一種電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計
一種電動汽車驅(qū)動傳動系統(tǒng)的設(shè)計,一種,電動汽車,驅(qū)動,傳動系統(tǒng),設(shè)計
畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文
譯文題目： Realization and Analysis of Good Fuel Economy and Kinetic Performance of a Low-cost Hybrid
Electric Vehicle
對一種價格低廉的混合電動汽車燃油經(jīng)濟性和動力性能的認識與分析
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對一種價格低廉的混合電動汽車燃油經(jīng)濟性和動力性能的認識與分析
摘要：目前市場上的混合電動汽車通過使用大功率高效率的傳動系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)良好的燃油經(jīng)濟性和動力性能這一目標(biāo)。但是，目前混合電動汽車的價格阻礙著它被廣泛使用。一種新型混合動力傳動系統(tǒng)被設(shè)計出來，平衡了混合動力汽車的成本和性能，為了有更好的市場。一種基于電池/超級電容器混合儲能系統(tǒng)（赫茲）被用于提高能量轉(zhuǎn)換效率和減小電池尺寸，從而降低成本。整合引擎電子控制單元、發(fā)動機電子控制單元和赫茲管理系統(tǒng)的總控制器的發(fā)明節(jié)約了材料和能源，并減小了電路分布參數(shù)的影響。就動力總成來說，提出了四種方案：皮帶驅(qū)動起動發(fā)電機方案、四輪驅(qū)動混合動力方案、全混合動力系統(tǒng)方案、游俠擴展器電動汽車方案。進行傳動系統(tǒng)的元件選擇和參數(shù)匹配并開發(fā)以動力結(jié)構(gòu)和元件組成為基礎(chǔ)的能量管理策略。正向模擬模型被構(gòu)建，理解以最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)矩為基礎(chǔ)的控制策略對低成本混合電力推動系統(tǒng)的作用。運用AVL CRUISE聯(lián)合仿真軟件和Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真軟件進行仿真和選擇最佳方案。得出結(jié)果：最佳的數(shù)據(jù)是城市駕駛條件的燃油消耗４.１１Ｌ／１００ｋｍ和０到５０km／ｈ的加速時間１０.９５s。這項研究表明當(dāng)實現(xiàn)了良好的燃油經(jīng)濟性和動力性能時，可以降低混合電動汽車的成本和提高混合動力汽車的商業(yè)化水平。
關(guān)鍵詞：低成本混合電動汽車、混合儲能系統(tǒng)（赫茲）、燃油經(jīng)濟性、動力學(xué)性能、協(xié)同仿真、成本與性能折衷
1、導(dǎo)言
混合電動汽車的發(fā)展被減少化石燃料消耗率和降低大氣污染水平這一系列嚴格要求刺激。并且一系列的混合電動汽車供給普通大眾使用。
汽車的價格和性能屬性決定了混合電動汽車的商業(yè)化水平和消費者的熱情。表1總結(jié)了幾種典型的已在世界上大規(guī)模生產(chǎn)的混合電動汽車的車輛性能屬性。
表1、典型混合電動汽車的比較
汽車類型
燃油消耗（城市）升/100公里
二氧化碳排放量(噸/年)
0-96.6公里/小時加速時間 (秒)
2005款豐田普銳斯
4.9
3.6
10.8
2005款本田因塞特
4.8
3.2
9.8
2006款雷克薩斯
8.7
6.4
7.6
2006款福特翼虎
8.4
6.2
7.5
眾所周知，通過把一種包括電機和充電電池的電動傳動系統(tǒng)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機傳動系統(tǒng)整合在一起?；旌想妱悠嚲涂梢允褂靡粋€相當(dāng)小且與傳統(tǒng)的汽車相比具有相同動力學(xué)性能的發(fā)動機?？偟膩碚f，傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機的大小是符合該車的額定功率需求。但是正常只有最大功率的一小部分被用于路程中的重要路段。而且使用最大功率的時間小于總時間百分之一。
