串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車結(jié)構(gòu)形式畢業(yè)論文

1、Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)專 業(yè)： 汽車維修工程教育 班級(jí)學(xué)號(hào)： 汽修0403 24 學(xué)生姓名： 張亞磊 指導(dǎo)教師： 崔世海 講師 二九年 六 月天津工程師范學(xué)院本科生畢業(yè)論文串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車的結(jié)構(gòu)形式及控制方案的選擇Research on Structure and control policy of series hybrid terminal tractor vehicle專業(yè)班級(jí)：汽修0403班學(xué)生姓名：張亞磊指導(dǎo)教師：崔世海講師系 別：汽車與交通學(xué)院2009 年 6月摘 要混合動(dòng)力汽車近年來發(fā)展迅速，

2、并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化?；旌蟿?dòng)力汽車將至少在30年內(nèi)都是汽車工業(yè)最切實(shí)可行的解決能源和污染問題的途徑。碼頭牽引車運(yùn)行速度低，起停頻繁，且長(zhǎng)時(shí)間怠速，導(dǎo)致其燃油經(jīng)濟(jì)性差，排放高。研制成混合動(dòng)力碼頭牽引車后，其節(jié)油減排效果較其它車輛更為明顯。本文利用汽車相關(guān)理論通過計(jì)算機(jī)分析仿真來確定混合動(dòng)力碼頭牽引車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)。分析與仿真的主要作用是在進(jìn)行昂貴且費(fèi)時(shí)的原型實(shí)驗(yàn)之前對(duì)物理系統(tǒng)的性能進(jìn)行模擬分析，工程設(shè)計(jì)人員可以利用它全面地評(píng)估其設(shè)計(jì)，并通過它發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的一些問題，而這些問題通過測(cè)量和實(shí)驗(yàn)是不易發(fā)現(xiàn)的。分析與仿真技術(shù)不僅可以節(jié)省大量開發(fā)費(fèi)用，而且提高了復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化水平。對(duì)于混合動(dòng)力研發(fā)，前

3、期進(jìn)行方案選擇及參數(shù)匹配時(shí)，通過分析仿真能夠較快地進(jìn)行方案選擇及參數(shù)匹配，從而確定最優(yōu)方案和主要參數(shù)，并及早發(fā)現(xiàn)問題加以避免。若通過試制實(shí)物樣機(jī)的方法來進(jìn)行此步驟，則既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，代價(jià)昂貴，且效果還不好。在研發(fā)過程中分析仿真與試驗(yàn)同樣重要，都具有不可替代的作用，通過實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)對(duì)分析仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與修正，對(duì)系統(tǒng)反復(fù)優(yōu)化，從而有力地推進(jìn)研發(fā)進(jìn)程。關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力碼頭牽引車，驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)，車輛動(dòng)力性分析ABSTRACTHybrid electric vehicle developed rapidly in recent years and has achieved industrializati

4、on. Hybrid Electric Vehicle will be at least 30 years in the automotive industry are the most practical solution to energy and pollution problems. Low-speed terminal tractor, since the frequent stops and idling time, resulting in poor fuel economy, emissions high. The development of hybrid terminal

5、tractor, its fuel-efficient vehicle emission reduction effect is more obvious than the other. In this paper, the use of motor vehicle-related theory by computer simulation analysis to determine the hybrid electric terminal tractor driver parameters.The analysis and the simulation leading role is bef

6、ore carrying on expensive and the time-consuming prototype experiment to physical system's performance carries on the simulation analysis, the engineering design personnel may use it to appraise its design comprehensively, and discovers in the design through it some questions, but these question

7、s through the survey and the experiment are which is not easy to discover. The analysis and the emulation technique not only may save the massive development cost, moreover raised complicated system's system-level optimization level. Regarding the mix power research and development, when the ear

8、lier period carries on the plan choice and the parameter match, through the analysis simulation can quickly carry on the plan choice and the parameter match, thus determined that the synergy and the main parameter, and found early the problem avoids. If carries on this step through the trial manufac

9、turing prototype's method in kind, then both time-consuming and takes the trouble, the price is expensive, and the effect is not good. Analyzes the simulation and the experiment in the research and development process is similarly important, has the unreplaceable function, to analyzes the simula

10、tion result through the prototypical experiment in kind to carry on the confirmation and the revision, optimizes repeatedly to the system, thus advances the research and development advancement powerfully.Key Words: Hybrid terminal tractor,Drive motor parameters,Vehicle dynamic analysis目 錄1 概述12 混合動(dòng)

11、力汽車的結(jié)構(gòu)分析42.1混合動(dòng)力汽車的主要組成42.2混合動(dòng)力汽車的分類42.3典型混合動(dòng)力卡車結(jié)構(gòu)52.3.1 Volvo重型卡車62.3.2 三菱Canter Eco輕型卡車62.3.3 日產(chǎn)小型卡車ATLAS2073 串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車動(dòng)力裝置參數(shù)的選定93.1初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)和車輛動(dòng)力性分析93.1.1整車參數(shù)93.1.2輪胎參數(shù)93.1.3變速比103.1.4根據(jù)最高車速確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率103.1.5初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率及其它參數(shù)113.1.6最大爬坡度計(jì)算163.1.7驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖和功率平衡圖173.2 電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)和過載系數(shù)對(duì)加速時(shí)間的影響193.

