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        混合動(dòng)力客車主流動(dòng)力構(gòu)型方案對(duì)比研究

        2021-12-05 06:37:06許盛中孫昊韋健林林元?jiǎng)t
        汽車文摘 2021年12期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

        許盛中 孫昊 韋健林 林元?jiǎng)t

        (浙江吉利新能源商用車集團(tuán)有限公司,杭州 310000)

        主題詞:混合動(dòng)力 系統(tǒng)構(gòu)型 運(yùn)行模式 客車

        1 引言

        人類面對(duì)全球變暖和生態(tài)環(huán)境惡化的壓力,汽車尾氣排放是重要的因素之一。為此,各國(guó)為保護(hù)環(huán)境,促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,提出了適合自己國(guó)家情況的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和發(fā)展規(guī)劃。

        隨著各國(guó)環(huán)保措施越來越嚴(yán)格,為使汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,需要打破技術(shù)瓶頸,尋求新的發(fā)展思路。在此背景下,替代傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的車輛方案也越來越多,主要包括燃料電池、純電動(dòng)、甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)和混合動(dòng)力車輛。受制于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和車輛續(xù)駛里程因素的限制,目前混合動(dòng)力汽車依然是實(shí)用性最高的節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)品。

        混合動(dòng)力系統(tǒng)就是使用了汽油、柴油、氫氣或甲醇的內(nèi)燃機(jī)和電力2種驅(qū)動(dòng)方式的系統(tǒng)。其優(yōu)勢(shì)在于車輛起步用電機(jī)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)可以完全不用工作,處于停機(jī)狀態(tài),當(dāng)車速達(dá)到一定值后,發(fā)動(dòng)機(jī)再進(jìn)行接入。這樣的好處是:

        (1)發(fā)動(dòng)機(jī)省去了怠速工況;

        (2)發(fā)動(dòng)機(jī)一旦運(yùn)行,就會(huì)在運(yùn)行在最高效的區(qū)域?;旌蟿?dòng)力車輛起步動(dòng)力性良好,可以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

        客車是公共交通領(lǐng)域的重要組成部分,該細(xì)分市場(chǎng)的特點(diǎn)是對(duì)安全性要求較高,且產(chǎn)量不大,因此針對(duì)客車混合動(dòng)力系統(tǒng)與乘用車構(gòu)型的思路不完全一樣?;旌蟿?dòng)力客車經(jīng)過十多年的發(fā)展,動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型也是呈現(xiàn)多樣性,但每種構(gòu)型都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

        本文總結(jié)了現(xiàn)有客車市場(chǎng)比較主流的串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式動(dòng)力構(gòu)型方案,分析了這3種構(gòu)型的控制原理和優(yōu)、缺點(diǎn),提出了不同系統(tǒng)構(gòu)型產(chǎn)品市場(chǎng)路線,為混合力客車推廣提供了思路。

        2 混合動(dòng)力客車構(gòu)型分類

        混合動(dòng)力動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型有2 種不同的分類方法,即按連接方式和按混合程度[1],本文重點(diǎn)按連接方式的分類方法進(jìn)行詳細(xì)闡述。

        2.1 按混合程度劃分

        該種分類方法按電能與傳統(tǒng)能源的混合程度,即驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率占整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)功率的比例來進(jìn)行劃分,具體見表1。

        表1 混合動(dòng)力構(gòu)型按混合程度分類

        2.2 按連接方式劃分

        該種方法按動(dòng)力系統(tǒng)的連接方式和結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行劃分[2],具體如表2。

        表2 混合動(dòng)力構(gòu)型按聯(lián)接方式分類

        串聯(lián)式系統(tǒng):有發(fā)電和驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī),其中發(fā)電機(jī)不做驅(qū)動(dòng)使用,僅用來發(fā)電,發(fā)出的電能可存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中或供驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接使用。

        增程式系統(tǒng):與串聯(lián)式系統(tǒng)類似,通過將電機(jī)集成在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪上,形成發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)總成,這種總成稱為增程器;其中,增程器不直接連接傳動(dòng)系統(tǒng),與串聯(lián)式系統(tǒng)類似,其主要功能就是在動(dòng)力電池電量不足時(shí)給其充電,從而延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

