找最適合當(dāng)前車型及其常行駛工況的混合動(dòng)力構(gòu)型[3]，使得整車經(jīng)濟(jì)性較好；在參數(shù)匹配方面，保證基本動(dòng)力性的同時(shí)提高多動(dòng)力源的協(xié)調(diào)性，增大其高效區(qū)的重合部分[4]；在控制策略方面，通過使用遺傳算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、瞬時(shí)最優(yōu)等尋優(yōu)思想[5-6]，優(yōu)化動(dòng)力部件工作區(qū)間，提高系統(tǒng)效率，降低油耗. 行星混聯(lián)系統(tǒng)有發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)MG1、電機(jī)MG2三個(gè)動(dòng)力輸出部件，其耦合程度高[7]，油耗影響因素更加復(fù)雜[8]. 針對這一特點(diǎn)，有學(xué)者從“分離因子”的角度分析發(fā)動(dòng)機(jī)功率的傳遞路線以及在各路線上的損失，尋找油耗最低的最佳“分離因子”.

上述針對混合動(dòng)力節(jié)油的分析優(yōu)化多是從宏觀角度入手，基于多次仿真得出結(jié)論，在很大程度上提高了混合動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，但是缺少在影響因素解耦的前提下定量分析各因素對油耗的影響，以及對油耗變化規(guī)律的數(shù)學(xué)描述. 對規(guī)律定量、精確的數(shù)學(xué)描述，能幫助混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者在選型、匹配階段就明確節(jié)油途徑，平衡成本與節(jié)油的關(guān)系；在控制策略的開發(fā)階段，可以依據(jù)所得結(jié)論針對某一油耗影響因素制定最佳的優(yōu)化算法，減少工作量并提高控制策略優(yōu)化效果.

在以上分析的基礎(chǔ)上，本文從能量角度出發(fā)，結(jié)合行星混聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立系統(tǒng)理論油耗的計(jì)算模型. 以一款使用超級電容的行星混聯(lián)物流車為研究對象，在Matlab環(huán)境下建立各部件數(shù)學(xué)模型和針對超級電容的整車能量管理策略，并按法規(guī)要求進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性仿真. 通過對比兩種建模方法驗(yàn)證基于理論模型進(jìn)行節(jié)油分析的可行性. 在理論油耗模型的基礎(chǔ)上建立理論節(jié)油率及節(jié)油量模型，深入探討電機(jī)效率、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率、機(jī)械效率等因素變化時(shí)對油耗直接的和間接的影響.

1 基于能量流動(dòng)的理論油耗模型

根據(jù)行星混聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，將其劃分為動(dòng)力源模塊、傳動(dòng)系模塊及車輛縱向動(dòng)力學(xué)模塊，如圖1所示. 動(dòng)力源模塊包括發(fā)動(dòng)機(jī)和超級電容，傳動(dòng)系模塊包括電機(jī)MG1、電機(jī)MG2和行星排.

圖1中Esc_dis、Esc_chg、Ergb、Eice、Efuel、Ewh分別指超級電容放電總能量、超級電容充電總能量、超級電容端再生制動(dòng)總能量、發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出總能量、消耗燃油的總能量、車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量，單位均為kJ. 其中Esc_dis、Esc_chg、Ergb的計(jì)算分別為

圖1 行星混聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)能量流動(dòng)Fig.1 Energy flow inside planetary hybrid system

(1)

(2)

(3)

式中:uini為超級電容電壓初值；uend為超級電容電壓終值；u(t)為循環(huán)工況各點(diǎn)超級電容電壓；Cap為超級電容容量；RGB_mod(t)為循環(huán)工況各點(diǎn)處于再生制動(dòng)模式的標(biāo)志量，布爾量；n表示循環(huán)工況總時(shí)間.