12、2.1電機(jī)的擴(kuò)大恒功率系數(shù)對(duì)加速時(shí)間的影響193.2.2電機(jī)過載系數(shù)對(duì)整車加速時(shí)間的影響213.3重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)及車輛動(dòng)力性分析223.3.1重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的參數(shù)及其特性曲線223.3.2選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的車輛動(dòng)力性分析233.4初步選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率264 串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車總成控制策略274.1控制系統(tǒng)的功能274.2控制系統(tǒng)的組成274.3SHEV能量流動(dòng)模式294.4串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車控制策略模型304.4.1恒溫器的控制策略模型304.4.2功率跟隨控制策略模型304.5 串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車發(fā)動(dòng)機(jī)的控制策略315 結(jié)論及展望335.1結(jié)論335.2展望33參考文獻(xiàn)：34

13、致 謝36英文資料與翻譯37譯文5264天津工程師范學(xué)院2009屆本科畢業(yè)生論文1 概述隨著世界范圍內(nèi)能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的出現(xiàn)，節(jié)能和環(huán)保成為汽車工業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)。汽車工業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，每年仍保持12%-14%的年均增長(zhǎng)率，預(yù)計(jì)到2020年底我國(guó)汽車保有量將達(dá)到1億3千萬輛，如果采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，按最保守的估計(jì)，2020年僅各類汽車每年消耗石油將達(dá)2億5,000萬噸，這將使我國(guó)石油總需求超過4億噸，因此，開發(fā)新型能源、節(jié)能、環(huán)保的車輛已關(guān)系到國(guó)家的經(jīng)濟(jì)安全和可持續(xù)發(fā)展。人們?cè)絹碓疥P(guān)注其它燃料的汽車和電動(dòng)汽車得開發(fā)，電動(dòng)汽車成為最主要得選擇之一。電動(dòng)汽車（Electric Ve

14、hicle, EV）包括純電動(dòng)汽車（EV）、混合動(dòng)力汽車（Hybrid Electric Vehicle, HEV或HV）和燃料電池汽車三種形式。受現(xiàn)在科技條件所限制，純電動(dòng)汽車和燃料汽車很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而融合內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)的混合動(dòng)力汽車，在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)得熱點(diǎn)。可以相信，在電動(dòng)汽車得儲(chǔ)能部件電池沒有根本性突破之前，使用混合動(dòng)力汽車是解決排污和能源問題最具現(xiàn)實(shí)意義得途徑之一。所謂混合動(dòng)力汽車（HEV或HV）是在一輛汽車上同時(shí)配備電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(Traction Motor)和輔助動(dòng)力單元（Auxiliary Power Unit ,APU）,其中APU是燃燒某種燃料的原動(dòng)機(jī)

15、或由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，目前HEV所采用的原動(dòng)機(jī)一般為柴油機(jī)、汽油機(jī)和燃汽輪機(jī)?；旌蟿?dòng)力汽車將內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)與蓄電池通過控制系統(tǒng)相組合，電動(dòng)機(jī)可補(bǔ)充提供車輛起步、加速所需的轉(zhuǎn)矩，又可以吸收并存儲(chǔ)內(nèi)燃機(jī)富余的功率和車輛制動(dòng)能量，從而可大幅度降低油耗，減少污染物排放。混合動(dòng)力汽車雖然沒有實(shí)現(xiàn)零排放，但其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等綜合指標(biāo)均能滿足當(dāng)前各國(guó)苛刻的法規(guī)要求，可緩解汽車需求與環(huán)境污染及石油短缺的矛盾。混合動(dòng)力汽車近年來發(fā)展迅速，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化?；旌蟿?dòng)力汽車將至少在30年內(nèi)都是汽車工業(yè)最切實(shí)可行的解決能源和污染問題的途徑1。混合動(dòng)力汽車基本上不改變現(xiàn)有的汽車常見結(jié)構(gòu)，不改變現(xiàn)有能源（石油燃

16、料）的體系，不改變用戶對(duì)汽車的使用習(xí)慣，這也是他能夠迅速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要因素。專家預(yù)測(cè)，在未來十年內(nèi)將可能有40%的燃油汽車實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。從上我們可以看出，混合動(dòng)力汽車的研究和發(fā)展,對(duì)于解決環(huán)境污染和能源危機(jī)這兩個(gè)人類目前面臨的兩大難題能起到相當(dāng)大的作用。集裝箱運(yùn)輸以其方便、安全、快捷的特點(diǎn)已成為貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展重點(diǎn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展，自2003年以來，集裝箱運(yùn)輸每年都以超過10%的幅度增長(zhǎng)，截止2006年1月31日，全球集裝箱船隊(duì)總運(yùn)力已增長(zhǎng)到913萬標(biāo)準(zhǔn)箱。我國(guó)90%以上的外貿(mào)貨運(yùn)要依靠港口實(shí)現(xiàn)，而主要的運(yùn)輸方式就是集裝箱，2006年上半年，我國(guó)主要港口完成集裝箱吞吐量4212.11萬T

17、EU，同比增長(zhǎng)22.4%，并依然保持著較高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。圖11為我國(guó)集裝箱的增長(zhǎng)情況統(tǒng)計(jì)。圖 11 1998-2005年我國(guó)港口集裝箱吞吐量及占世界比隨著集裝箱吞吐量的增長(zhǎng)，碼頭牽引車的需求也同步增長(zhǎng)，與其他汽車相比，碼頭牽引車的運(yùn)行工況有如下特點(diǎn)：1) 速度低 碼頭內(nèi)的速度<30km/h, 在碼頭之間運(yùn)行<40km/h； 2) 不需要爬坡 碼頭內(nèi)部及碼頭之間幾乎沒有坡度；3）怠速時(shí)間長(zhǎng) 多輛拖車排隊(duì)等候裝貨和卸貨期間怠速運(yùn)行（基本不停車），怠速時(shí)間超過50%。由于行駛路況的特殊性，現(xiàn)有碼頭牽引車在工作過程中存在如下問題：1) 運(yùn)行速度低 導(dǎo)致汽車發(fā)動(dòng)機(jī)低效區(qū)，燃油經(jīng)濟(jì)性差，排放高；2