        并聯(lián)式系統(tǒng):發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?,電機(jī)作為輔助動(dòng)力源。該方式以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)為主,利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩的特性,在駕駛員需求動(dòng)力較大時(shí)、或者說需要發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)大扭矩輸出工況時(shí),用驅(qū)動(dòng)電機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)的方式來降低燃油消耗。這種方式的結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,只需要在傳統(tǒng)動(dòng)力車型上增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池。

        混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng):混聯(lián)式綜合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn),其運(yùn)行模式也可以分為串聯(lián)模式、并聯(lián)模式和混聯(lián)模式,與并聯(lián)式系統(tǒng)相比,混聯(lián)式系統(tǒng)可以根據(jù)工況靈活的調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)輸出動(dòng)力的比例,一方面,保證各自系統(tǒng)運(yùn)行在高效率區(qū);另一方面,確保了系統(tǒng)在不同的工況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的動(dòng)力匹配。但此構(gòu)型連結(jié)方式系統(tǒng)復(fù)雜,對(duì)控制要求較高,成本也較高。

        3 混合動(dòng)力客車常見構(gòu)型分析

        以下對(duì)客車領(lǐng)域混合動(dòng)力系統(tǒng)常見動(dòng)力構(gòu)型、每種構(gòu)型的特點(diǎn)以及適合其銷售的市場(chǎng)進(jìn)行分析和討論,本文按連接方式分類的方法進(jìn)行展開討論。

        3.1 串聯(lián)式/增程式

        串聯(lián)式混合動(dòng)力客車系統(tǒng)一般由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、2個(gè)電機(jī)及傳統(tǒng)裝置組成,其中2 個(gè)電機(jī)中,一個(gè)電機(jī)用來發(fā)電,稱為發(fā)電機(jī);另一個(gè)電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)車輛,稱為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。對(duì)于其他車型,也有在驅(qū)動(dòng)電機(jī)后端再加入變速器的配置,但在客車領(lǐng)域,由于考慮成本、可靠性和應(yīng)用場(chǎng)景,一般不考慮在電機(jī)后面加入變速器。

        發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)通過減振器或傳動(dòng)帶的方式連接在一起。其中,發(fā)動(dòng)機(jī)僅用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,不直接驅(qū)動(dòng)車輛行駛,串聯(lián)式系統(tǒng)特點(diǎn)如表3。

        表3 串聯(lián)/增程式混合動(dòng)力系統(tǒng)分析

        3.1.1 工作模式

        (1)驅(qū)動(dòng):控制系統(tǒng)解析駕駛員加速踏板需求功率,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出駕駛員需求功率,驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

        (2)發(fā)電:當(dāng)檢測(cè)到動(dòng)力電池電能低于一定值,控制系統(tǒng)通過控制發(fā)電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),判斷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后,一方面控制發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速至高效率區(qū),另一方面控制發(fā)電機(jī)負(fù)向轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

        (3)制動(dòng):控制系統(tǒng)解析駕駛員制動(dòng)踏板動(dòng)力需求,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)車輛的能量回收。

        3.1.2 串聯(lián)式

        按系統(tǒng)構(gòu)型分為BSG 和ISG 2 種結(jié)構(gòu),BSG 結(jié)構(gòu)電機(jī)通過傳動(dòng)帶連接發(fā)動(dòng)機(jī),ISG 結(jié)構(gòu)電機(jī)通過扭振減振器或飛輪連接發(fā)動(dòng)機(jī)[4-5],2 種構(gòu)型分別如圖1 和圖2所示。

        圖1 BSG電機(jī)串聯(lián)式系統(tǒng)

        圖2 ISG電機(jī)串聯(lián)式系統(tǒng)

        對(duì)于BSG 電機(jī)串聯(lián)式系統(tǒng),該種系統(tǒng)的缺點(diǎn)是:一方面,傳動(dòng)帶會(huì)產(chǎn)生打滑情況,影響能量傳遞效率;另外,在拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過程中容易存在異響,NVH較差。

        對(duì)于ISG 電機(jī)串聯(lián)式系統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間通過扭振減振器或飛輪同軸連接,該種連接方式較BSG方式傳遞效率高[6]。

        3.1.3 增程式

        增程式系統(tǒng)(圖3)與串聯(lián)式系統(tǒng)類似,本文將其歸類為串聯(lián)式系統(tǒng)的一種。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是將發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)集成為一個(gè)增程器,發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了集成化,其效率較ISG 串聯(lián)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的提高。該種方式有一個(gè)增程器控制單元,專門負(fù)責(zé)增程電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的控制,該控制單元根據(jù)整車控制單元的需求統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的能量分配,能夠最大限度的提升發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的效率。

