RL6460混合动力微型客车总布置设计.doc

摘 要本设计是油-电式混合动力微型客车的总体设计。主要是设计一款低油耗、低排放的节能环保微型客车。面对目前微型客车的市场状况，展开混合动力微型客车的战略设计，对提升微型客车企业的竞争力有着十分重要的意义；也是对日益严峻的环境问题做出了改善。本设计对混合动力汽车动力系统的结构和工作原理进行了研究，研究了整车工作的传动系统，底盘以及车身的总体配合关系，按其结构和原理确定了油-电混合动力微型客车的总体结构和总体方案，并进行混合动力系统中的驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分的设计计算和选型；完成驱动系统的部件选择和参数匹配；研究了制动能量的回收和利用。文中从整体上阐述了混合动力汽车的工作原理及其控制策略。在原车基础上完成了混合动力汽车动力系统的设计。进行动力性与经济性的验算，并与原有微型客车进行比较，验证混合动力各参数选择的合理性和混合动力的优越性。关键词：混合动力；混合动力客车；驱动系统；参数匹配；控制策略ABSTRACTThe content is designed general design of oil-electric hybrid microbusMainly design of a low oil consumption, low emission of energy conservation and environmental protection miniature passenger cars. Faced with a mini bus on the market situation, hybrid miniature buses to ascend the strategic design, mini bus the competition ability of the enterprise has a very important significance; Also to the increasingly serious environmental problem made improvement. This design for hybrid cars power system structure and working principle of a study, work the vehicle driving system and the overall coordination body chassis and according to its structure and the relationship between the principle, determine the oil - electric hybrid mini bus the general structure and the overall plan and make hybrid system of drive systems, auxiliary power system and the part such as design and calculation of the battery and the choice; Complete driving system component selection and matching parameters; Research the braking energy and recycling. This paper expounded from whole hybrid car on the working principle and control strategy. Based on the original car completed a hybrid car dynamic system design. The dynamic performance and efficiency are checked, and compared with the original mini bus, validation hybrid each parameter selection of rationality and the hybrids superiority. Key words: HEV；Hybrid Electric Bus；Driving System；Parameter Matching；Control StrategyII目 录摘 要IABSTRACTII目 录1第1章 绪 论11.1课题研究的目的和意义11.2 混合动力汽车概述11.3混合动力汽车的现状及发展趋势21.3.1国内混合动力汽车的发展现状21.4 研究的基本内容和拟解决的主要问题41.4.1论文主要研究内容41.4.2 