18、) 頻繁起/停 增加了牽引車的排放；3) 長(zhǎng)時(shí)間怠速 燃油利用率低。因此，針對(duì)現(xiàn)有的碼頭牽引車進(jìn)行混合動(dòng)力設(shè)計(jì)，減少排放并提高燃油利用率，對(duì)于建設(shè)節(jié)約型港口，乃至建立節(jié)約型社會(huì)都具有重要意義2。我國(guó)的傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)一直陷于“引進(jìn)、落后、再引進(jìn)、再落后”的怪圈之中。在開發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的問題上，我們不能重蹈覆轍，應(yīng)多開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的部件和產(chǎn)品，尤其是關(guān)鍵部件方面?；旌蟿?dòng)力汽車技術(shù)關(guān)鍵在于動(dòng)力總成技術(shù)、能量分配和管理以及整車控制。本課題通過與中國(guó)集裝箱集團(tuán)、安乃達(dá)電機(jī)有限公司合作，結(jié)合碼頭牽引車輛的實(shí)際行駛特點(diǎn)，對(duì)碼頭牽引混合動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究動(dòng)力系統(tǒng)總成及仿真技術(shù)平臺(tái)；整車能源管理

19、與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能元件的能量管理系統(tǒng)、牽引電機(jī)控制系統(tǒng)；并最終實(shí)現(xiàn)整車混合動(dòng)力系統(tǒng)的工程化和產(chǎn)業(yè)化。實(shí)現(xiàn)上述研究目的，將大幅度提高我國(guó)混合動(dòng)力卡車集成研究水平，從根本上提高我國(guó)混合動(dòng)力整車及關(guān)鍵部件的制造能力，這不僅需要控制算法和關(guān)鍵技術(shù)的重要突破，而且也應(yīng)在算法的綜合運(yùn)用與部件集成優(yōu)化等方面有更多的創(chuàng)新。本課題的研究成果和所取得的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于建設(shè)高水平、高質(zhì)量、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的混合動(dòng)力卡車系統(tǒng)具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也是我國(guó)實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”走向“中國(guó)創(chuàng)造”的唯一途徑。2 混合動(dòng)力汽車的結(jié)構(gòu)分析2.1混合動(dòng)力汽車的主要組成1發(fā)動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力汽車可以廣泛地采用四沖程內(nèi)燃機(jī)（包括汽油機(jī)和柴油機(jī)）

20、、二沖程內(nèi)燃機(jī)（包括汽油機(jī)和柴油機(jī)）、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。一般轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒效率比較高，排放也比較潔凈，采用不同的發(fā)動(dòng)機(jī)就可以組成不同的混合動(dòng)力汽車。2.電動(dòng)機(jī)混合動(dòng)力汽車可以采用直流電動(dòng)機(jī)、交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。隨著混合動(dòng)力汽車的發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)很少采用，多數(shù)采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)應(yīng)用也得到重視，還可以采用特種電動(dòng)機(jī)為混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用不同的電動(dòng)機(jī)還可以組成不同的混合動(dòng)力汽車。3電池混合動(dòng)力汽車還可以采用不同的蓄電池、燃料電池、儲(chǔ)能電池和超級(jí)電容器等作為“電池”，一般電池作為混合動(dòng)力汽車的輔助能源，只有在

21、混合動(dòng)力汽車用電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)輔助驅(qū)動(dòng)時(shí)才使用。2.2混合動(dòng)力汽車的分類目前世界各國(guó)研究開發(fā)的混合動(dòng)力汽車有不同的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的配置和組合方式不同，分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種組合方式，各自的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)如下3。1串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 串聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輔助單元(APU)由原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)組組成，通常將兩個(gè)部件集成為一體。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其電能通過控制器直接輸送到電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)汽車。電池實(shí)際上起平衡原動(dòng)機(jī)輸出功率和電動(dòng)機(jī)輸出功率的作用：當(dāng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率大于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)（如汽車減速滑行、低速行駛和短時(shí)停車等工況），控制器控制發(fā)電機(jī)

22、向電池充電；當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率低于電動(dòng)機(jī)所需的功率時(shí)（如汽車起步、加速、高速行駛、爬坡等工況），電池則向電動(dòng)機(jī)提供額外的電能。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)可使發(fā)動(dòng)機(jī)不受汽車行駛工況的影響，始終在其最佳的工作區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行，因此，可使汽車的油耗和排污降低。串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車特別適合于在市內(nèi)低速運(yùn)行的工況。在繁華的市區(qū)，汽車起步和低速時(shí)還可以關(guān)閉原動(dòng)機(jī)，只利用電池進(jìn)行功率輸出，使汽車達(dá)到零排放的要求。串聯(lián)結(jié)構(gòu)的不足是：發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出需全部轉(zhuǎn)化為電能再變?yōu)轵?qū)動(dòng)汽車的機(jī)械能，由于機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和電池充放電的效率較低，使得燃油能量的利用率比較低。2并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車可有發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng)或各自單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)電

23、動(dòng)機(jī)只是作為輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，功率可以比較小。與串聯(lián)式結(jié)構(gòu)相比，發(fā)動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)汽車，其能量的利用率相對(duì)較高，這使得并聯(lián)式燃油經(jīng)濟(jì)性比串聯(lián)式的高。并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最適合于汽車在城市間公路和高速公路上穩(wěn)定式的工況。由于并聯(lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況要受汽車行駛工況的影響，因此不適合汽車行駛工況變化較多、較大的路況；相比串聯(lián)式，需要變速裝置和動(dòng)力復(fù)合裝置，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。3混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)混聯(lián)式混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（PSHEV）是串聯(lián)式和并聯(lián)式的綜合，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)輸出給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送給電動(dòng)機(jī)或電池，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力

24、復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋?；炻?lián)式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制策略是：在汽車高速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要以串聯(lián)方式工作；當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，則以并聯(lián)工作方式為主。2.3典型混合動(dòng)力卡車結(jié)構(gòu)近年來，能源危機(jī)、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)以關(guān)系到國(guó)家安全和可持續(xù)發(fā)展，為了從根本上解決這些問題，各國(guó)家紛紛著手研究新能源和可替代能源汽車。作為一項(xiàng)嶄新的技術(shù)，混合電動(dòng)汽車通過多能源之間的優(yōu)化組合（一般為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)），以及制動(dòng)能量再生利用，可以在保證汽車性能及行駛里程的前提下，降低排放，節(jié)約能源，又不改變現(xiàn)有汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，因此，在零排放汽車實(shí)用化以前（根據(jù)美國(guó)、加拿大及亞洲一些國(guó)家的情況，預(yù)測(cè)在2030年以前），混合電動(dòng)汽車最有希望取代傳

