山东理工大学硕士学位论文 第一章 引言 1.5 本章小结
(1)介绍了该课题研究的目的和意义以及发展前景。
(2)详细介绍了混合动力客车当前的国内外研究现状和发展趋势。 (3)介绍了本课题的主要研究内容。
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 第二章 混合动力客车动力系统布置方案研究
2.1 概述
目前由于能源的限制，电动客车的行驶里程无法与燃油客车相比，无论电动客车多么清洁，人们不可能购买行驶里程只有100-200km的电动客车。只有当电动客车的能源技术有所突破时，电动客车才会普及，在此之前，使用内燃机和电动机的混合动力电动客车是一种替代的解决方法。混合动力电动客车的优点是把纯电动客车的行驶里程延长了2-4倍，而且能快速添加汽油或柴油，其缺点是结构复杂且不是零排放。不过与燃油车相比，在相同行驶里程的条件下，混合动力电动客车的燃油消耗和排放要小得多，因为混合动力电动客车中的内燃机以最有效的模式工作，燃油消耗少，产生的排放也小，而且，混合动力电动客车也可以像电动客车一样工作于零排放区。
混合动力客车性能的好坏不仅取决于传动系参数的选择与匹配、控制策略的制定以及各组成部件的优化，而且还取决于整车动力传动系的布置方案。本章主要深入研究整车的布置方案，为了对动力系统有一个较全面的认识，对各种典型的动力系统的结构和特点作了较深入的对比和总结。通过本章研究，从理论上初步确立本文研究的混合动力电动客车要采用的动力驱动型式。
2.2 混合动力客车驱动类型和工作原理
混合动力车的传统分类方法是按照混合动力驱车传动系统采用什么样的机械连接结构进行分类，主要分类依据是判断内燃机是否与驱动轮有直接的机械连接，即以动力传输路线将混合动力汽车分为串联式、并联式、混联式和插电式四种典型结构, 不同结构实施不同控制策略[9]。控制策略的制定是混合动力电动汽车开发的关键, 因为其直接影响着能量在车辆内部的流动及整车的性能。如今, 控制策略研究作为电动汽车的关键技术之一, 得到了国内外汽车科技工作者的普遍重视。 2.2.1 串联式混合动力客车（SHEV）
串联式混合动力电动汽车发动机输出的机械能首先通过发电机转化为电能, 转化后的电能一部分用来给蓄电池充电, 另一部分经由电动机和传动装置驱动车轮。串联式混合动力电动汽车控制策略相对简单, 目前运用较多的主要是自动调温器式和功率跟踪式两种,这两种控制策略基本原理有如分段函数, 都是以电池荷电状态(SOC) 的上下界作
6
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 为临界点来分段执行相应操作, 原理简单。
串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成, 它们之间以串联的方式组成动力单元系统, 由发动机驱动发电机发电, 电能通过控制器输送到电池或电动机, 由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮, 大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处启动、加速、爬坡工况时, 发动机- 电动机组和电池组共同向电动机提供电能; 当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时, 则由电池组驱动电动机, 当电池组亏电时则由发动机- 发电机组向电池组充电[9]。串联式驱动系统结构如图2-1所示：
图2-1 串联式驱动系统结构图
这种结构的混合动力系统由于没有发动机驱动车轮的机械结构，所以在结构上较为简单。另外由于发动机仅为发电机提供动力发电，所以无论车辆行驶情况如何，发动机一直都会以恒定的工况在经济区做功，从而降低了油耗。这一特性使得串联式混合动力车型在频繁起步和低速行驶工况的市区尤为有效。但是相反在长距离高速运行时，由于串联式系统需要不断的通过以发动机的动力产生电能，从而多了一次能量转换过程，机械效率较低，并且在高速运行中，电动机对电能的消耗也较快，此时的串联混合动力系统便不如传统的内燃机汽车省油了。因此串联式混合动力系统常常出现在混合动力城市客车中，不过近年来由于电池技术有所进步，串联式系统也被应用于混合动力轿车之中，并且建立起了一种极富发展前景的系列。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速行驶工况, 可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转, 通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的，使发动机避免了怠速和低速运转的工况, 从而提高了发动机的效率, 减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换, 机械效率较低。 2.2.2 并联式混合动力客车（PHEV）
并联式混合动力系统采用发动机和电动机两套独立驱动系统, 可以采用发动机单独驱动, 电力单独驱动或者混合驱动三种工作模式。国内外对并联式混合动力电动汽车精力投入较多, 结构形式和控制策略多样化。并联混合动力系统又有多种不同的结构形式，
7
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 常见的有单轴并联和双轴并联，控制策略有并联电辅助驱动式控制策略、并联自适应式控制策略(实时控制策略) 和模糊逻辑控制策略三种[10]。
并联式系统的发动机和电动机共同驱动汽车,发动机与电动机分属两套系统, 可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩, 在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时, 电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力, 一旦汽车车速达到巡航速度, 汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用, 又称为电动- 发电机组。由于没有单独的发电机, 发动机可以直接通过传动机构驱动车轮, 这种装置更接近传统的汽车驱动系统, 机械效率损耗与普通汽车差不多, 得到比较广泛的应用。一般大多数的设计都是将发电机和电动机整合成一个单元(ISG)。这样的发电机、电动机整合单元被安装于发动机和变速器之间，并且替代了传统汽车中的起动机和发电机。车辆行驶时主要以发动机驱动，利用电动机所具有的在低速时产生强大驱动力的特征，在汽车起步、加速等发动机的燃料消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。因为这种方式的结构相对比较简单，并联式混合动力可以做到轻型化，在车身自重增加不多的情况下对提升汽车的动力性和燃油经济性能都有利。比如本田汽车研发的IMA系统便是典型的并联式混合动力系统。另外国内自主品牌奇瑞汽车开发的ISG混合动力汽车也属于同一范畴。
并联式混合动力电动汽车发展迅速,复合装置采用行星轮系。目前也有将发动机和电机直接复合的新结构出现, 它通过磁场叠加原理完成动力复合, 省略了机械复合装置。
◆双轴并联混合动力总成构型
双轴并联式混合动力总成的结构根据动力合成装置在变速箱的前与后可分为前置式(动力合成装置在变速箱前)双轴并联结构和后置式(动力合成装置在变速箱后)双轴并联结构分别如图2-2和图2-3所示。
图2-2 前置式双轴并联HEV动力传动系结构简图
8
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
图2-3 后置式双轴并联HEV动力传动系结构简图
双轴并联式混合动力传动系，发动机与电动机可以分别独立地向汽车驱动轮提供动力，即发动机和电动机通常通过不同的离合器来驱动车轮。而且并联式HEV没有串联式HEV动力传动系中的专用发电机，因此更像传统的汽车动力传动系，并具有了许多显著的优点:
(1)由于发动机的机械能可直接输出到汽车驱动桥，中间没有能量的转换，与串联式布置相比，系统效率较高，燃油消耗也较少;
(2)电动机同时又可作为发电机使用，系统仅有发动机和电动机两个动力总成，整车质量和成本大大减小。
缺点:
(1)由于发动机与车辆驱动轮间有直接的机械连接，发动机运行工况实时地受到汽车行驶工况的影响，因此对整车排放工作点的优化不如串联形式好。
(2)这种结构，要维持发动机在最佳工作区工作，需要复杂的控制系统。 ◆单轴并联混合动力总成构型
单轴并联式混合动力传动系是指发动机和电机同轴联接和布置，根据电机在变速箱的前与后可分为前置式(电机在变速箱前)单轴并联结构和后置式(电机在变速箱后)单轴并联结构，分别如图2-4和图2-5所示。
9