拟解决的主要问题4第2章 汽车总体设计52.1课题设计的任务52.2汽车形式的选择52.2.1轴数选择52.2.2驱动形式52.2.3布置形式52.3汽车主要参数的选择62.3.1汽车主要尺寸的确定62.3.2汽车质量参数的确定72.4汽车的总体布置82.4.1汽车整车布置的基准线82.4.2汽车各部件的布置82.5本章小结10第3章 混合动力系统控制策略113.1控制目标113.2总体控制方案113.3整车启动工况控制策略113.4驱动行驶工况控制策略123.4.1低速小负荷行驶工况123.4.2中速中负荷行驶工况133.4.3加速和高速行驶工况153.4.4减速制动工况控制策略163.5本章小结16第4章 混合动力驱动系统的总体设计174.1混合动力驱动系统的基本结构和工作原理174.1.1常规串联式HEV驱动系统174.1.2常规并联式HEV驱动系统184.1.3常规混联式HEV驱动系统194.2混和动力驱动系统总体设计204.2.1驱动系统结构的确定204.2.2电能分配机构的选择204.3各部件选择214.3.1电机参数的选择214.3.2电池的选择254.4本章小结27第5章 整车性能分析285.1整车动力性分析285.4 本章小结33结 论34参考文献35致 谢37附 录38A外文翻译38第1章 绪 论1.1课题研究的目的和意义随着全球汽车工业的迅猛发展，石油资源供应的日趋紧张，节能与环保成为当今全球汽车工业发展的两大主题。世界各国积极寻求代用燃料或者减少燃油的消耗量，大力开发新型节能环保汽车。在太阳能、电能等替代能源真正进入实用阶段之前随着我国汽车保有量的增加， 石油短缺问题日益突出，预计到2020年，我国石油总需求量的60%需要进口。在我国推广使用混合动力汽车，可在一定程度上缓解石油供求的矛盾，节约大量外汇，这对于保持我国能源安全具有重要的战略意义。同时可大幅度降低汽车尾气排放，减少汽车对大气环境的污染。同时也可带动其他相关产业的发展。混合动力汽车因其低油耗、低排放的优势越来越受到人们的关注。面对日趋严重的资源短缺与环境恶化，人们对汽车所带来了能源消耗、环境污染等诸多负面影响也越来越重视了。显然电动汽车是替代当前燃油汽车的最佳解决方法，虽然人们普遍认为未来是电动汽车的天下，但是目前的电池技术阻碍了电动汽车的推广与应用。由于蓄电池的能量密度与汽油相比差上百倍，远未达到人们要求的数值，专家估计10年内电动汽车还无法取代燃油发动机汽车(除非燃料电池技术有重大突破)。因无法在短时间内解决电动汽车所面临的实用化与商品化的现实问题，一种兼具传统燃油汽车和纯电动汽车优点的混合动力汽车应运而生，混合动力电动汽车采用发动机和电机两套动力驱动系统，既继承了纯电动车辆作为“绿色汽车”节约能源和超低排放的优点，又弥补了纯电动车辆续驶里程不足的缺点。混合动力汽车的两种动力源在不同的行驶状态(如起步、低中速、高速、匀速、加速、减速或者制动等)下分别工作，或者一起工作。通过这种组合可以减少燃油消耗和尾气排放，从而实现省油和环保的目的。由于能量利用率由原来的6070提高到95以上，汽车的热效率可提高10以上，废气排放可改善30以上。然而混合动力电动汽车的结构及控制问题与普通的燃油汽车相比却要复杂的多，很多关键技术仍未得到解决。尤其是发动机、电动机、电池三者之间的能量转换关系的控制、协调与管理技术，即如何使混合动力汽车在不同的运行工况下，能够最大限度的发挥三个能量源各自的优势，对于整车而言十分重要、也十分难于突破。1.2 混合动力汽车概述 混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源热动力源（由传统的汽油机或者柴油机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。纯电动汽车（Electric Vehicle ,EV）是取代传统内燃机汽车、满足零排放的最终选择，但是目前电池的能量密度、充电时间、价格、寿命等问题仍未得到理想的解决，从而限制了纯电动汽车的发展。近年来燃料电池汽车发展十分迅速，但在成本、氢能源的制备等方面仍存在一些急需解决的问题。在这种环境下，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力汽车异军突起，成为解决排污和能源问题最具有现实意义的途径之一。1.3混合动力汽车的现状及发展趋势1.3.1国内混合动力汽车的发展现状 1999年，清华大学与厦门金龙联合汽车工业有限公司合作研制成功国内第一辆混合动力轻型客车。2001年9月，科技部在“十五”“863”计划中，特别设立了电动汽车重大专项。自公开招标以来，各分类项目已由一汽集团、东风集团、上汽集团、中通客车、清华大学和同济大学等汽车企业和科研院校承担。