然而，就混合電動汽車而言，它的發(fā)動機的大小只需要滿足平均功率的要求。而且加速和爬坡的短時間內(nèi)的高功率由電池中儲存帶的能量提供。
因此，一個比相應(yīng)的常規(guī)內(nèi)燃機更小的發(fā)動機可以被使用。因為使用了一個小的發(fā)動機，所以乘員數(shù)量會被減少。發(fā)動機的活塞和其他內(nèi)部部件的重量也會被減輕。并且該發(fā)動機可以更接近其高效工作區(qū)域進行工作。此外，通過采取這樣的測量以消除閑置，同時調(diào)節(jié)電動汽車的峰值和最小的發(fā)動機負載，可大大改善混合電動汽車的燃油經(jīng)濟性，大大減小二氧化碳排放。比如如表1所示的典型的混合電動汽車在城市駕駛條件下與相應(yīng)的傳統(tǒng)汽車相比減少超過30%的燃料消耗率和二氧化碳排放量。而且這些混合電動汽車可以為安全駕駛提供必須的動力。然而隨著電池牽引電機、ISG、額外的電子控制單元和混合控制系統(tǒng)的加入，混合電動汽車的價格遠遠稿高于傳統(tǒng)汽車的價格。由于與傳統(tǒng)汽車相比銷售量還相對較低和混合電動汽車零部件供應(yīng)商的價格溢價，這些都推動成本上漲。
雖然目前在市場上的混合電動汽車可以達到預(yù)期的燃油經(jīng)濟性和動力性能，但是使用混合電動汽車節(jié)省的行駛成本可能無法抵消制造成本。這是進入廣泛使用混合電動汽車的主要障礙。發(fā)展中國家的市場汽車價格特別有可能大大低于美國、歐洲和日本市場。在2006年，全球混合電動汽車銷售達到100萬輛，該銷售量僅為汽車總銷量的2%.據(jù)估計，混合電動汽車的生產(chǎn)量在2010年將超過250萬輛，這相當(dāng)于汽車年度產(chǎn)量6500萬輛的4%。然而，中國所擁有的混合電動汽車的數(shù)量預(yù)計僅為6萬輛，低于所估計的1500萬輛的0.5%。因此，混合電動汽車的發(fā)展只能為解決全球環(huán)境惡化和能源問題提供一點點幫助。
在混合電動汽車的發(fā)展過程中，應(yīng)降低混合電動汽車的成本來提高市場競爭力。通過降低制造成本和提高汽車運行效率來降低混合電動汽車的售價?；旌想妱悠嚨闹圃斐杀臼怯晒β试Q定的。一般來說，電力電子設(shè)備、電動器件、發(fā)動機和電池花費了混合電動汽車制造成本的三分之二。更高效的功率和能量傳動系統(tǒng)可能會花費更多的成本。因此小型電池、動力電器設(shè)備、電機和發(fā)動機的使用可以幫助降低汽車的制造成本。此外，功率元件的成本會隨著電力設(shè)備和生產(chǎn)量的提高而降低。為了提高汽車的運行效率，混合電動汽車應(yīng)用了先進的空氣動力學(xué)技術(shù)來減小汽車阻力。并且使用低滾動阻力輪胎、低成本輕質(zhì)材料和高效的輔助系統(tǒng)來提高汽車運行效率，從而明顯地降低混合電動汽車的燃油消耗量，最終降低了汽車運營成本。
但是，通過使用小規(guī)格發(fā)動機和電動馬達可能是使汽車動力不足，并且使用低滾動阻力輪胎和先進空氣學(xué)技術(shù)可能會導(dǎo)致其他成本上漲。在沒有高性能汽車的發(fā)展區(qū)域，城市的交規(guī)和擁堵導(dǎo)致較低的平均行駛速度，但是電力和燃油經(jīng)濟性之間的權(quán)衡可能是可接受的。本文介紹了一種為這樣的市場而設(shè)計的具有良好燃油經(jīng)濟性和動力性能的混合電動汽車。我們開發(fā)的混合電動汽車主要是面向中低端的汽車市場。考慮未來的市場未來潛在用戶，混合電動汽車應(yīng)有以下幾點特性：
（1）、體積小，重量輕，燃油消耗率低，無污染。
（2）、低噪音，低振動和良好的舒適性。
（3）、主要行駛在城市和農(nóng)村地區(qū)，并且不能在高速行駛，因此最大速度要求較低。
（4）、主要用于城市上班族和風(fēng)景區(qū)觀光，駕駛里程短，沒有快速的加速需求。所以不必配備高動力總成。
（5）、成本最小化
以現(xiàn)有成熟的小型車，并針對上述要求和城市交通狀況，混合電動汽車的設(shè)計目標(biāo)如表2所示。對于主導(dǎo)發(fā)展中國家汽車市場的中低端用戶來說，這種類型的低成本的混合電動汽車可能提供了一種減少空氣污染和化石燃料需求的有效方式。