25、統(tǒng)汽車。在這種情況下，融合了傳統(tǒng)汽車和電動(dòng)汽車優(yōu)點(diǎn)的混合電動(dòng)汽車在世界范圍內(nèi)成為新型汽車開發(fā)的熱點(diǎn)，混合電動(dòng)汽車的研究和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為當(dāng)前電動(dòng)汽車發(fā)展的必然趨勢(shì)?；旌蟿?dòng)力汽車兼有傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，是兩者的完美結(jié)合，其實(shí)質(zhì)是通過部件工況的改善和效率的提高來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)化，而結(jié)合的紐帶就是混合動(dòng)力汽車的整車控制系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力系統(tǒng)有兩個(gè)能量源，同時(shí)具有多種運(yùn)行模式（混合驅(qū)動(dòng)模式、發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式、行駛發(fā)電模式、再生制動(dòng)模式等）。整車控制系統(tǒng)的主要功能是使整車在不同的運(yùn)行模式下切換，對(duì)不同能量源輸出功率進(jìn)行能量管理，以及不同能量源的控制，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，達(dá)到效率、排放和

26、動(dòng)力性的最優(yōu)。與其他汽車相比，牽引車在集裝箱碼頭的運(yùn)行中由于速度低，不需要爬坡及怠速時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低效區(qū)，導(dǎo)致燃油利用率低，排放高等問題。因此，針對(duì)現(xiàn)有的牽引車進(jìn)行混合動(dòng)力設(shè)計(jì)，減少排放并提高燃油利用率，對(duì)于建立環(huán)保節(jié)約型港口，乃至建立環(huán)保節(jié)約型社會(huì)都具有重要意義。上世紀(jì)90年代以來，混合電動(dòng)汽車的開發(fā)得到了歐美及日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，在轎車及卡車等方面都托人了大量的人力財(cái)力進(jìn)行研究，并已取得了一些重大成果和進(jìn)展，混合動(dòng)力技術(shù)在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已日趨成熟，有些已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。在混合動(dòng)力卡車領(lǐng)域，如 Volve、三菱及日產(chǎn)等多家汽車公司先后推出相關(guān)產(chǎn)品。2.3.1 V

27、olvo重型卡車2006年初，VOLVO正式推出一套重車專用混合動(dòng)力系統(tǒng)“I-SAM”，應(yīng)用該系統(tǒng)可減少油耗35%。沃爾沃公司估計(jì)，該車首批將于2009年交貨，預(yù)計(jì)歐洲和北美市場(chǎng)的潛在銷量為23萬輛/年。該混合動(dòng)力系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)兼發(fā)電機(jī)，以及電控單元構(gòu)成（如圖2-1所示）。車輛加速過程由電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)助力加速，因此能夠降低油耗和噪音；另外，由于配備了電動(dòng)機(jī)，可以相對(duì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸，這樣進(jìn)一步降低了整車排放。 圖21 Volvo采用的混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型該車采用一臺(tái)渦輪增壓直噴式柴油機(jī)。柴油機(jī)保持在高效率狀態(tài)下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，向鎳氫動(dòng)力電池組充電。在正常行駛狀態(tài)下該車以電機(jī)

28、驅(qū)動(dòng)起步加速，然后切換到柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)模式；當(dāng)需求轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，整車工作在混合驅(qū)動(dòng)模式；在遇到紅燈或者裝卸貨物等怠速情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。2.3.2 三菱Canter Eco輕型卡車三菱扶?？蛙嚬镜男⌒突旌蟿?dòng)力卡車“Canter Eco Hybrid”于2006年7月5日正式上市，動(dòng)力方面該車采用3.0升DOHC內(nèi)冷式渦輪增壓柴油機(jī)，同時(shí)裝有三菱重工生產(chǎn)額定功率為35kW的永磁電機(jī)及逆變器，其最大輸出扭矩可達(dá)200N·m，這樣就可彌補(bǔ)低速扭矩的不足，傳動(dòng)系統(tǒng)采用AMT變速器（手自一體變速器），離合器布置在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間，電源由日立車輛能源生產(chǎn)的48個(gè)鋰離子電

29、池單元組成（如圖2-2、2-3所示）。 Canter Eco Hybrid通過加裝電機(jī)使發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸相應(yīng)減小，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)與怠速時(shí)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，而達(dá)到省油效果，與原型車相比，最高可使燃油消耗降低20%；在排放方面，Canter Eco Hybrid可顯著降低有害氣體及微粒物質(zhì)的排放，達(dá)到日本最新排放法規(guī)的要求。圖 2-1發(fā)動(dòng)機(jī)與馬達(dá)之間配置離合器圖2- 2 Canter Eco 混合動(dòng)力系統(tǒng)2.3.3 日產(chǎn)小型卡車ATLAS20日產(chǎn)汽車在小型卡車“ATLAS20”中追加了混合動(dòng)力款，并于2006年5月上市。ATLAS是五十鈴以O(shè)EM貼牌方式為日產(chǎn)生產(chǎn)的混合動(dòng)力卡車，原型為五十鈴“ELF”平頭系列

30、輕卡中的一款(如圖2-4所示)。圖2-4 ATLAS20混合動(dòng)力系統(tǒng) 整車動(dòng)力系統(tǒng)為4.8L的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)加額定功率為25.5kw的電動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率為96kW（3000rpm）；發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)裝備在不同的驅(qū)動(dòng)軸上，這樣可以實(shí)現(xiàn)柴油動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；能量存儲(chǔ)系統(tǒng)采用346V鋰離子電池；配套使用PTO（Power Take Off：動(dòng)力輸出裝置）型并聯(lián)混合動(dòng)力復(fù)合裝置4。 3 串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車動(dòng)力裝置參數(shù)的選定3.1初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)和車輛動(dòng)力性分析3.1.1整車參數(shù)整車參數(shù)如表3-1所示：表3-1 整車參數(shù)牽引車總長(zhǎng)（mm）4595牽引車總寬（mm）2464牽引車總高（mm）