2003年11月，东风混合动力公交车就已走出实验室，6辆样车在武汉510路公交线路投放使用，与传统燃油公交车展开“插花”运营。2005年12月3日，国内首条混合动力公交专线-599绿色专线在武汉开通，投入了12辆油一电混合动力公交车。2006年4月9日，中通客车第一辆混合动力客车成功下线，受到国家主管部委领导、客车行业和社会各界的广泛关注和高度评价，并于2006年12月获得2项国家“十一五“863”计划节能与新能源汽车重大专项。除油一电混合动力客车外，北京嘉捷博大、上海交大神舟开发的液压混合动力城市客车，以及正在德国试运行的电一电混合动力中型客Gulliver U520 ESP则属于新型混合动力客车。北京2008年奥运会的口号是“绿色奥运，科技奥运，人文奥运”。为此，北京市政府计划从2007年10月起先期投入10辆12m低地板混合动力城市客车开展示范运行。该示范工程是为奥运会之前批量投放混合动力客车运营的前奏，吸引了宇通、中通、金龙、一汽、东风、福田、京华等14家客车厂商参与竞争。6月26日，示范项目招标工作最后开标，中通客车、郑州宇通、厦门金龙、东风电动及京华客车同时中标。目前我国各大汽车集团都在进行混合动力电动汽车研发，多数以混合动力电动客车为主，这种研发方向符合我国国情，有利于我国电动汽车的研究发展。 一汽研发的红旗HQ3将于2006年投产；东风集团的混合动力公交车已于2005年7月完成最终产品定型样车试验并通过验收；长安集团具有完全自主知识产权的羚羊混合电动车已产出样车，其装备混合动力技术的长安CV9已经下线；奇瑞集团成立了国家节能环保汽车工程技术研究中心，将在2006年下半年重点推出第一自主品牌真正意义上的混合动力车，代号为“BSG”的混合动力车；吉利集团旗下的上海华普汽车已与同济大学汽车学院签署合作协议，预计3年内完成混合动力轿车商业化生产；深圳五洲龙汽车有限公司也表示，中国规模最大、投放车辆最多的混合动力示范运营线路即将在深圳市龙岗区开通。而广州本田更是紧跟丰田的步伐，于2006年中下旬推出国产雅阁混合动力车。上汽集团与通用签署协议，将联手开发混合动力轿车和公交客车。来自中兴汽车的消息，中兴汽车与美国在“汽车混合动力技术、转子发动机技术及飞行汽车技术”等方面有着雄厚的技术实力的梅尔莱普顿集团签订了合作意向书，正式介入“油汽混合动力技术”领域。与此同时，新能源汽车作为未来汽车的主要发展方向，国家一向给予支持和鼓励。如汽车产业发展政策、“十一五”汽车产业发展规划等政策和文件都鼓励清洁汽车、代用燃料及汽车节油技术的发展。1.3.2混合动力汽车的发展趋势 当前，混合动力汽车的研究与开发已在世界范围内由点向面地扩散，发展相当迅速。发达国家的许多研究成果已经走出实验室，并开始进入市场，如丰田的混合动力汽车已经形成小规模批量生产。许多发展中国家也已开始筹集资金，组织科研力量进行可行性论证和关键技术的攻关。 混合动力汽车相对于电动汽车和代用燃料汽车的优势使其具有良好的商业前景。据专家研究，混合动力汽车的生命周期至少有30年，若考虑使用清洁燃料，其前景则更为广阔。在当前电动汽车的成本和电池等技术难以取得重大突破的时期，开发混合动力汽车有利于解决环境、能源等可持续发展战略所需解决的紧迫问题。中国汽车界和科技界曾对电动车的开发情有独钟，主要出于如下考虑：传统汽车中国比发达国家晚了几十年；而电动车全世界还没有大突破，我们现在开始研究，与发达国家站在同一起跑线上，完全可能后来者居上。但是这种“抄近道儿”的傻聪明终于随着美、日汽车业宣布放弃电动车的研发而走进死胡同。应该说，中国汽车业的发展思路应该转移到务实而量力而行的方向了。氢动力燃料电池车，是一项必须关注的前沿技术，但仅仅是“关注”即可。而混合动力车的研发倒应该是当务之急。一是混合动力车并非什么远在天边的高科技，又有成熟的商品化车型可借鉴。二是混合动力车特别适合中国大城市交通普遍拥堵，汽车频繁制动的国情，节能治污的效果可以发挥到极致。其实，如果中国的油价继续攀升或实行燃油税，道路拥堵又难以根本改善，市场的混合动力车的需求就会非常迫切。合资生产或者进口混合动力车，估计很快就会被精明的生产商或经销商提到议事日程。混合动力车将是中国车市的新商机。总的来说，混合动力汽车的研究和研发仍处于起步阶段，其关键技术(如电池系统、传动总成系统)还有待改进和创新，成本有待进一步降低，性能也有待提高，这样才能满足替代传统燃油汽车的技术与市场化需求。1.4 研究的基本内容和拟解决的主要问题1.4.1论文主要研究内容（1）客观分析混合动力微型客车采用各种驱动型式时的优劣，确定动力总成的结构方案；（2）系统研究混联式混合动力总成及其应用；（3）根据混联式混合动力驱动方式，对动力系统参数进行设计，完成混联式混合动力系统部件选型及其匹配；（4）制定适合微型客车的混合动力汽车控制策略。1.4.2 拟解决的主要问题（1）进行动力分配装置的研究。（2）选取具备高比能量和高比功率，经济实用的电池。