表2、混合電動汽車的設(shè)計目標(biāo)
參數(shù)
數(shù)值
最大載重（千克）
<=1000
燃油消耗量（城市）（升/100公里）
4.5
最大速度（公里/小時）
<=80
0-50公里/小時加速時間（秒）
<=20
等級能力（%）
>=20
2、混合方案
為了達到設(shè)計目標(biāo)，對混合電動汽車的車身結(jié)構(gòu)、零件和動力總成結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計是非常重要的。對于小型車，車輛長度一般為3.3-3.5米，車輛高度為1.4-1.7米，車身寬度為1.4-1.6米和軸距一般為2.3-2.6米。盡量減小車輛質(zhì)量，保證足夠的空間。集成和輕量化設(shè)計是車身結(jié)構(gòu)未來的發(fā)展方向。車身外覆蓋件可由非金屬材料制成，從而使車輛的質(zhì)量大大降低。承載式車身結(jié)構(gòu)有助于降低車輛的重量和最大限度地提高動力總成零部件的布置空間。由于所需的最大速度為80公里每小時，車輛的強度、剛度和碰撞要求可以隨最高速度的降低而降低。由低密度剛制成的車身和底盤可以被使用，從而導(dǎo)致車輛重量減輕和成本下降。此外，輪胎的尺寸和類型應(yīng)在總體設(shè)計階段被確定。為了提高車輛的功率因數(shù)，降低質(zhì)心高度和減輕非簧載質(zhì)量，小型輪胎應(yīng)在滿足輪胎載荷系數(shù)和地面間隙要求的前提下被選擇。在此基礎(chǔ)上，對車輛的總體設(shè)計進行了定義，并且車輛的基本參數(shù)列出在表3上。因為
本文重點研究的燃料經(jīng)濟性和動力學(xué)性能，所以只有與燃料經(jīng)濟型和動力學(xué)性能計算相關(guān)的項目被展示。
表3、汽車基本參數(shù)
參數(shù)
數(shù)值
最大載重/總質(zhì)量（千克）
850/1150
軸距（米）
2.34
輪胎滾動半徑（米）
0.280
最大截面（平方米）
1.91
最小離地間隙（米）
0.13
空氣阻力系數(shù)
0.34
滾動阻力系數(shù)
0.009
References
[1] U. S. Department of Energy. Fuel economy of some He’s [EB/OL].Southwest Washington D.C., 2009 [2009-08-20]. http://www.fueleconomy.gov/feg/findacar.htm.
[2] KATRASNIK T. Hybridization of power train and downsizing of I engine-A way to reduce fuel consumption and pollutant emissions-Part 1[J]. Energy Conversion and Management, 2007,48(5): 1 411–1 423.
[3] JEFFERSON C M, BARNARD R H. Hybrid vehicle propulsion [M].London: Wit Press, 2002.
[4] DAVE Hermance, SHINICHI Abe. Hybrid vehicles: lessons learned and future prospects[C]//SAE 2006 World Congress, Detroit, Michigan, April 3–7, 2006: 21–27.
[5] KEN Tanoue, HIROMICHI Yanagihara , HIDETOSHI Kusumi.Hybrid is a key technology for future automobiles[M]. Berlin Heidelberg: Springer, 2008.
[6] DANILO J Santini, ANANT Vyas. Hybrid electric powertrain fuel consumption reduction cost effectiveness trade-offs[C]//24thUSAEE/IAEE North American
Conference, Washington D. C., USA,July 8–10, 2004: 1–15.