根據(jù)各部分能量的定義，結(jié)合圖1，可知傳動(dòng)系統(tǒng)模塊總輸出能量包括車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量Ewh和超級電容充電總能量Esc_chg/ηsc_chg/ηtr. 傳動(dòng)系統(tǒng)模塊的總輸入能量包括發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出總能量Eice、實(shí)際輸入到傳動(dòng)系統(tǒng)模塊的再生制動(dòng)總能量Ergbηsc_dis、超級電容實(shí)際輸入到傳動(dòng)系統(tǒng)模塊的總能量Esc_disηsc_dis. 根據(jù)能量守恒定律，定義行星混聯(lián)系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率ηtr，

(4)

式中ηsc_chg、ηsc_dis分別為超級電容平均充、放電效率.

進(jìn)一步，可以得到系統(tǒng)理論綜合油耗計(jì)算模型為

fu=(Ewh/ηtr-Ergbηsc_chgηsc_dis)bavgC,

(5)

式中:fu為理論綜合油耗，L/100 km；bavg為發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率，g·(kW·h)-1；C為油耗單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，

(6)

式中:ρfuel為燃油密度；xtot為循環(huán)工況總行駛里程.

從車輪處消耗總能量的角度出發(fā)，理論綜合油耗已經(jīng)包含了超級電容能量的變化. 根據(jù)式(5)，可得不考慮超級電容能量變化的由發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際消耗的燃油f(L/100 km)，為

Ergbηsc_chgηsc_dis-Esc_disηsc_dis)bavgC.

(7)

2 基于部件建模的仿真油耗模型

為了驗(yàn)證所建理論油耗模型的合理性，在Matlab軟件中搭建整車模型并將油耗仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果對比. 為提高二者的可比性，忽略部件模型響應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)通過合理、穩(wěn)定的能量管理策略降低能量分配對油耗的影響.

2.1 動(dòng)力部件模型

本文以一款使用超級電容的行星混聯(lián)式混合動(dòng)力物流車為研究對象，其構(gòu)型方案如圖2所示.

圖2 行星混聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)型Fig.2 Configuration of planetary hybrid system

2.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型

由于發(fā)動(dòng)機(jī)較慢的響應(yīng)特性以及復(fù)雜的物理原理，建立其精確的數(shù)學(xué)模型非常困難，此處為在簡化模型的同時(shí)提高準(zhǔn)確性，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)外特性和萬有特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立查表模型. 另外，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩為0，怠速油耗為定值. 所用發(fā)動(dòng)機(jī)外特性及萬有特性如圖3所示.

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)MAPFig.3 MAP of the engine

2.1.2 電機(jī)模型

行星混聯(lián)系統(tǒng)有MG1、MG2兩個(gè)電機(jī)，與發(fā)動(dòng)機(jī)建模方法相同，根據(jù)兩電機(jī)外特性及效率特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立查表模型.

電機(jī)MG1主要用于發(fā)電，電機(jī)MG2主要用于電動(dòng)，當(dāng)其各自越過機(jī)械點(diǎn)后，電動(dòng)或發(fā)電的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變. 電機(jī)MG1越過機(jī)械點(diǎn)的標(biāo)志是轉(zhuǎn)速由正變?yōu)樨?fù)，電機(jī)MG2越過機(jī)械點(diǎn)的標(biāo)志是轉(zhuǎn)矩由正變?yōu)樨?fù). 因此兩電機(jī)的電功率計(jì)算式為

(8)

(9)

式中TMGx、ωMGx、ηMGx分別為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、效率. 兩電機(jī)MAP分別如圖4、圖5所示.

圖4 電機(jī)MG1 MAPFig.4 MAP of motor-generator 1

圖5 電機(jī)MG2 MAPFig.5 MAP of motor-generator 2

2.1.3 超級電容模型

超級電容模型較電池復(fù)雜，為滿足根據(jù)充放電功率計(jì)算SOC的要求，將其簡化為帶內(nèi)阻的“容阻模型”，并忽略自放電特性. 數(shù)學(xué)模型如式(10)～(14)所示.