31、2819軸距(mm)2794輪距(mm)前輪2020,后輪1820牽引車質(zhì)量(kg)6700拖車質(zhì)量(kg)約8000集裝箱最大質(zhì)量(kg)33000Kg/箱×2箱66000整備質(zhì)量(kg)14700滿載質(zhì)量(kg)80700原車最大行駛速度（Km/h）36-38原車最大爬坡度18%3.1.2輪胎參數(shù)型號(hào)：GOODYEAR 11R22.5 16PR滾動(dòng)半徑：509 mm算式：509 mm其中：F 計(jì)算常數(shù)，子午線輪胎為3.05 d 輪胎的自由直徑3.1.3變速比混合動(dòng)力碼頭車受時(shí)間及成本的限制，改裝后的混合動(dòng)力碼頭牽引車不配置變速箱，傳動(dòng)系的傳動(dòng)比為12.28。3.1.4根據(jù)最高車速

32、確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率由于車輛以最高車速運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率應(yīng)滿足車輛以最高車速運(yùn)行時(shí)的功率需求。對(duì)于串聯(lián)混合動(dòng)力車，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率應(yīng)大體等于，但不小于以最高車速行駛時(shí)行駛阻力功率之和 （3-1） 式中： 驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率，Kw； 傳動(dòng)系的機(jī)械效率，取0.9；f為輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)，貨車輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)與車速的關(guān)系接近于直線，滾動(dòng)阻力系數(shù)的數(shù)值較小，車速對(duì)滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響也不大。本次計(jì)算取0.01；G 汽車重力，Gmg，m 汽車質(zhì)量，滿載時(shí)為80700 Kg；CD空氣阻力系數(shù)，取0.7；A迎風(fēng)面積，7.0； 最高車速，對(duì)于本車初定滿載最高車速為30 Km/h。圖3-

33、1 汽車在水平路面上勻速行駛時(shí)的阻力功率由此可見，車輛滿載時(shí)若最高車速為30 Km/h，則所需功率為75Kw；若最高車速為25 Km/h，則所需功率為62Kw；若最高車速為20 Km/h，則所需功率為50Kw。若車輛空載時(shí)最高車速為40 Km/h，則所需功率為22Kw。本車初定滿載最高車速為30 Km/h，因此所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率應(yīng)為75Kw。3.1.5初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率及其它參數(shù)由于車輛持續(xù)加速時(shí)間較短，所以一般情況下根據(jù)車輛的加速時(shí)間要求來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率。由于本混合動(dòng)力車未有明確的加速時(shí)間要求，故本文只根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇的一般原則和相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率及其它參數(shù)

34、。原車最大車速為30-38 Km/h，改裝成混合動(dòng)力后，設(shè)定空車最大車速為40 Km/h。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)速度與汽車行駛速度的關(guān)系式 （3-2） 電機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm； 輪胎滾動(dòng)半徑，m；ua 汽車行駛速度，km/h； 主傳動(dòng)比?？傻每蛰d最高車速為40 Km/h時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為2560rpm，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可取為2600rpm。 由式（3-2）可得車速與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：圖3-2 車速與驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)圖根據(jù)碼頭牽引車的運(yùn)行工況，其爬坡及加速的時(shí)間較短，因此只要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩及峰值功率滿足爬坡及加速時(shí)間要求即可。電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，稱為電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)。當(dāng)

35、電機(jī)的額定功率及最高轉(zhuǎn)速已定時(shí)，由以下二式可知， （3-3） （3-4） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速（rpm） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（N.m）電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)越大，其額定轉(zhuǎn)矩越大，這樣車輛的加速性能就越好。低速電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)較小，額定轉(zhuǎn)矩高，轉(zhuǎn)子電流大，電機(jī)尺寸和重量較大，內(nèi)在損耗也較大。由于時(shí)間及成本限制，本車不采用變速器，采用低速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。研究表明一般不采用變速器的電動(dòng)汽車其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)，本車取3。由此可得，。由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，本車最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩（傳動(dòng)軸處）為=2000N.m。由于本混合動(dòng)力車運(yùn)行路況幾乎沒有坡度，也未有爬坡度要求，因此暫取=2000N.m，這樣該電機(jī)過載系數(shù)為。驅(qū)動(dòng)

36、電機(jī)A的參數(shù)如表3-2所示：表3-2 串聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)A的參數(shù)類型三相交流異步感應(yīng)電機(jī)控制特性矢量控制，基速以下恒轉(zhuǎn)矩，基速以上恒功率額定功率75kw峰值功率182kw額定轉(zhuǎn)矩826N.m額定轉(zhuǎn)速rpm峰值轉(zhuǎn)矩2000N.m最高轉(zhuǎn)速2600rpm電機(jī)過載系數(shù)2.42電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)3由以上系數(shù)可得該電機(jī)A的外特性曲線如下。圖3-3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩和額定功率曲線圖3-4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率曲線計(jì)算加速能力時(shí)，在水平良好路面上進(jìn)行，因此坡度，由汽車行駛方程可得： （3-5）故： （3-6）由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知： （3-7）式中： 初始速度，從靜止加速因此為0 Km/h； 終了速度，滿載

37、最高速度即30 Km/h； 汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)（>1），本車取1.05。圖3-5 汽車行駛加速度圖3-6 汽車加速時(shí)間由計(jì)算結(jié)果可知，滿載時(shí)車輛0 30Km/h加速時(shí)間為30s，現(xiàn)在還不能判定該驅(qū)動(dòng)電機(jī)能否滿足車輛加速時(shí)間要求，要等到具體加速時(shí)間測(cè)定后經(jīng)比較才能判斷。3.1.6最大爬坡度計(jì)算一般應(yīng)根據(jù)車輛最大爬坡度要求來確定電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩，由于混合動(dòng)力車設(shè)計(jì)指標(biāo)中無爬坡度要求，且碼頭場(chǎng)地內(nèi)道路平坦，幾乎沒有坡度。因此這里不將最大爬坡度作為確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)指標(biāo)，而僅討論一下驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩=2000N.m時(shí)車輛的爬坡性能。對(duì)于傳統(tǒng)的碼頭牽引車而言，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩最大時(shí)，其爬坡