        圖3 增程式系統(tǒng)

        3.1.4 串聯(lián)系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        能耗方面,客車的串聯(lián)式系統(tǒng)在一般中低、速的城市工況相比傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)有一定的節(jié)油優(yōu)勢(shì),節(jié)油率大約25%左右;但在城鄉(xiāng)和高速工況下,相比傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)沒有優(yōu)勢(shì),甚至比傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)更差;另外,由于沒有變速機(jī)構(gòu),不適合爬坡和高速工況。

        綜上,系統(tǒng)更加適用于中、低速工況,適用平原城市公交市場(chǎng)。

        3.2 并聯(lián)式

        并聯(lián)式混合動(dòng)力客車系統(tǒng)[7]一般由1個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、1個(gè)電機(jī)、1個(gè)離合器、1個(gè)變速器組成[8],該電機(jī)既可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)能量回收。該種系統(tǒng)電機(jī)所在的位置很關(guān)鍵,目前業(yè)內(nèi)分類方式是按電機(jī)放置的位置進(jìn)行分類,其中P 的定義就是電機(jī)的位置(Posi?tion),P2:電機(jī)安裝離合器與變速器之間;P3:電機(jī)位于變速器輸出軸[9];并聯(lián)式系統(tǒng)的特點(diǎn)如表4。

        表4 并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)分析表

        3.2.1 工作模式

        (1)純電驅(qū)動(dòng):在中、低車速情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī),控制系統(tǒng)解析駕駛員加速踏板動(dòng)力需求,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出駕駛員需求動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

        (2)并聯(lián)驅(qū)動(dòng):當(dāng)車速大于一定值后,通過電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)整車行駛,此時(shí)當(dāng)駕駛員需求動(dòng)力較大時(shí),電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)對(duì)車輛進(jìn)行助力。

        (3)燃油驅(qū)動(dòng):該模式下電機(jī)不參與驅(qū)動(dòng)整車,下面兩種情況會(huì)進(jìn)入該模式:

        ①由于電機(jī)在高轉(zhuǎn)速效率較低,當(dāng)車速高于一定值,為保障車輛的經(jīng)濟(jì)性,利用發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

        ②當(dāng)車輛電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障情況下,車輛可以依靠發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛正常行駛。

        (4)發(fā)電:

        ①駐車發(fā)電:駐車情況下,當(dāng)檢測(cè)到動(dòng)力電池電量低于一定值,通過控制電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),控制系統(tǒng)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功后,一方面控制發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速至高效率區(qū)、另一方面控制電機(jī)負(fù)向轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)發(fā)電;

        ②行車發(fā)電:發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛過程中,當(dāng)動(dòng)力電池電量低于一定值且駕駛員需求功率較小時(shí),控制電機(jī)負(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

        (5)制動(dòng):此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停止驅(qū)動(dòng),可選擇控制發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī),解析駕駛員制動(dòng)踏板動(dòng)力需求,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩滿足制動(dòng)動(dòng)力需求,從而實(shí)現(xiàn)車輛的能量回收。

        3.2.2 P2系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        該種構(gòu)型(圖4)電機(jī)置于變速器輸入軸,這樣布置的優(yōu)勢(shì)是電機(jī)可以利用變速器的減速、增扭作用,自身體積可以做的不必那么大,相對(duì)較小的轉(zhuǎn)矩即可滿足車輛驅(qū)動(dòng)需求,降低了電機(jī)和整車成本;但這樣布置的不足是在變速器換擋擋過程中必然會(huì)存在動(dòng)力中斷,影響駕駛感受。

        圖4 P2系統(tǒng)構(gòu)型

        相對(duì)串聯(lián)式系統(tǒng),在能耗方面,P2 構(gòu)型在中、低速城市工況與串聯(lián)式系統(tǒng)差不多,節(jié)油率一般為25%左右;由于配置變速器,即使在高車速情況下,也可利用換擋機(jī)構(gòu)一方面保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在高效率區(qū),另一方面保證電機(jī)轉(zhuǎn)速不至于過高,影響電機(jī)效率。因此,在城鄉(xiāng)和高速工況節(jié)油率一般為15%~20%左右。

        綜上,相對(duì)于串聯(lián)式系統(tǒng)而言,該系統(tǒng)更加適用于高速工況,適用平原地區(qū)城際、長(zhǎng)途客運(yùn)和城市公交市場(chǎng)。