(10)

uter=u-ubSOCRs/Rp,

(11)

(12)

Qnext=Q-iterΔt,

(13)

(14)

式中:u為當(dāng)前電壓；Umax為最大電壓；uter為超級電容端電壓；Rs為串聯(lián)電阻；Rp為并聯(lián)電阻；iter為超級電容端電流；PMG為兩電機(jī)電功率之和；Q為當(dāng)前電荷量；Δt為計(jì)算步長，取為1 s；Qnext為下一步長電荷量.

2.2 油耗仿真結(jié)果對比

根據(jù)式(5)和式(7)可以看出，理論油耗計(jì)算模型是從系統(tǒng)角度出發(fā)，根據(jù)能量消耗計(jì)算綜合油耗和發(fā)動(dòng)機(jī)真實(shí)油耗；仿真過程則是分別得到發(fā)動(dòng)機(jī)油耗、超級電容SOC變化等部件級數(shù)據(jù)，再計(jì)算系統(tǒng)綜合油耗，是從部件級向系統(tǒng)級的擴(kuò)展.

本文所研究車輛的部分整車、傳動(dòng)系及超級電容基本參數(shù)如表1所示.

表1 整車部分參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)不對外輸出功率，故基于能量的理論油耗模型無法包含怠速油耗，所以與其對比的仿真結(jié)果也不計(jì)入怠速油耗. 在單程C-WTVC循環(huán)工況下，基于能量的理論綜合油耗為9.403 L/100 km，基于部件建模仿真的綜合油耗為9.400 L/100 km，二者誤差僅為0.03%，說明理論油耗模型的思路正確，可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)節(jié)油因素的分析.

3 系統(tǒng)節(jié)油因素分析

基于準(zhǔn)確性已經(jīng)得到驗(yàn)證的理論油耗模型，分析影響系統(tǒng)綜合油耗的直接因素和間接因素，并建立各因素變化時(shí)產(chǎn)生的節(jié)油量及節(jié)油率模型，以此定量計(jì)算行星混聯(lián)物流車各油耗影響因素優(yōu)化可產(chǎn)生的節(jié)油指標(biāo).

3.1 節(jié)油量及節(jié)油率模型

根據(jù)式(5)分析，直接影響系統(tǒng)理論綜合油耗的因素是車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量Ewh、再生制動(dòng)能量Ergb、超級電容平均充放電效率ηsc_chg、ηsc_dis、系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率ηtr以及發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率bavg. 由于文中使用的超級電容串聯(lián)電阻很小，仿真結(jié)果顯示其平均充放電效率均高于0.99，而且超級電容能量變化小，為簡化模型，忽略其充放電效率的影響. 車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量Ewh取決于循環(huán)工況需求，工況選定時(shí)，Ewh為定值.

為分析上述因素變化對油耗的具體影響，設(shè)系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率提升率為α，發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率降低率為β，則有式(15)～(17).

ηtr_cur=ηtr+Δηtr=ηtr(1+α),

(15)

bavg_cur=bavg-Δbavg=bavg(1-β),

(16)

Ergb_cur=Ergb+ΔErgb,

(17)

式中:ηtr_cur為變化后的平均綜合傳動(dòng)效率；Δηtr為平均綜合傳動(dòng)效率增加量；bavg_cur為變化后的平均燃油消耗率，g/(kW·h)；Δbavg為平均燃油消耗率降低量，g/(kW·h)；Ergb_cur為變化后的再生制動(dòng)能量，kJ；ΔErgb為再生制動(dòng)能量變化量，kJ.

基于上述定義，可以得到變化后的系統(tǒng)理論綜合油耗fu_cur的計(jì)算模型，如式(18)所示.

(18)

進(jìn)一步地，可推導(dǎo)出節(jié)油量Δfu及節(jié)油率δfu模型，分別如式(19)(20)所示為

(19)

(20)

由式(20)可知，節(jié)油率的定義為行星混聯(lián)系統(tǒng)節(jié)油量占車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量對應(yīng)油耗的比例，其物理意義是節(jié)油量對于該車在無再生制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的節(jié)油率貢獻(xiàn).