38、能力最強(qiáng)。根據(jù)提供的原車資料，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500 rpm時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩最大，。根據(jù)式（3-2）知，當(dāng)n= 1500 rpm時(shí)，車速= 23.4 Km/h?？紤]到爬大坡時(shí)液力變矩器的渦輪轉(zhuǎn)速應(yīng)低于泵輪轉(zhuǎn)速（即為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速），故車速應(yīng)低于23.4 Km/h，風(fēng)阻可忽略不計(jì)。由式（3-8）、（3-9）知驅(qū)動(dòng)力可表示為。根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，碼頭牽引車的最大牽引力為N，最大爬坡度為，最大載荷為。經(jīng)推算載荷為65000 Kg的車輛爬18%的坡時(shí)，僅其坡度分力就大于該車的最大牽引力。所以其最大爬坡度達(dá)不到18%，其最大爬坡度約為：16.9為能達(dá)到原車的爬坡要求，我們可使改裝后的最大牽引力等于N。由驅(qū)動(dòng)力公式

39、 知，傳動(dòng)軸處的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為。設(shè)液力變矩器和變速箱的綜合效率，傳動(dòng)比為，則有：即 7.2917由變速器1檔速比得此工況下液力變矩器的傳動(dòng)比為2.09，此數(shù)值在重型汽車用液力變矩器的傳動(dòng)比的正常范圍內(nèi)。根據(jù)碼頭牽引車的運(yùn)行工況其爬坡及加速的時(shí)間較短，因此只要驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩及峰值功率滿足爬坡及加速時(shí)間要求即可。根據(jù)汽車的行駛方程式可知： （3-8）可得 （3-9）計(jì)算爬坡度時(shí)，略去(9)式的第4項(xiàng)，這樣爬坡度的計(jì)算公式為 （3-10）帶入?yún)?shù)，計(jì)算得到速度最大爬坡度曲線如圖8所示：圖3-7 車輛爬坡度曲線由圖3-7可見，滿載時(shí)該車最大爬坡度只有4.5，遠(yuǎn)小于原車16.9的爬坡度。3.1.7驅(qū)

40、動(dòng)力 行駛阻力平衡圖和功率平衡圖計(jì)算出混合動(dòng)力碼頭牽引車不同車速下的驅(qū)動(dòng)力和滾動(dòng)阻力風(fēng)阻值，作出該車的驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖如圖3-8所示：圖3-8 驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖計(jì)算出混合動(dòng)力碼頭牽引車不同車速下的驅(qū)動(dòng)功率和滾動(dòng)阻力功率風(fēng)阻功率值，作出該車的汽車功率平衡圖如圖3-9所示：圖3-9 汽車功率平衡圖由圖3-8、圖3-9可知，滿載時(shí)最高車速為30Km/h；半載及空載時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定驅(qū)動(dòng)力和額定功率均能滿足最高車速40Km/h時(shí)的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)功率要求。3.2 電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)和過載系數(shù)對(duì)加速時(shí)間的影響當(dāng)由最高車速確定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率一定時(shí)，影響車輛加速時(shí)間的參數(shù)就是驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)

41、和過載系數(shù)。3.2.1電機(jī)的擴(kuò)大恒功率系數(shù)對(duì)加速時(shí)間的影響電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值，稱為電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率保持恒定即電機(jī)過載系數(shù)一定（）時(shí)，電機(jī)的擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)對(duì)整車加速時(shí)間的影響 （3-11）由式（3-11）可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率不變時(shí)，峰值轉(zhuǎn)矩與電機(jī)恒功率區(qū)系數(shù)呈正比例線性關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)分別取2.5、3、3.5、4、4.5、5時(shí)整車的加速度曲線及加速時(shí)間如下圖所示。圖3-10 不同值時(shí)的汽車行駛加速度圖3-11 不同值時(shí)的汽車加速時(shí)間由圖3-11可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)由2.5變?yōu)?時(shí)，整車加速時(shí)間縮短明顯；由3變?yōu)?.5時(shí)

42、，整車加速時(shí)間縮短較明顯，但不如由2.5變?yōu)?時(shí)顯著；當(dāng)繼續(xù)增加時(shí)，對(duì)整車加速時(shí)間的影響越來越小。由圖3-10的加速度曲線可以解釋這個(gè)變化趨勢(shì)，如圖3-10當(dāng)由2.5升至5時(shí)，雖然整車的最大加速度（對(duì)應(yīng)電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩）在變大，但最大加速度持續(xù)起作用的車速范圍卻在減小，所以整車加速時(shí)間的縮短越來越不明顯。綜合以上分析結(jié)果，認(rèn)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)時(shí)比較合適。3.2.2電機(jī)過載系數(shù)對(duì)整車加速時(shí)間的影響電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)一定（=3）時(shí)，電機(jī)過載系數(shù)對(duì)整車加速時(shí)間的影響 （3-12）由式（3-12）可以看出，當(dāng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)一定時(shí)，峰值轉(zhuǎn)矩與電機(jī)過載系數(shù)呈正比例線性關(guān)系。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載系數(shù)

43、分別取2.42、3、3.5、4、4.5、5時(shí)整車的加速度曲線及加速時(shí)間如下圖所示。圖3-12 不同值時(shí)的汽車行駛加速度圖3-13 不同值時(shí)的汽車加速時(shí)間由圖3-13可以看出，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載系數(shù)由2.42變?yōu)?時(shí)，整車加速時(shí)間縮短明顯；由3變?yōu)?.5時(shí)，整車加速時(shí)間縮短較為明顯；當(dāng)繼續(xù)增加時(shí)，對(duì)整車加速時(shí)間的影響越來越小，而電機(jī)成本也不斷增加。因此出于加速性能及成本的綜合考慮，驅(qū)動(dòng)電機(jī)過載系數(shù)時(shí)比較合適。比較圖3-11和圖3-13可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)和過載系數(shù)以相同的幅度增大時(shí)，加速時(shí)間隨著過載系數(shù)的增大而縮短得更快。這說明取過載系數(shù)較大的驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)于整車加速時(shí)間的縮短更有利。由