        3.2.3 P3系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        該構(gòu)型(圖5)電機(jī)置于變速器輸出軸,這樣布置的優(yōu)勢(shì)是在變速器換擋過程中,電機(jī)可以正常行驅(qū)動(dòng)車輛行駛,沒有動(dòng)力中斷;不足之處是電機(jī)無法利用變速器的減速、增扭作用,系統(tǒng)動(dòng)力匹配需要考慮最高車速和最大爬坡度的兼顧,需要選用較大轉(zhuǎn)矩容量的電機(jī),電機(jī)的選型會(huì)造成整車成本的增加。

        圖5 P3系統(tǒng)構(gòu)型

        同樣,P3 構(gòu)型在中、低速城市工況能耗方面與串聯(lián)式系統(tǒng)差不多,節(jié)油率一般為25%左右;在高車速情況下,也可通過換擋機(jī)構(gòu)保證發(fā)動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在高效率區(qū)。相對(duì)于P2系統(tǒng),由于電機(jī)在變速器后端,其優(yōu)勢(shì)是在變速器換擋過程中沒有動(dòng)力中斷;不足是在高速工況下電機(jī)轉(zhuǎn)速往往較高、電機(jī)弱磁消耗較大,效率低,因此,在城鄉(xiāng)和高速工況節(jié)油率相對(duì)較低,一般為10%~15%左右。

        綜上,相對(duì)P2 系統(tǒng),該系統(tǒng)更加適合爬坡工況,適用于山區(qū)和平原地區(qū)城市公交市場(chǎng)。

        3.3 混聯(lián)式

        混聯(lián)式系統(tǒng)一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、2個(gè)電機(jī)、離合器和變速器組成,該種系統(tǒng)兼顧了串聯(lián)和并聯(lián)式的優(yōu)勢(shì),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)式更復(fù)雜,可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)兩種工作模式,混聯(lián)式系統(tǒng)的特點(diǎn)如表5。

        表5 混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)分析

        3.3.1 工作模式

        (1)純電驅(qū)動(dòng):在中、低車速情況下,控制系統(tǒng)解析駕駛員加速踏板動(dòng)力需求,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出駕駛員需求的動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)車輛行駛。

        (2)串聯(lián)模式:在純電驅(qū)動(dòng)行駛模式下,當(dāng)電池電量低于一定值時(shí),通過發(fā)電機(jī)可以拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng),起動(dòng)成功后,依靠發(fā)電機(jī)輸出負(fù)轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)給動(dòng)力電池充電,車輛可以實(shí)現(xiàn)邊驅(qū)動(dòng)、邊發(fā)電。

        (3)并聯(lián)驅(qū)動(dòng):當(dāng)車速大于一定值后,通過發(fā)電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng);起動(dòng)成功且轉(zhuǎn)速同步后,控制離合器結(jié)合;當(dāng)離合器結(jié)合后,利用發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)整車行駛。該模式下,控制系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)動(dòng)力電池電量,當(dāng)電量低于一定值后,控制電機(jī)負(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)發(fā)電[10]。

        (4)制動(dòng):解析駕駛員制動(dòng)踏板需求動(dòng)力,控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)向輸出轉(zhuǎn)矩,從而實(shí)現(xiàn)車輛的能量回收。

        3.3.2 雙電機(jī)直聯(lián)系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        是混聯(lián)系統(tǒng)的一種,屬于深度混合動(dòng)力系統(tǒng),該種系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、2 個(gè)電機(jī)機(jī)械直連;同樣,與串聯(lián)系統(tǒng)類似,該系統(tǒng)也是分為BSG 和ISG 2 種連接方式,2 種方式的優(yōu)缺點(diǎn)前文中已說明,不再贅述,其系統(tǒng)構(gòu)型分別如圖6和圖7所示。

        圖6 雙電機(jī)直聯(lián)BSG系統(tǒng)構(gòu)型

        圖7 雙電機(jī)直聯(lián)ISG系統(tǒng)構(gòu)型

        該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是沒有變速機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,傳動(dòng)效率高,控制也相對(duì)簡(jiǎn)單:通過控制離合器的分離與結(jié)合,實(shí)現(xiàn)純電、串聯(lián)模式向并聯(lián)模式的轉(zhuǎn)換,可以實(shí)現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)2 種模式。發(fā)動(dòng)機(jī)的起/??赏ㄟ^發(fā)電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)。由于沒有變速機(jī)構(gòu),該系統(tǒng)有如下不足。