（3）混合动力系统结构复杂，制造成本高，维修比较困难，售价相对较高。第2章 汽车总体设计2.1课题设计的任务本课题是进行一种油电混合动力微型客车的总体设计，主要是面向小批量生产，选取RL6460为研究对象,本课题的选择充分考虑了研究课题对学习和工作的指导作用，对本课题的研究争取能够了解汽车设计方法，通过对本课题的研究，完成理论课程的实践总结，获得一定的工程设计工作方法。 2.2汽车形式的选择2.2.1轴数选择汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎的负荷能力以及汽车的构造等。包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，均采用结构简单。制造成本低廉的两轴方案。本次设计选择两轴式。2.2.2驱动形式汽车驱动形式主要有42、44、62、64、66、84、88等，其中前一位数字表示汽车车轮总数，后一位数字表示驱动轮数。汽车的用途、总质量和对车辆通过性的要求等 ，是影响选取驱动形式的主要因素。增加驱动轮数能够提高汽车的通过能力，驱动轮数越多，汽车的结构越复杂，整备质量和制造成本也随之增加，同时也使汽车的总体布置工作变得困难。乘用车和总质量小一些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的42形式。本课题研究的设想是将原车的42改装成44的驱动形式，增驱动轮数可以提高汽车的通过能力越强，后轮改为驱动轮，其还有制动能量回收的功效，可以达到节能能耗的目的。2.2.3布置形式 根据发动机的位置不同，其布置形式有三种：发动机前置后桥驱动，发动机中置后桥驱动，发动机后置后桥驱动。通过调研分析，发现采取发动机前置，轴荷分配合理，因而有利于提高轮胎的使用寿命，其动力总成操纵机构简单，发动机出现故障时驾驶员容易发现，这种底盘通用性强，有利于配件的供应和维修工作，但其前侧重量较大，容量发生危险，稳定性不高，将电池布置在车的后部，可以平衡车重，增加汽车的稳定性，提高安全性。本车型所采用的布置形式为前置前驱。2.3汽车主要参数的选择2.3.1汽车主要尺寸的确定1、汽车外廓尺寸汽车的长、宽、高被称为外廓尺寸。在公路和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受有关法规限制不能随意确定，影响确定汽车外廓尺寸的因素除法规和汽车的用途以外，还有载客量或装载质量及涵洞和桥梁等道路尺寸条件。汽车长度尺寸小些不仅可以减少行驶期间需要占用的道路长度，同时还可以增加车流密度，在停车时占用的停车场面积也小。除些之外，汽车的整备质量相应减少，这对提高比功率、比转矩和燃油经济性有利。根据GB15891989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车、整体式客车总长不应超过12m；不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m，空载、项窗关闭状态下，汽车高不超过4m；后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm，顶窗、换气装置开启时不得超出车高300mm。乘用车总长La是轴距是前悬LF和后悬LR之和，其值在 0.520.66之间，发动机前置前轮驱动汽车的C值为0.620.66之间，发动机后置后轮驱动汽车的C值约为0.520.56。2、汽车轴距L轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，上述各指标减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短会使车厢长度不足或后悬过长；汽车上坡、制动或加速时轴荷转移过大，使汽车制动性或操纵稳定性变坏；车身纵向振动增大、对平顺性不利；万向节传动轴过长轴的夹角增大。原则上对发动机排量大的乘用车、载质量或载客量多的货车或客车，轴距取得长。对机动性要求高的汽车，轴距宜取短些。为满足市场需要，工厂在标准轴距货车的基础上，生产出短轴距和长轴距的变型车。对于不同变型车的轴距变化，推荐在0.40.6的范围内来确定为宜。商用车的轴距参考为汽车总质量，当汽车总质量时，轴距为17002900之间，轮距在11501350之间选取。3、前悬和后悬前悬尺寸对汽车通过性、硬撞安全性、驾驶员视野、前钢板弹簧长度 、上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。增加前悬尺寸，减小了汽车的接近角，使通过性降低，并使驾驶员视野变坏。因在前悬这段尺寸内要布置发动机、转向器等部件，故前悬不能缩短。对载客量少的平头车，考虑到正面碰撞有足够多的结构件吸收碰撞能量，保护前排乘员的安全，这又要求前悬有一定的尺寸。