混合動(dòng)力重型越野車優(yōu)勢(shì)及仿真分析

馮捷，李麗軍，黃睿

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混合動(dòng)力重型越野車優(yōu)勢(shì)及仿真分析

馮捷，李麗軍，黃睿

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

在當(dāng)今世界的大環(huán)境下，混合動(dòng)力車輛已經(jīng)成為傳統(tǒng)車輛的強(qiáng)勁對(duì)手。燃油經(jīng)濟(jì)性、低速大扭矩以及隱蔽性等特性，使混合動(dòng)力成為未來重型越野車的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)某型重型越野車混合動(dòng)力性能進(jìn)行仿真分析，對(duì)比混合動(dòng)力車輛在提高整車動(dòng)力性能上的優(yōu)勢(shì)。

混合動(dòng)力；重型越野車；優(yōu)勢(shì)；仿真分析

引言

隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染的加劇?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，混合動(dòng)力技術(shù)在汽車上的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。目前混合動(dòng)力技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，在汽車行業(yè)已被廣泛推廣以及應(yīng)用。對(duì)于重型越野車來說，混合動(dòng)力技術(shù)的某些特性恰好滿足其特殊用途，相對(duì)于傳統(tǒng)重型越野車來說具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分類及選擇

近年來，油電混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展迅猛，混合動(dòng)力汽車的類型可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的組合以及動(dòng)力傳遞路線分為：串聯(lián)式、并聯(lián)式、混合式、復(fù)合式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其功能框圖如圖1所示[1-2]。

圖1 混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類

通過對(duì)混合動(dòng)力汽車的各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)比考率，本文中最終選擇并聯(lián)式作為最終選擇的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置結(jié)構(gòu)。

2 整車參數(shù)的計(jì)算

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇

發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要根據(jù)車輛所需的功率來計(jì)算。

車輛動(dòng)力平衡方程為：

其中

通過上述的車輛動(dòng)力平衡圖的分析可知車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)功率為：

2.2 電池的選擇

鉛酸電池由于性能成熟，價(jià)格便宜。被廣泛應(yīng)用在混合動(dòng)力系統(tǒng)中[3]。

蓄電池的重要參數(shù)是電池容量，蓄電池的容量與溫度、電流和放電時(shí)間成函數(shù)關(guān)系，當(dāng)放電時(shí)間函數(shù)i=()為單調(diào)、非減函數(shù)時(shí)，可用容量的計(jì)算如下[4]：

混合動(dòng)力系統(tǒng)蓄電池的可用容量要根據(jù)車輛運(yùn)行所消耗的功率來加以確定，混合動(dòng)力車輛在以速度v行駛時(shí)所耗的功率為：

車輛在以速度v行駛t時(shí)所要的電容量為：

2.3 電機(jī)的選擇

在電液混合動(dòng)力系統(tǒng)中，電機(jī)完成能量的傳動(dòng)，電動(dòng)在混合系統(tǒng)中是輔助動(dòng)能，若要求電機(jī)能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)，由車輛行駛過程的平衡方程：

則電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)動(dòng)的平衡方程為：

則電機(jī)的傳動(dòng)功率為：

故而從上述的運(yùn)動(dòng)平衡方程可知，電機(jī)的最大功率與最小功率在選取上與車輛的行駛工況有直接關(guān)系，假定車輛在平直路面上行駛，則電機(jī)的最小功率為：

本文以某型號(hào)重型越野車作為數(shù)據(jù)來源，并根據(jù)第二章的計(jì)算得出本文各部件的設(shè)計(jì)參數(shù)，得到如下數(shù)據(jù)。

表1 整車主要零部件參數(shù)匯總

3 仿真結(jié)果分析

3.1 控制策略

本車型控制方案如圖2所示，在傳統(tǒng)重型越野汽車上增加電能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，也可以共同驅(qū)動(dòng)車輛行駛。當(dāng)電池電量不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)還能帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)為電池充電。該方案有三種模式可以選擇：純電模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電池為電動(dòng)機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，該模式多用于中低速行駛；純油模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，同時(shí)能夠帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)為動(dòng)力電池充電；混合模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，該模式多用于爬坡、急加速以及其他高負(fù)荷工作的情況下。

圖2 控制方案

3.2 仿真結(jié)果

3.2.1 爬坡性能

圖3 傳統(tǒng)動(dòng)力

圖4 混合動(dòng)力

表2 最大爬坡度

3.2.2 原地起步連續(xù)換擋加速性能

（1）傳統(tǒng)動(dòng)力：

圖5 傳統(tǒng)動(dòng)力加速性能圖

表3 傳統(tǒng)動(dòng)力整車0-80km/h加速性能表

（2）混合動(dòng)力：

圖6 混合動(dòng)力加速性能圖

表4 混合動(dòng)力整車0-80km/h加速性能表

4 結(jié)論

（1）對(duì)某型重型越野車分時(shí)驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力性能仿真，并與其原車指標(biāo)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了建模的合理性和模型的可靠性。

（2）系統(tǒng)采用并聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，加速時(shí)間由42.34秒減少到35.75秒，降幅為15.6％；最大爬坡度由72.2％提高到77.8％，增幅為7.8％。動(dòng)力性各項(xiàng)指標(biāo)均有了較大幅度提高，顯示出并聯(lián)驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力車輛在提高整車動(dòng)力性能上具有一定的優(yōu)勢(shì)。

[1] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.

[2] 張愛國.插電式混合動(dòng)力轎車動(dòng)力總成參數(shù)匹配及控制策略研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2011.

[3] 新林肯MKZ混合動(dòng)力與汽油版售價(jià)相同鼓勵(lì)環(huán)保[EB/OL].

[4] 趙立軍,姜繼海等.液壓混合動(dòng)力飛機(jī)牽引車制動(dòng)控制系統(tǒng)[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) .2011, 43(9):81-85.

[5] Hajduga A.Energy mamagement in hybrid vehicle drive[J].Proce -eding of advanced propulsion systems GPC detroit 1998.

Advantages and simulation analysis of the hybrid power heavy duty off-road vehicles

Feng Jie, Li Lijun, Huang Rui

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200）

In the environment of this world, hybrid power vehicles have become the strong opponent of traditional vehicles. The character istics, such as fuel economy,low-speed large torque and concealment,etc.of hybrid power have made it the developing trend of future heavy duty off-road vehicles.The hybrid dynamic performance of one certain heavy duty off-road vehicles is simulated and analyzed,and the advantages of the hybrid vehicle in improving the dynamic performance of the vehicle are compared.

Hybrid Power; heavy duty off-road vehicles; advantage; simulation analysis

U469.7

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1671-7988(2019)09-11-03

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馮捷，男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事重型車輛研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.003