[7] YU Zhisheng. Automotive theory[M]. 4th ed. Beijing: Machinery Industry Press, 2006.
[8] RON Hodkinson, JOHN Fenton. Lightweight electric/hybrid vehicledesign [M]. Oxford: Reed Educational and Professional PublishingLtd., 2001.
[9] MEHRDAD Ehsani, KHWAJA M Rahman, HAMID A Toliya .Propulsion system design of electric and hybrid vehicles[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1997, 44(1): 19–27.
[10] ZHANG Xin, WANG Daxing. The simulation study of HEV underelectric assist control strategy (EACS)[J]. High Technology Letters,2004, 10(2): 78–82.
[11] Maxwell technologies: Overview about ultracapacitors[EB/OL].San Diego, California, 2009 [2009-8-20]. http://www.maxwell.com/ultracapacitors/products /index.asp.
[12] SRDJAN M Lukic, SANJAKA G Wirasingha. Power managementof an
ultracapacitor/battery hybrid energy storage system in an HEV[C]//IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, WindsorUnited Kingdom, September, 6–8, 2006: 132–137.
[13] GRANOVSKII M, DINCER I, ROSEN M A. Economic and environmental comparison of conventional, hybrid, electric and hydrogen fuel cell vehicles[J]. Journal of Power Source, 2006,159(2): 1 186–1 193.
[14] ANDREW Simpson. Cost-benefit analysis of plug-in hybrid electric nvehicle technology[C]//22nd International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium, Yokohama, Japan, October 23–28, 2006: 540–552.
[15] NISAR A H, MOGHBELLI H, VAHEDI A. Drivetrain sizing and power flow control of a series-parallel hybrid electric vehicle[C]// 21st International Electric Vehicle Symposium, Monte CarloMonaco, April 2–6, 2005: 192–201.
[16] SALMASI F R. Control strategies for hybrid electric vehicles: evolution, classification, comparison, and future trends[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2006, 56(5): 1 393–1 404.
[17] HE X, HODGSON J. Hybrid electric vehicle simulation and evaluation for UT-HEV[C]// SAE 2000 World Congress, Detroit, Michigan, March 6–9, 2000: 2000-01-3015.
[18] TSAI L W, SCHULTZ F, HIGUCHI N. A novel parallel hybrid transmission[J]. Journal of Mechanical Design, 2001, 123(4):161–167.
[19] MILLER J M. Hybrid electric vehicle propulsion system architectures of the e-CVT type[J]. IEEE Transaction on PowerElectronics, 2005, 21(3): 756–767.
[20] MATSUO I, NAKAZAWA S, MAEDA H. Development of a high-performance hybrid propulsion system incorporating aCVT[C]// SAE 2000 World Congress,
Detroit, Michigan, March 6–9,2000: 2000-01-0992.
[21] QIN Datong, SHU Hong, HU Jianjun, et al. Study on a mild HEV’s performance simulation and propulsion system parameter matching[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2004,40(2): 78–82. (in Chinese).
Biographical notes
WANG Lei, born in 1983, is currently a PhD candidate at Shanghai Jiao Tong University, China. He received his masterdegree from Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,China, in 2007. His research interests include hybrid electricvehicle energy management and optimization.Tel: +86-21-34206806; E-mail: wanglei913@sjtu.edu.cnZHANG Jianlong, born in 1976, is currently a post PhD candidateat Shanghai Jiao Tong University, China. He received his PhDdegree from Shanghai Jiao Tong University, China, in 2009. Hisresearch interests include automotive electronic control, hybrid electric vehicle research and development.
Tel: +86-21-34207289; E-mail: zjlong@yahoo.cn YIN Chengliang, born in 1965, is currently a professor at Shanghai Jiao Tong University, China. His research interests
include automotive electronic control, hybrid electric vehicle research and
development. E-mail: clyin1965@sjtu.edu.cn ZHANG Yong, born in 1977, is currently an associate professor at Shanghai Jiao Tong University, China. His research interests
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