44、圖3-10和圖3-12的加速度變化中可以解釋這個(gè)現(xiàn)象，雖然圖3-10和圖3-12中加速度的增大幅度差不多，但圖3-10中隨著加速度的提高，其最大加速度起作用的速度范圍卻越來越?。欢鴪D3-12中隨著加速度的提高，其最大加速度起作用的速度范圍不變。另外，僅電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)增大時(shí)，由式（3-11）知電機(jī)的峰值功率始終保持不變；僅電機(jī)過載系數(shù)增大時(shí)，由式（3-12）知電機(jī)的峰值功率不斷增大。綜合以上分析結(jié)果，從目前來看認(rèn)為取驅(qū)動(dòng)電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)，過載系數(shù)時(shí)比較合適。3.3重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)及車輛動(dòng)力性分析3.3.1重新選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的參數(shù)及其特性曲線電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)，過載系數(shù)時(shí)的參數(shù)

45、及特性曲線如下。表3-3 串聯(lián)混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)B參數(shù)類型三相交流異步感應(yīng)電機(jī)控制特性矢量控制，基速以下恒轉(zhuǎn)矩，基速以上恒功率額定功率75kw峰值功率225kw額定轉(zhuǎn)矩826N.m額定轉(zhuǎn)速rpm峰值轉(zhuǎn)矩2478N.m最高轉(zhuǎn)速2600rpm電機(jī)過載系數(shù)3電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)3圖3-14 驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率曲線驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率曲線見圖3-14，其額定轉(zhuǎn)矩和額定功率曲線見圖3-3。3.3.2選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的車輛動(dòng)力性分析1.最高車速 如前所述，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)A和驅(qū)動(dòng)電機(jī)B的額定功率相同，故其最高車速也相同。2.加速時(shí)間由圖3-13中“系數(shù)為3時(shí)的加速時(shí)間”曲線可以知，車輛0 30

46、 Km/h加速時(shí)間為22.5s；而由圖3-6可知，選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)A時(shí)車輛0 30 Km/h加速時(shí)間為30s?？梢娺x用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B后車輛的加速時(shí)間大大縮短，加速性能明顯提高。3.最大爬坡度 選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B后整車最大爬坡度曲線如圖3-15所示。圖3-15 車輛爬坡度曲線由圖3-15可見，滿載時(shí)車輛最大爬坡度5.8，比選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)A時(shí)的4.5有所提高。4.驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖和功率平衡圖選取驅(qū)動(dòng)電機(jī)B后整車驅(qū)動(dòng)力 行駛阻力平衡圖和功率平衡圖分別為圖3-16、3-17。圖3-16 驅(qū)動(dòng)力行駛阻力平衡圖圖3-17 汽車功率平衡圖比較圖3-16與圖3-8，可以看出選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B后車輛用來加速和爬坡的驅(qū)動(dòng)力（

47、圖中峰值驅(qū)動(dòng)力和滾動(dòng)阻力與風(fēng)阻之和的差值）大大增大。比較圖3-17與圖3-9，可以看出選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)B后增大了車輛的后備驅(qū)動(dòng)功率（圖中峰值功率和滾動(dòng)阻力功率與風(fēng)阻功率之和的差值），即用來加速和爬坡的功率大大增大。3.4初步選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率發(fā)動(dòng)機(jī)功率的選擇主要取決于車輛所需驅(qū)動(dòng)功率的分布情況，以及電動(dòng)機(jī)及其控制器效率、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)及其控制器的效率。車輛所需驅(qū)動(dòng)功率的分布情況可以通過實(shí)測(cè)車輛傳動(dòng)軸處的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩值計(jì)算得到，也可通過測(cè)量車輛運(yùn)行的時(shí)間速度工況，然后再通過動(dòng)力性計(jì)算仿真得到。如果車輛以最高車速運(yùn)行的比例很少，則可考慮此時(shí)除了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組向驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能外，電池也可以參與放電，提供部分

48、電能。這樣可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，降低油耗。由于時(shí)間、設(shè)備關(guān)系，現(xiàn)在無法進(jìn)行以上工作，只有通過最高車速的功率需求來估算發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。為了保險(xiǎn)起見，初定車輛以最高速度30Km/h運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)單獨(dú)提供，按此原則初步選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率： （3-13）式中：電動(dòng)機(jī)及其控制器的平均效率，取85；發(fā)電機(jī)及其控制器的平均效率，取85； 空調(diào)及附件功率，約為7-10Kw左右初步估計(jì)，車輛滿載時(shí)以最高速度30Km/h運(yùn)行的情況比較少，因此此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可滿負(fù)荷運(yùn)行。由式（3-13）得發(fā)動(dòng)機(jī)功率。103.8 Kw（初步選擇發(fā)電機(jī)最大功率103.8Kw，可選為105 Kw。）4 串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭

49、車總成控制策略4.1控制系統(tǒng)的功能1使混合動(dòng)力碼頭車的動(dòng)力性能能夠達(dá)到或接近現(xiàn)代碼頭牽引車的水平，逐步實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力碼頭牽引車的實(shí)用化。2最大限度地發(fā)揮了電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔助作用，使混合動(dòng)力碼頭車的燃油消耗量盡量降低，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能化。3.在環(huán)保方面，達(dá)到“超低污染”的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。4.在混合動(dòng)力汽車上實(shí)現(xiàn)多能源動(dòng)力控制，混合動(dòng)力碼頭車關(guān)鍵的控制技術(shù)，是對(duì)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和對(duì)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙重控制。發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行最有效的組合和實(shí)現(xiàn)最佳匹配，發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都能具有高效率，能夠回收再生制動(dòng)能量，延長(zhǎng)混合動(dòng)力碼頭車的行駛里程，改進(jìn)混合動(dòng)力碼頭車的節(jié)能性。5.在操縱裝置和