3.2 系統(tǒng)節(jié)油因素分析

分析式(19)，可將節(jié)油量Δfu拆分成三部分從物理意義上看，第①部分為由于系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率提升及發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率降低，車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量所折算油耗的降低量；第②部分為由于發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率降低，再生制動(dòng)能量折算油耗相對于變化前的降低量，該項(xiàng)為負(fù)值，相當(dāng)于綜合油耗增加；第③部分為多回收的再生制動(dòng)能量所折算的節(jié)油量. 如式(21)所示.

(21)

基于上述分析，結(jié)合前文所述，可以知道影響行星混聯(lián)系統(tǒng)節(jié)油量的直接因素為系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率提升率α、發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率降低率β以及再生制動(dòng)能量增加量ΔErgb.

根據(jù)《重型商用車輛燃料消耗量測量方法》GB/T 27840—2011之規(guī)定，該物流車應(yīng)在C-WTVC工況下進(jìn)行油耗測試，且市區(qū)段、公路段、高速段里程按4∶4∶2分配. 下面以市區(qū)段為例，分別定量分析α、β及ΔErgb對節(jié)油量和節(jié)油率的貢獻(xiàn).

3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率的節(jié)油分析

對于行星混聯(lián)系統(tǒng)而言，降低發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率有兩個(gè)途徑：①通過能量管理策略優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作區(qū)間，這需要兩電機(jī)主動(dòng)調(diào)節(jié)，過程中電機(jī)工作區(qū)間變化引起的效率變化會(huì)改變平均綜合傳動(dòng)效率；②發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的改進(jìn)使得整體燃油消耗率水平降低. 為了單獨(dú)分析發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率提升對節(jié)油的影響，需排除平均綜合傳動(dòng)效率的影響，故假設(shè)能量管理策略已在最大程度上優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作區(qū)間，平均燃油消耗率的降低是由發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)改進(jìn)導(dǎo)致的，不會(huì)影響平均綜合傳動(dòng)效率，即α=0，同樣ΔErgb=0. 此時(shí)，式(19)(20)變形為式(22)(23)所示.

Δfu=β(Ewh/ηtr-Ergb)bavgC.

(22)

(23)

可以看出，單獨(dú)考慮β時(shí)，系統(tǒng)節(jié)油量和節(jié)油率與β成正比.

根據(jù)仿真結(jié)果，設(shè)置初始發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率為218 g/(kW·h),每次降低8 g/(kW·h),其節(jié)油量和節(jié)油率結(jié)果如表2所示.

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率節(jié)油分析

Tab.2 Fuel saving analysis of the engine average fuel consumption

項(xiàng)目Case 0Case 1Case 2Case 3bavg/[g·(kW·h)-1]218210202194β/%3.677.3411.00fu/[L·(100 km)-1]8.558.368.177.98Δfu/[L·(100 km)-1]0.190.380.57δfu/%2.865.718.57δfu_sim/%2.855.718.55e/%0.3500.23

表中：δfu_sim為基于部件建模仿真的節(jié)油率；e為理論節(jié)油率與仿真節(jié)油率的誤差，其值小于0.5%，證明了理論節(jié)油量和節(jié)油率模型的準(zhǔn)確性.

可見，與初始值218 g/(kW·h)相比，發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率每降低8 g/(kW·h)(β≈3.67%)，系統(tǒng)節(jié)油約0.19 L/100 km，節(jié)油率約為2.86%.

3.2.2 系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率的節(jié)油分析

由式(21)可知，平均綜合傳動(dòng)效率ηtr的提升會(huì)直接降低車輪處循環(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量所折算的油耗；在控制規(guī)則不變的情況下，ηtr的提升還會(huì)使再生制動(dòng)能量增加，從而降低油耗；由于使用的超級電容容量很小，再生制動(dòng)能量的增加對其SOC影響較大，而能量管理策略中根據(jù)SOC計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)需求的充電功率，因此再生制動(dòng)能量的變化會(huì)改變發(fā)動(dòng)機(jī)功率和平均燃油消耗率，進(jìn)而影響節(jié)油量和節(jié)油率. 所以α在直接影響節(jié)油量和節(jié)油率的同時(shí)也會(huì)改變?chǔ)rgb和β，從而間接影響節(jié)油率和節(jié)油量.α、β及ΔErgb對節(jié)油率、節(jié)油量的影響層次關(guān)系如圖6所示.

