高品质插电式混合动力汽车结构的设计研究

高品质插电式混合动力汽车结构的设计研究

近些年，温室气体排放引发的环境问题引起了人们的关注。同时，越来越严格的政府法规限制促进了汽车设计的改变。相比于传统汽车，纯电动汽车可以使温室气体排放减少32%。对于用车习惯的统计发现，人们每天大约需要使用汽车行驶60km，而纯电动汽车无法满足该要求，因而采用了混合动力汽车。其中，具有较大电池容量、可支持更长行驶里程的插电式混合动力汽车（PHEV）得到了广泛应用。PHEV采用电动机和发动机两种装置作为动力源，因而存在串联式、并联式和混联式多种结构。随着人们对PHEV的品质要求越来越高，因而需要对高品质PHEV的设计进行研究。对PHEV的几种不同结构进行分析比较，并利用动态规划确定每种结构下的最优燃油消耗，给出通过采用不同结构设计高品质PHEV的方法。

PHEV采用串联式结构时，发动机直接带动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电机，由电机通过变速机构驱动汽车；采用并联式结构，时利用发动机和电动机两套驱动系统，两套驱动系统既可以分开工作也可以协调工作；采用混联式结构时，通过开关结构进行串联式和并联式结构的切换。对这3种结构进行分析时，采用具有自然吸气V12发动机的法拉利FF研发平台。分别设计了上述3种PHEV的结构，并根据行驶里程要求选择合适的电动机。采用新欧洲标准驾驶循环工况（NEDC），测试不同结构下的燃油消耗。为便于对比，对PHEV每种结构均采用动态规划方法优化发动机输出功率和电动机输出功率，使每种结构PHEV得到的燃油消耗最优。研究结果显示：①采用串联结构时，PHEV在起动、加速和低速运行工况下可以获得最小的燃油消耗；②与串联结构PHEV相比，并联结构PHEV可将发动机机械能直接输出到驱动桥，因而总体效率较高，但这种结构下发动机的运行工况受汽车具体行驶工况的影响较大，使发动机控制系统和控制策略变得十分复杂；③在整个NEDC循环工况下，混联式结构的燃油消耗最低，但该结构对串、并联两种结构何时切换的控制策略要求较高。因而，为了设计更高品质的PHEV，需要根据设计汽车的性能要求和成本进行结构选择。

JustinWilbanksetal.SAE

2015-01-1158.

编译：王祥