50、操縱方法上繼承或沿用內(nèi)燃機(jī)汽車主要的操縱方式和操縱方法，適應(yīng)駕駛員的操作習(xí)慣，使操作簡(jiǎn)單化和規(guī)范化。在整車控制系統(tǒng)中，采用全自動(dòng)、機(jī)電一體化控制系統(tǒng)，達(dá)到安全、可靠、節(jié)能、環(huán)保和靈活的目的。6.混合動(dòng)力碼頭車的底盤、車身附件和電子、電氣設(shè)備等應(yīng)盡可能配備現(xiàn)代技術(shù)設(shè)備，要求混合動(dòng)力汽車達(dá)到或接近內(nèi)燃機(jī)汽車所具有的水平。4.2控制系統(tǒng)的組成混合動(dòng)力汽車一般是內(nèi)燃機(jī)汽車的替代和延伸，繼承和沿用了很大一部分內(nèi)燃機(jī)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)，保留了人們已經(jīng)習(xí)慣的內(nèi)燃機(jī)汽車的操縱裝置，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置加速踏板（控制發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門和電動(dòng)機(jī)）、制動(dòng)踏板（控制制動(dòng)反饋和機(jī)械式ABS制動(dòng)）、離合器、制動(dòng)離合器、變速器的操縱

51、裝置等。由于這些操縱裝置發(fā)出控制信號(hào)，通過以計(jì)算機(jī)CPU為核心的中央控制器和各種控制模塊，向內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出單獨(dú)驅(qū)動(dòng)指令或混合驅(qū)動(dòng)指令，來獲得不同的驅(qū)動(dòng)模式按照駕駛員的意圖，實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力汽車的啟動(dòng)、行駛、加速、爬坡、減速、怠速和制動(dòng)時(shí)的驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換的控制?；旌蟿?dòng)力汽車控制系統(tǒng)的基本組成：（1）能源管理控制系統(tǒng)：由操縱裝置、中央控制器和各種控制模塊共同組成。（2）發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。（3）電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。（4）信號(hào)反饋及檢測(cè)裝置：包括各電量檢測(cè)裝置（電壓表、電流表等）、顯示裝置和自診斷系統(tǒng)等。串聯(lián)式混

52、合動(dòng)力碼頭牽引車動(dòng)力系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)是由動(dòng)力電池組、電流轉(zhuǎn)換器（逆變器）、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)組和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以及一些電器和線路共同組成。因此混合動(dòng)力碼頭牽引車的關(guān)鍵是對(duì)動(dòng)力電池組、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制或智能控制。1.多能源動(dòng)力管理系統(tǒng)在串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭牽引車運(yùn)行時(shí)時(shí)，中央控制器的多能源動(dòng)力總成管理模塊，對(duì)動(dòng)力電池組的充、放電，動(dòng)力電池組中每個(gè)電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和檢查。鎳氫電池組由中央控制器中的電池管理模塊進(jìn)行控制，當(dāng)動(dòng)力電池組的電能下降到40%時(shí)，立即自動(dòng)啟動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，并使動(dòng)力電池組恢復(fù)到50%的充電狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)采取啟動(dòng)關(guān)閉的控制方式控制柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最

53、佳效率范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，由于碼頭車上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比較低，而且是平穩(wěn)地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，在排氣系統(tǒng)中采用了三元催化劑，對(duì)排放氣體進(jìn)行凈化處理，有害氣體排放量大大減少，噪音也有所降低，動(dòng)力性能好等特點(diǎn)。2操縱系統(tǒng)當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，加速踏板行程量轉(zhuǎn)換為電能信號(hào)輸入中央控制器，經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算并通過多能源動(dòng)力總成控制模塊，向碼頭車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令。根據(jù)車輛的狀態(tài)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或關(guān)閉，并根據(jù)電池管理系統(tǒng)模塊反饋的信息，指令柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，補(bǔ)充動(dòng)力電池組的電量等。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板行程量轉(zhuǎn)換為電能信號(hào)輸入中央控制器，經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算并通過多能源動(dòng)力總成控制模塊，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)，回收再生制動(dòng)

54、反饋的能量。3.電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)在串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭牽引車上對(duì)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的目標(biāo)，是貫徹保證車輛的安全、節(jié)能、環(huán)保和通信等方面原則，對(duì)碼頭車的動(dòng)力系統(tǒng)、車身、底盤和車載電子、電氣設(shè)備進(jìn)行全方位的自動(dòng)控制。因此對(duì)混合動(dòng)力碼頭車智能化控制與智能汽車通用，但串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭車的特點(diǎn)，就在于動(dòng)力系統(tǒng)與內(nèi)燃機(jī)汽車動(dòng)力系統(tǒng)有本質(zhì)的區(qū)別。在混合動(dòng)力碼頭車上是采用電源電源轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，是屬于電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)范疇，因此，對(duì)混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制和智能控制的研究，是混合動(dòng)力汽車的關(guān)鍵技術(shù)。串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭牽引車采用三相交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)槿嘟涣鳟惒礁袘?yīng)電動(dòng)機(jī)不能直接使用直流電源，另外，三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有非線性輸出的特性。因此，在采用三相異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要應(yīng)用逆變器中的功率半導(dǎo)體交換器件。串聯(lián)式混合動(dòng)力碼頭牽引車采用矢量控制變頻器，它的原理是將交流電機(jī)定子電流矢量，按矢量交換規(guī)律由三相變?yōu)閮上?，在控制中同時(shí)對(duì)定子電流的幅值和相位進(jìn)行控制，也就是對(duì)定子電流矢量的控制。矢量控制方式可以對(duì)交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行高性能的控制，采用矢量控制方式不僅使交流電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍內(nèi)可以達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)的水平，而且可以控制交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。矢量控制方式一般需要準(zhǔn)確地