后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、货箱长度或行李箱长度、汽车造型等有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。后悬长，则汽车离去角减小，使通过性降低；而后悬过短的乘用车行李箱尺寸不够大。客车后悬长度不得超过轴距的65，绝对值不大于3500mm。2.3.2汽车质量参数的确定1、汽车整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备，加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。目前，尽可能减少整车整备质量的目的是：通过减轻整备质量增载质量或载客量，抵消因满足安全标准、排气净化标准和噪声标准所带来的整备质量的增加，节约燃料。减少整车整备质量的措施主要有：采用强度足够的轻质材料，如塑料、铝合金等等。目前得到比较广泛的应用。今后，塑料在汽车上会进一步得到应用。减少整车整备质量，是从事汽车设计工作必须遵守的一项重要原则。2、汽车的装载质量（简称载质量）商用货车的载质量me的确定，首先应与企业商品规划符合，其次要考虑汽车的用途和使用条件。原则上，对货源变化频繁、运距短的市内运输车，宜采用中、小吨位的货车比较经济。3、汽车的轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各车辆的负荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利于减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性；为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小。因此，可以得出作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求、使用条件等，合理地选取轴荷分配。汽车的驱动形式与发动机位置、汽车结构特点、车头形式和使用条件等均对轴荷分配有显著影响。如发动机前置驱动乘用车和平头式商用货车前轴负荷较大。2.4汽车的总体布置 2.4.1汽车整车布置的基准线在初步确定汽车的载客量（载质量）、驱动形式、车身形式、发动机形式等以后，要深入具体的工作，包括绘制总布置蓝图产，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整车尺寸和参数的要求，以寻求合理的总布置方案。绘图前要确定画图的基准线（面）。根据车架上平面线、前轮中心线、汽车中心线、地面线、前轮垂直线可以确定总布置草图的基准线。2.4.2汽车各部件的布置1、汽车发动机的布置发动机的上下位置对离地间隙和驾驶员视野有影响，通常将发动机布置在前轴上方，考虑到悬架缓冲块脱落以后，前轴的最大向上跳动量能达到70100mm，这就要求发动机有足够高的位置，以防止前轴碰坏发动机油底壳，这样发动机的高度位置可以得到确定。发动机的前后位置会影响汽车的轴荷分配、本车型所采用的是在前置后驱的基础上，改装成全轮驱动，前纵梁之间的距离必须考虑吊装在发动机上的所有总成以及从下面将发动机安装到汽车上的可能性；还应保证在修理和技术维护情况下，从上面安装发动机的可能性。2、汽车传动系的布置由于发动机、离合器、变速器装成一体，所以在发动机位置确定以后，包括发动机、离合器、变速器在内的动力总成位置也随之而定。驱动桥的位置取决于驱动轮的位置，同时为使左、右半轴通用，差速器壳体中心线应与汽车中心线生命。为满足万向节传动轴两端夹角相等、满载静止时不大于4且最大不大于7的要求，常将后桥主减速器的轴线向上翘起。而在乘用车布置中，在侧视图上常将传动轴布置成U形方案，这样做可以降低传动轴轴线的离地高度。在绘出传动轴最高轮廓线后，根据凸包与中间传动轴之间的最小间隙一般在1015mm来确定地板凸包位置。3、汽车转向装置的布置转向盘位于驾驶员座椅前方，为保证驾驶员能舒适地进行转向操作，应该注意转向盘平面与水平面之前的夹角，并以取得转向盘前部盲区距离最不为佳，同时转向盘又不应影响驾驶员观察仪表，还要照顾到转向盘周围有足够的空间。前悬架采用钢板弹簧时，为了避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象，应该转向器布置在前钢板弹簧跳动中心附近，即前钢板弹簧前支架偏后不多的位置处。因转向器固定在车架上，其轴线常与转向盘中心线不在一条直线上，为此用万向节和转向传动轴将它们连接起来。此时，因万向节连接的轴不在一个平面内，所以在正面撞车时又对防止盘后移动及驾驶员有利。