并联混合动力中型客车多能源动力优化控制策略(5)

山东理工大学硕士学位论文 第二章 YTK6605QHEV动力系统总体方案研究 (3)具有发动机和驱动电动机两个动力总成，其中每个动力总成的功率设计为车辆驱动功率的50%-100%，因此，质量和体积要小很多。

(二)PHEV的不足主要包括以下三个方面：

(1)由于基本驱动模式是发动机驱动，故需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车，发动机有害气体的排放高于串联式。

(2)发动机驱动模式需要装置离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动总成，另外还有驱动电动机、动力电池组，以及动力耦合器等装置，因此使动力系统结构复杂，布置和控制也更加困难。

(3)发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况不可避免地受到汽车具体行驶工况的影响，要维持发动机在最佳工作区工作，则控制系统和控制策略较复杂。

三、PSHEV驱动系统的性能特点

(一)PSHEV的优点主要包括以下三个方面：

(1)发动机的工作不受汽车行驶状况影响，总是在最高效率状态下工作或自动关闭，使汽车在任何时候都可实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。

(2)车辆的最大输出功率相当于三个动力装置共同组成混合动力驱动汽车时的发动机和电动机的最大输出功率之和。因此发动机排量可减少，电动机功率可降低，其体积减少，而且加速性能很好。

(3)配有专用电动/发电机发电系统，所以对电池的依赖较少。 (二)PSHEV的主要缺点为：

控制系统比较复杂，部件性能要求高、造价高，从而导致了其可靠性难以保证、设计加工困难。

四、插电式HEV驱动系统的性能特点 (一)插电式HEV的优点主要包括以下方面：

短途行驶发动机不工作，蓄电池提供全部驱车动力，可实现零排放。长途行驶相当于串联混合动力，发动机的工作不受汽车行驶状况影响，总是在最高效率状态下工作或自动关闭，可实现低排放及超低油耗，达到环保和节能效果。

(二)插电式HEV的主要缺点为： 充电时间长，续驶里程短。 五、四种混合动力驱动结构对比

通过对上述不同结构型式的动力系统进行对比，可以得出：SHEV有利于降低排放，但在现有技术条件下降低油耗作用不明显；PHEV可以使油耗和排放都得到显著降低，目前的开发重点是高效率、易控制的动力复合装置；PSHEV在理论上易于实现最优的燃油经济性和低排放，但由于结构过于复杂，开发难度最大，所以成本高。插电式混合动力车可以实现零排放，但受续驶里程和充电时间的影响。串联式HEV与并联、混联、

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山东理工大学硕士学位论文 第二章 YTK6605QHEV动力系统总体方案研究 插电式HEV的主要优缺点比较见如表2-1。

表2-1 四种混合动力驱动系统的优缺点

类型

控制系统 控制系统结构比较简串联式

单，控制方法简便，根据蓄电池充电状态决定其运行或

停止

总容量比串联的小(约为1/3)，对蓄电池的峰值功率要求低 对电池要求较高，容量大，增加了电池和汽车重量以及制造成本 电池

能量传递效率 动力传递过程中存在能量转换的损失，降低了能量利用率 动力直接传到车轮上中间环节少，比串联式的能量利用率高

发动机的工作

对电池的依赖小，甚至可以不需要外置充电系统

较高

不受汽车行驶工况的影响，总是在最高效率状态下运转使汽车实现低排放和超低油

耗

插电式

控制方法和串联式相似

对电池要求较高

纯电动行驶利用率高，发动

内燃机最佳工况

工作

污染小 介于串、并联之间

发动机和电动机均较小，动力系统可根据不同工况选用不同的动力驱动方式，充分利用两套动力装置的优

点 对充电源有依赖，有充电时间限

制

动力主要来源

污

结构简单，省去了发电机

内燃机总在最佳工况下工作，具有较好的燃油经

济性

污染小

内燃机工作效

率

环境污染

其他

动力装置的功率较大，设备规模较大，增加了车辆的成本及结构布置

的难度

并联式

动力控制系统及机械切换系统相对较

复杂

于内燃机，内燃机染大，工作范围大，效率

较低

噪声大

混联式

机械传动系统及控制系统最为复杂

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山东理工大学硕士学位论文 第二章 YTK6605QHEV动力系统总体方案研究 2.3 YTK6605QHEV动力驱动系统的确定

从上述对四种结构的混合动力电动客车的介绍、分析可以看出。这四种类型的混合动力驱动系统在结构和性能上各有优缺点。各自的技术特点决定其适应于不同的工况。 2.3.1 中型客车运行工况的特点