        (1)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速無法解耦,發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)可調(diào)空間有限(只能通過電機(jī)適當(dāng)調(diào)整),在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)域效率低,經(jīng)濟(jì)性差;

        (2)最大爬坡度有限,不能適應(yīng)山區(qū);

        (3)不適合高速工況。

        能耗方面,由于該系統(tǒng)屬于深度混合動(dòng)力系統(tǒng),在中、低速工況下,節(jié)油率方面較串聯(lián)式和并聯(lián)式都高,一般30%左右,但由于沒有變速機(jī)構(gòu),不適合爬坡和高速工況,適用平原城市公交市場(chǎng)。

        3.3.3 雙行星排系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        該系統(tǒng)同樣由發(fā)動(dòng)機(jī)、2 個(gè)電機(jī)和雙行星排等部件組成[11],相比雙電機(jī)直聯(lián)系統(tǒng)省去了離合器機(jī)構(gòu),加入了雙行星排結(jié)構(gòu)作為變速機(jī)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)連接前排行星架、發(fā)電機(jī)連接前排太陽(yáng)輪、前排齒圈與后排行星架連接、后排齒圈鎖死、后排太陽(yáng)輪連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)[12],具體構(gòu)型如圖8 所示。

        圖8 混聯(lián)雙行星排系統(tǒng)構(gòu)型

        該構(gòu)型優(yōu)勢(shì)是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速解耦,可以通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩將發(fā)動(dòng)機(jī)始終控制在高效區(qū)內(nèi)。不足之處是由于沒有離合器機(jī)構(gòu),發(fā)動(dòng)機(jī)起/停機(jī)時(shí),振動(dòng)噪音較大、車輛存在頓戳感,在駕駛習(xí)慣不好的情況下(發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),頻繁松/踩加速踏板),會(huì)存在發(fā)動(dòng)機(jī)頻繁起/停的情況。由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接在變速器后排輸出軸[13],高速情況下,無法避免電機(jī)轉(zhuǎn)速過高,電機(jī)弱磁消耗依然較大,效率低。

        能耗方面,由于該系統(tǒng)屬于深度混合動(dòng)力系統(tǒng),在中、低速工況下與雙電機(jī)直聯(lián)系統(tǒng)類似,節(jié)油率一般30%左右。較雙電機(jī)直聯(lián)系統(tǒng)而言,更適合爬坡工況,不適合高速工況,適用于平原或山區(qū)城市公交市場(chǎng)。

        3.3.4 帶變速器雙行星排系統(tǒng)分析及適用市場(chǎng)

        該系統(tǒng)在混聯(lián)雙行星排系統(tǒng)[14]基礎(chǔ)上,在驅(qū)動(dòng)電機(jī)后面加了一個(gè)低擋變速器[15],具體構(gòu)型如圖9所示。

        圖9 混聯(lián)雙行星排變速器系統(tǒng)構(gòu)型

        變速器的加入可以保障在其高速工況下,避免上述雙行星排系統(tǒng)電機(jī)高速弱磁大、效率低的問題,這樣電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的都可以在高效區(qū)運(yùn)行。其缺點(diǎn)就是系統(tǒng)有2套變速機(jī)構(gòu),控制復(fù)雜,可靠性和成本均會(huì)有所降低。

        該系統(tǒng)在城市工況下,與前面兩套混聯(lián)式系統(tǒng)類似,節(jié)油率都為30%左右,高速工況下節(jié)油率也可達(dá)到15%~20%左右,其適用性較前面幾套系統(tǒng)都要更強(qiáng),不僅適合山區(qū)大爬坡度工況也適用于高速工況。適用各種車型需求:平原城市、山區(qū)城市、城際公交市場(chǎng)、長(zhǎng)途客運(yùn)市場(chǎng)。

        4 結(jié)論

        不同的混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型,其成本、可靠性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、工況適應(yīng)性均存在差異,不同構(gòu)型都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足。本文的研究結(jié)果對(duì)不同細(xì)分市場(chǎng)的混合動(dòng)力客車系統(tǒng)選型與設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)意義。在產(chǎn)品布局時(shí),可參考本文思路,根據(jù)車輛用途和客戶需求有針對(duì)性的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

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