如果转向盘与转向器之间通过一根刚性轴直接连接时，转向盘相对驾驶员在纵向平面内偏斜一个角度，这既导致操作不便，又会因转向轴在俯视图上向前斜插而影响踏板的布置和驾驶员腿部的操纵动作。为些要求转向轴在水平面内与汽车中心线之间的夹角不得大于5。转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵拉杆之间的夹角，在中间位置时应尽可能布置成接近直角，以保证有较高的传动效率。4、汽车悬架的布置货车的前、后悬架和一些乘用车的前、后悬架，多采用纵置半椭圆形钢板弹簧。为了满足转向轮偏转所需要的这空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。这样布置有利于缓和来自路面的冲击。同时，为了满足主销后倾的要求，货车的前钢板弹簧应布置成高后低状，后刚板弹簧布置在车架与车轮之间，应该注意钢板弹簧上的U形螺栓和固定弹簧的螺栓与车架之间应当有足够的间隙。通过对以上的分析，综合考虑各层次的因素，选取汽车整体设计的相关参数，详见表2.1所示：表2.1 整车参数定义外形尺寸(mm)461016931855满载质量(kg)1950装备质量(kg)1300轴距(mm)2700轮距(前/后)(mm)1456/1446发动机型号CAC-SQR480传动效率0.912驱动桥速比5.125最小转弯直径(m)10.9最大爬坡度(%)30车轮滚动半径(m)182/70R14 0.28由表2.1提出本课题动力系统设计目标为：（1） 最高车速大于等于141km/h；（2） 最大爬坡度大于等于30%；（3） 050km/h加速时间小行于等20s。2.5本章小结本章介绍研究课题所需要选用的汽车车型，汽车整体设计的相关理论知识和汽车设计标准规范。阐述了汽车总体设计中主要总成部件的选取规范、，以及有关汽车节能技术的简要知识点，其中详细描述了汽车的主要参数以及在总体布置时应重点注意的事项，为后续进行混合动力驱动系统的总体设计奠定了基础。第3章 混合动力系统控制策略3.1控制目标 混合动力控制策略是实现电机、发动机、电池和其他相关部件协调共同高效工作的关键。其目标是使混合动力轿车有效地满足不同驱动功率的要求，实现功率在电机、发动机间的合理高效地分配；在没有超过电池极限的范围下使整车系统运行在高性能区；确保驾驶平稳性；确保动力电池工作在合理的区域 。 混合动力轿车设计所期望达到的具体目标有以下几个：(1)最佳燃油经济性(2)最小排放(3)最低驱动系统成本(4)可接受的性能(加速、爬坡、噪声、制动、续驶里程等基于以上思路，具体的控制方法有很多，逻辑门限值控制、动态自适应控制、逻辑模糊控制和神经网络控制四种。由于逻辑门限值控制方法快速简单、实用性较强，因此国外的样车和产品车型大部分都采用这种控制方法。其他三种复杂的控制方法需要采集和运算的数据量非常大，特别是要实时采集大量的发动机运行数据计算发动机的最佳油耗点和最佳排放点，并在运行中实时跟踪两点数值的变化，使控制系统的软件和硬件都过于复杂。另外，三种复杂控制方法对目标的改善效果在很大程度上依赖于发动机的动态模型精度和运行数据的实时快速检测的精度，精度的偏差导致目标效果明显恶化。因此，采用逻辑门限值控制方法对RL6460总成控制系统是合适的。3.2总体控制方案 混合动力汽车总体控制方案基本上分为两大类，即分布式和集成式。所谓分布式是指设置独立的整车控制单元，同时整车控制单元和各总成控制单元之间相互独立(至少在逻辑上)。混合动力系统在各个工况下的功能，从而体现混合动力系统在提高燃油经济性和排放性能方面的优势。整个系统的控制策略主要由主控制器来完成。主控制器根据驾驶员的各种操作以及各个子系统当前状态进行判断，确定各子系统的运行模式并对其进行相应的能量分配以及协调控制。最后主控制器将控制信号发送给对应的子系统的控制器，由各个子系统的控制器完成对相应子系统的调节和控制。3.3整车启动工况控制策略初始启动阶段，发动机的转速和转矩成正比趋势，在转速较低时，发动机输出转矩较小；而电机的转速、转矩成反比，在低转速下具有良好的转矩特性。为了克服传统轿车启动时，发动机在较大负荷下由静止达到稳定转速的过程中燃油经济性和排放都较差的问题，一般情况下都有电机启动整车进入纯电动驱动工况。上述策略可简单描述为，当满足以下条件时，由电机启动整车，否则由发动机启动： （3.1） 式中 某一设定动力电池储能下限值；该工况下整车能量流见图3.1：图3.1 启动工况能量流示意图3.4驱动行驶工况控制策略启动后，即进入驱动行驶工况，针对低速小负荷行驶工况、中速中负荷行驶工况、加速爬坡和高速行驶工况、减速制动工况又分别提出了不同的控制策略。3.4.1低速小负荷行驶工况在轻载或低速行驶工况，若电池SOC低于设定下限值，发动机启动工作，并恒定工作在设定的某一转矩，在驱动汽车行驶的同时，驱动电机给电池组充电直到SOC达到平均值；若SOC不低于设定下限值，发动机处于关闭状态，电机单独工作驱动汽车行驶。