中型客车与其他车辆行车工况相比，有显著特点[22-23]： (1)行驶道路有其自身特点

随着城间基础设施建设的逐步完善，城间道路条件逐步完善，道路质量比较好，车辆行驶较平稳；市内广泛采用了立体交通，立交桥路面坡度一般为4%-6%，在没有公交专线的情况下市内车辆行驶速度较低，易发生交通堵塞，经常发生坡道起步；同时建有桥梁的市内还应考虑车辆爬长坡的要求，因为桥梁的坡度不大，但是坡道较长，这就对车辆提出了爬长坡的要求。

(2)室内平均车速低，过渡工况多

市内由于交通拥挤、交通道口多，站距短，客车因而起步、停车频繁，大多数时间以加速－减速－滑行－怠速等过渡工况工作，且平均加速度小。

(3)城郊路线固定，往复运行

中型客车不像其他车辆运行路线千变万化，而是每天都在指定线路运行并来回往复。每条线的车辆都在固定站点停靠，而且现在城郊交通通畅，路况好，车辆每天在固定地段行驶。运行时间固定。

(4)载荷多变且时间特征明显

随着建设规模的逐步扩大，交通网也日趋复杂，每条线路途径地区的行驶速度、道路特点、乘客数量各不一样，上、下班高峰时段和中心城区乘客拥挤，非上、下班高峰期和郊区乘客相对稀少，车辆负荷低，造成了能源的极大浪费。 2.3.2 YTK6605QHEV动力驱动系统方案

不同形式的混合动力驱动系统在结构和性能上各有优缺点。各自的技术特点决定了串联混合动力客车更适合于市内低速运行、频繁的加速、减速、停车的复杂工况，在这种工况下串联式混合动力驱动系统发挥了其发动机工作条件稳定、制动能量回收效果好、工作稳定可靠的优势；并联式混合动力客车则适合路况简单的城市间公路及高速行驶的车辆；而混联式结构由于其系统过于复杂，部件性能要求高，造价也高，在研究、开发和应用中都受到很大的限制。本文选择并联式驱动结构，其主要原因表现在以下方面：

(1)并联式结构中发动机和电动机是相互独立的，在低速小功率运行时可以关闭发动

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山东理工大学硕士学位论文 第二章 YTK6605QHEV动力系统总体方案研究 机，利用电动机进行驱动。

(2)在中高速稳定运行工况时，可以只利用发动机进行驱动，此时发动机富裕的功率还可以通过动力复合装置和电机转换为电能，对电池进行充电。

(3)在高速运行或加速时，可以利用动力复合装置对原动机和电动机的输出动力叠加。

(4)在市郊和城间运行时，客车经常处于中高速平稳运行状态，而且对排放没有苛刻要求，并联式动力系统可以关闭效率较低、需经常对电池进行管理的电驱动部分，从而使系统具有更好的经济性。

基于上述对混合动力系统的分析，可知混合动力汽车是一个组成部件多、驱动布置形式多样的复杂系统。根据现有的机械加工能力、大中城市汽车排放污染严重的问题和我国国情，并结合城市公交车发展的需要，作者认为本文的混合动力城市客车选择并联式结构型式是较为可行的方案，可以使油耗和排放都得到显著降低。对应于YTK6605Q并联混合动力客车本文采用双轴并联式传动系，其结构简图如下图2-7所示：

图2-7 YTK6605QHEV结构简图

2.4 本章小结

本章主要是为本文设计的并联式混合动力电动客车YTK6605QHEV的驱动系统选择合适的方案，主要内容包括：

(1)对混合动力电动客车的动力总成结构型式进行了全面介绍。混合动力电动客车的分类方法有很多种，作者根据一般的分类方法，即根据驱动系统进行分类，把混合动力电动汽车分为：串联式、并联式、混联式和插电式，对其各自驱动系统的结构形式、工作原理和控制策略进行了详细介绍，并对他们进行了比较分析。

(2)通过对四种驱动结构优缺点的分析比较，得出结论：并联混合动力客车更适合于路况简单的城市间公路及高速行驶的车辆；串联式混合动力汽车特别适合于在市内低速运行、频繁的加速、减速、停车的复杂工况；混联式结构具有二者的优点，但由于其系统过于复杂，部件性能要求高，造价也高，在研究、开发中和应用中都受到很大的限制；

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山东理工大学硕士学位论文 第二章 YTK6605QHEV动力系统总体方案研究 插电式则由于受充电时间和续驶里程限制不予考虑。

(3)详细总结了城市客车运行工况的特点。

(4)由于并联式结构可以使油耗和排放都得到显著降低，综合考虑城市客车运行工况的特点以及目前国内外技术现状，确定本课题的驱动结构为并联式。

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