圖6 節(jié)油因素影響層次關(guān)系Fig.6 Relationship fuel-saving factors

上述再生制動(dòng)能量的增加對發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率的影響與能量管理策略的控制規(guī)則和發(fā)動(dòng)機(jī)MAP相關(guān)，無規(guī)律可循，而且前面已經(jīng)進(jìn)行過平均燃油消耗率的節(jié)油分析，所以，此處排除平均燃油消耗率的影響，令β=0. 此時(shí)，式(19)(20)變形為

(24)

(25)

由行星混聯(lián)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理可知，系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率提升率α是行星混聯(lián)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換部件(兩電機(jī))、能量傳遞部件(機(jī)械傳動(dòng)部分)效率的提升所產(chǎn)生的，故分別分析電機(jī)MG1效率ηMG1、電機(jī)MG2效率ηMG1、傳動(dòng)系機(jī)械效率ηm的影響.

3.2.3 電機(jī)MG1效率提升的影響

設(shè)置初始電機(jī)MG1效率為84%，每次增加3%，由其導(dǎo)致的平均綜合傳動(dòng)效率提升對節(jié)油量和節(jié)油率直接及間接的影響如表3所示.

表3 電機(jī)MG1效率節(jié)油分析

Tab.3 Fuel saving analysis of efficiency of motor-generator 1

項(xiàng)目Case 0Case 1Case 2Case 3ηMG1/%84879093ηtr/%78.979.379.880.2α/%0.581.141.71ΔErgb/kJ-4.85-9.71-14.58fu/[L·(100 km)-1]8.558.498.448.40Δfu/[L·(100 km)-1]0.060.110.15δfu_dir/%0.571.131.68δfu_ind/%-0.05-0.11-0.17δfu/%0.521.021.51δfu_sim/%0.521.031.49e/%00.981.34

表中：δfu_dir為平均綜合傳動(dòng)效率提升直接產(chǎn)生的節(jié)油率(下稱直接節(jié)油率)；δfu_ind為平均綜合傳動(dòng)效率提升通過影響再生制動(dòng)能量而間接產(chǎn)生的節(jié)油率(下稱間接節(jié)油率).

可見，與初始值84%相比，電機(jī)MG1的效率每增加3%，平均綜合傳動(dòng)效率增加約0.4% (α≈0.57%)，系統(tǒng)節(jié)油約0.05 L/100 km，節(jié)油率約為0.50%，其中直接節(jié)油率約0.56%. 電機(jī)MG1效率的提高使得發(fā)動(dòng)機(jī)通過電機(jī)MG1充入超級電容的能量增多，其SOC維持在較高水平，回收再生制動(dòng)能量的能力減小，所以ηMG1每增加3%，再生制動(dòng)能量減少約4.86 kJ，間接節(jié)油率約0.06%.

3.2.4 電機(jī)MG2效率提升的影響

設(shè)置初始電機(jī)MG2效率為84%，每次增加3%，由其導(dǎo)致的平均綜合傳動(dòng)效率提升對節(jié)油量和節(jié)油率直接及間接的影響如表4所示.

表4 電機(jī)MG2效率節(jié)油分析

Tab.4 Fuel saving analysis of efficiency of motor-generator 2

項(xiàng)目Case 0Case 1Case 2Case 3ηMG2/%84879093ηtr/%78.980.081.182.2α/%1.402.804.20ΔErgb/kJ36.2572.66109.13fu/[L·(100 km)-1]8.558.358.167.97Δfu[L·(100 km)-1]0.200.390.58δfu_dir/%1.372.704.04δfu_ind/%0.420.841.26δfu/%1.793.545.30δfu_sim/%1.823.555.30e/%1.680.280

可見，與初始值84%相比，電機(jī)MG2的效率每增加3%，平均綜合傳動(dòng)效率增加約1.1%(α≈1.40%)，系統(tǒng)節(jié)油約0.20 L/100 km，節(jié)油率約為1.77%，其中直接節(jié)油率約1.35%.