两种SOC状态下整车能量流动如图3.2和图3.3所示。 当时，的轻载行驶工况判定的条件是： (3.2)式中 驾驶员要求的用于整车驱动的转矩，Nm；用于给电池充电的转矩，Nm； 设定的发动机最小工作转矩，Nm；图3.2 soc小于下限值时能量流示意图 当时，轻载行驶工况判定的条件是： or (nene-launch) (3.3)式中 驾驶员要求的用于整车驱动的转矩，Nm；用于给电池充电的转矩，Nm；设定的发动机最小工作转矩，Nm； ne发动机工作转速，rpm；ne-launch设定的发动机最低工作转速，rpm； 图3.3 soc不小于下限值时能量流示意图3.4.2中速中负荷行驶工况 中速中负荷行驶工况(即巡航工况)是汽车行驶的主要工况，该工况汽车的行驶功率全部由发动机提供。若电池SOC低于设定下限值，发动机在驱动汽车行驶的同时，驱动电机给电池组充电；若SOC不低于设定的平均值，电机处于关闭状态，发动机单独工作驱动汽车行驶。两种SOC状态下整车能量流动如图3.4和图3.5所示。 图3.4 soc小于平均值时能量流示意图 图3.5 soc不小于平均值时能量流示意图当时，中速中负荷行驶工况判定的临界条件是： (3.4)式中 驾驶员要求的用于整车驱动的转矩，Nm；用于给电池充电的转矩，Nm；设定的发动机最小工作转矩，Nm；发动机最大工作转矩，Nm；发动机工作转速，rpm；设定的发动机最低工作转速，rpm； 发动机最高工作转速，rpm；当时，中速中负荷行驶工况判定的临界条件是： (3.5)式中 驾驶员要求的用于整车驱动的转矩，Nm； 设定的发动机最小工作转矩，Nm； 发动机最大工作转矩，Nm； 发动机工作转速，rpm； 设定的发动机最低工作转速，rpm； 发动机最高工作转速，rpm；所示：表4.6 改装后整车参数表总质量1452kg轴距2.7m最大装载质量2102kg 轮距（前/后）1.456/1.446m迎风面积 3.141m车轮半径0.51m高度1.855 m宽度1.693m滚动阻力0.0126风阻系数0.3发动机最大扭矩132Nm最大功率65kw最高转速5500rmp电动机最大扭矩100Nm最大功率30 kw最高电压333v发电机最大扭矩60Nm功率5kw电池电压72v镍氢电池额定容量 10Ah型号比亚迪HD-10Ah x20外形295 x 100x66mm4.4本章小结本章主要介绍了汽车混合动力驱动系统的功能分析。通过对不同驱动形式的分析比较，选取Estima-Four驱动轮动力组合式PSHEV。分析了该动力系统的工作原理所需电动机，发电机，电池之间的工作关系。本章的主要内容是驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分的设计计算和选型。第5章 整车性能分析5.1整车动力性分析 整车动力性匹配计算至关重要，尤其是在同一整车平台上搭载不同的动力总成时。在实际整车生产中，经常会将不同的底盘与发动机总成进行匹配，这就需要进行整车的动力性匹配计算。在评定汽车的动力性能过程中，我们主要依据三项指标，即汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度18。1、 最高车速的计算最高车速一般指在水平良好的混凝土或沥青路面上汽车节气门全开时能达到的最高行使速度。从汽车驱动力行驶阻力平衡关系进行分析：当汽车的驱动力和行驶阻力相等时，汽车处于平衡状态，此时汽车达到最高车速。固定传动比变速器行驶方程式为： （5.1）式中 驱动力N； 滚动阻力N；坡度阻力N；空气阻力N；加速阻力N；计算最高车速时可忽略和，所以上式可简化为： （5.2） （5.3）式中 发动机及电动机的转矩变速器传动比主减速器传动比（取5.1）传动系机械效率（约为0.9）r轮胎滚动半径（该车轮胎型号为185/70R14，查表得r为0.28m）。 驱动力和发动机转速（）的计算结果见表5.1 (5.4)式中 行驶速度km/h n发出上式扭矩时的转速r/min的计算结果见表5.2、与的计算结果见表5.3 ，取0.3 km/h时，f取0.018；km/h时，f取0.019； km/h时，f取0.02当汽车的驱动力与行驶阻力相等，汽车处于平衡状态，可以得出该车的km/h。