可以看出ηMG2的提升對節(jié)油的貢獻(xiàn)比ηMG1高很多，這是因?yàn)殡姍C(jī)MG2的工作強(qiáng)度比電機(jī)MG1大，ηMG2的提升對ηtr的影響更大，同時(shí)還會(huì)額外增加更多的再生制動(dòng)能量.ηMG2每增加3%，再生制動(dòng)能量增加約36.37 kJ，間接節(jié)油率約0.42%.

3.2.5 機(jī)械效率提升的影響

設(shè)置初始機(jī)械效率為90%，每次增加2%，由其導(dǎo)致的平均綜合傳動(dòng)效率提升對節(jié)油量和節(jié)油率直接及間接的影響如表5所示.

可見，與初始值90%相比，傳動(dòng)系機(jī)械效率每增加2%，平均綜合傳動(dòng)效率增加約1.7%(α≈2.15%)，系統(tǒng)節(jié)油約0.26 L/100 km，節(jié)油率約為2.30%，其中直接節(jié)油率約2.08%，再生制動(dòng)能量增加約23.28 kJ，間接節(jié)油率約0.22%. 機(jī)械效率的提升對節(jié)油量和節(jié)油率的貢獻(xiàn)比電機(jī)MG1、電機(jī)MG2都大，這是因?yàn)檐囕喬幯h(huán)工況總驅(qū)動(dòng)能量、再生制動(dòng)能量等都要經(jīng)過機(jī)械效率轉(zhuǎn)換這一環(huán)節(jié)，較小的提升就能產(chǎn)生大的節(jié)油效果.

表5 機(jī)械效率節(jié)油分析

4 結(jié) 論

以一款使用超級電容的行星混聯(lián)物流車為基礎(chǔ)，深入分析行星混聯(lián)系統(tǒng)油耗的影響因素. 首先從能量流動(dòng)角度建立理論油耗模型，同時(shí)在Matlab環(huán)境下搭建整車及各部件的數(shù)學(xué)模型，將仿真結(jié)果與理論油耗計(jì)算結(jié)果對比，二者誤差僅為0.03%，驗(yàn)證了理論油耗模型的準(zhǔn)確性. 在驗(yàn)證準(zhǔn)確的理論油耗模型基礎(chǔ)上，建立節(jié)油量和節(jié)油率模型，針對超級電容的特點(diǎn)定量分析發(fā)動(dòng)機(jī)平均燃油消耗率降低、系統(tǒng)平均綜合傳動(dòng)效率提升對節(jié)油的貢獻(xiàn). 根據(jù)行星混聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理，將平均綜合傳動(dòng)效率細(xì)化為兩電機(jī)效率和傳動(dòng)系機(jī)械效率，深入探究其分別優(yōu)化時(shí)對節(jié)油的直接貢獻(xiàn)和對再生制動(dòng)能量的影響以及由此產(chǎn)生的間接節(jié)油貢獻(xiàn).

所提出的節(jié)油分析方法能直觀反應(yīng)行星混聯(lián)系統(tǒng)的根本節(jié)油機(jī)理，其基本原理同樣適用于其他形式的混合動(dòng)力系統(tǒng). 定量的數(shù)學(xué)描述準(zhǔn)確體現(xiàn)了各因素分別優(yōu)化對系統(tǒng)節(jié)油直接或間接的貢獻(xiàn)大小，從而明確了整車經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的側(cè)重點(diǎn)，為動(dòng)力系統(tǒng)及控制策略開發(fā)人員指明了方向，有利于提高工作效率.