表5.1 驱动力及转矩Ft-n 发动机转（r/min）扭矩（NM） Ft:Ft:Ft:Ft:Ft:1000160.66165.8334722271663.21333.91200154.959423240.42195.91604.21286.51400165.66329.33451.72239.31708.81370.41600177.768163717.42519.41840.31475.91800196.67541.44112.72787.320631632.92000217.28331.64543.83079.42249.418042200223.58573.34674.33168.72314.61856.32400217.28331.64543.83079.42249.4180426002118193.84413.72991.321851752.42800199.77660.34117.4283120681658.53000193.274114041.627392000.81604.63200187.97207.73930.72663.91945.91560.63400186.27142.53895.22639.81928.31546.53600180.36916.23771.72556.21867.21497.5表5.2 N-UaNUa:Ua:Ua:Ua:Ua:10008.816.223.932.740.8120010.619.528.739.349140012.422.733.545.857.1160014.125.938.352.465.3180015.929.24358.973.4200017.732.447.865.481.5220019.435.652.67289.8240021.238.957.478.69826002342.162.285.1106.128002545.46791.7114.3300026.548.671.798.2122.4320028.351.976.6104.8130.634003055.181.3111.3138.836003258.486.1117.9147表5.3 Fw、Ff、Fw +Ff UaUaFfFwFf +Fw0463.50463.520463.521.2484.740463.585548.560489.25191680.258051534085590566.55311097.5图5.1 汽车驱动力行驶阻力平衡图2、 汽车的加速时间计算 汽车加速时间通常指汽车从档起步，并以最大加速度。选择恰当的换档时机逐步加速到某挡并达到指定车速（可以用050km/h）所需要的时间。 计算从取设定限制转速时的驱动力为最高转速时驱动力和所需加速驱动力的平均值（面积），计算050 km/h的加速时间。（注：换1次挡所用时间为0.8s，同时速度下降0.5km/h）。 估算该车在设定的限制转速为3000r/min；在驱动力行驶阻力平衡图上，通过作图的方法找到变速器切入每档时的驱动力；计算、所需要的加速时间。；由表5.3可知：V=26.5 km/h汽车旋转质量换算系数值取0.5 所以050km/h的加速时间为：T=10.1s3、 汽车的最大爬坡度的计算汽车的最大爬坡度用满载时汽车在良好路面上的最大爬坡度表示，一般指挡的最大爬坡度。由得出：挡最大爬坡度:挡最大爬坡度:5.2整车燃油经济性分析汽车的燃油经济性通常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L/100km,即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标。指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载，货车为满载）下，以最高挡在水平良好路面上等速行使100km的燃油消耗量。常测出每隔10km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线。称为等速百公里燃油消耗量曲线，用它来评价汽车的燃油经济性曲线。发动机功率： （5.2）式中 滚动阻力系数，取=0.0126；空气阻力系数，取；A 迎风面积（）,取=3.141m2； 减速器上的传动效率,取=0.81； 混合动力系统的功率（kw）； 汽车质量，取=1950kg； 爬坡度； （5.3）式中 为等速行驶车速时的阻力功率； 为燃油消耗率； 汽油的可取6.967.15,柴油可取7.948.13以20km/h为起始车速。计算当车速为20km/h，30km/h，40km/h，50km/h，60km/h，70km/h，80km/h，代入公式（5.4）： （5.4） 表5.4 计算结果 Km/h20304050607080 1.82.95.16.18.311.014.4根据万有特性曲线用公式，计算不同车速对应的各点的燃油消耗量，并画出等速百公里燃油消耗量曲线，如下图5.2所示：图5.2 等速百公里燃油消耗量曲线5.4 本章小结 本章是进行混合动力汽车的整车性能分析，选取公式计算，对混合动力汽车的整车动力性，经济性等进行了计算，计算校核合理，所以基本上能满足要求，得到预期效果。结 论文中介绍一种混合动力微型客车的总体设计，设计中进行了调研分析、学习了混合动力系统原理，进行了RL6460型混合动力微型客车的方案设计。在此次设计中对混合动力系统匹配与整车控制策略和整车性能进行了分析