外文翻譯---混合動力電動汽車機械和再生制動的整合-汽車設(shè)計-資料下載頁

【導讀】monthslater[35].

　　

【正文】 隨其后也在北美進行發(fā)行。 混合動力電動車具有再生制動系統(tǒng)的獨特優(yōu)勢。在制動過程，通常用于動力輸出的電動馬達，可以起到發(fā)電機的功用，把汽車的動能轉(zhuǎn)化為蓄電池的電能，而不會轉(zhuǎn)化為熱能浪費掉。 轉(zhuǎn)換的電能可以儲存到蓄電池中，然后可以作為電動馬達驅(qū)動汽車使用的能量。 考慮到蓄電池能量密度時，動能轉(zhuǎn)換為電能這個過程就更加重要了。能量密度是指單位體積或質(zhì)量下能量儲存系統(tǒng)所儲存的能量。為了說明這一點，我們可以做個對比， 公升的汽油通常可以維持一輛汽車行駛 50 千米。而要把相同的能量儲存到蓄電池中，則需要 一個質(zhì)量約為 270 千克的鉛酸蓄電池。這就說明 了在汽車行駛過程中能夠有效地儲存再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生的能量的重要性，從而可以保證在提高混合動力電能車性能的前提下，不至使能量儲存系統(tǒng)所占體積過大。 再生制動系統(tǒng)研究范圍 本文 所提出的再生系統(tǒng)的研究范圍是 研究再生制動系統(tǒng)和機械制動系統(tǒng)之間相互作用的關(guān)系，目的是設(shè)計開發(fā)出一個低成本的再生制動系統(tǒng)，從而可以應(yīng)用到未來經(jīng)濟型的混合動力電動汽車上。這個系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的需要進而控制再生制動系統(tǒng)和機械制動系統(tǒng)產(chǎn)生的制動力矩的結(jié)合，還應(yīng)該保證這個過程的平順性和安全性。 再生制動力矩是通過使用的異步電動機的矢量控制算法進行控制的。但是，獨立地控制制動踏板產(chǎn)生的機械制動力矩，同時又要保持機械制動系在再生制動系統(tǒng)失效后起到備用作用，這是一個很大的難題。為了解決這個問題，需要研究一個通過減少制動主缸內(nèi)制動液壓來來控制機械制動系統(tǒng)產(chǎn)生的制動力矩的制動系統(tǒng)。 混合電動汽車概述 混合動力 電動車已經(jīng)成為了可以在短時間內(nèi)減少汽車污染排放和提高燃油經(jīng)濟型 的解決方法之一。在過去的 10 年幾乎所有的主要汽車公司都已經(jīng)向公眾發(fā)行銷售自己的混合動力電動汽車， 混合動力電動汽車的普及和銷售在這個世紀有了很明顯的增長，隨著不可預測的汽油價格的增長和對環(huán)境保護的關(guān)注，混合動力電動汽車的銷售將在最近幾年內(nèi)急劇增長。 12 混合動力裝置 在過去 100 年來混合動力的研究目標是 延長電動汽車的使用壽命，解決蓄電池的長期充電問題。在目前市場，現(xiàn)在主要有三種混合動力裝置，這些混合動力裝置為串聯(lián)混合動力，并聯(lián)混合動力，串并聯(lián)混合動力。每一種動力裝置都有其優(yōu)點和缺點，這將在以后的章節(jié)進行討論。 串聯(lián)混合動力 串聯(lián)混 合 動力汽車使用發(fā)動機輸出的動力來驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，這些電能可以儲存在蓄電池中，也可以用來驅(qū)動電動馬達來驅(qū)動汽車。在串聯(lián)混合動力汽車上，發(fā)動機和驅(qū)動輪之間沒有直接的機械連接，串聯(lián)混合動力往往在高功率系統(tǒng)中使用，如大型貨車或火車，也可以應(yīng)用到低功率的客運車輛上。 發(fā)動機輸出的機械能和蓄電池輸出的電能可以通過電子控制器進行控制接合，然后這個電子控制器通過比較駕駛員所需的動力和汽車車速，電動馬達輸出的轉(zhuǎn)矩，從而決定每個動力源驅(qū)動汽車行駛所要輸出的能量。在制動過程中，這個電子控制裝置可以使電能輸出模式轉(zhuǎn)換為再生模式， 直接把再生制動系統(tǒng)產(chǎn)生的電能儲存在蓄電池內(nèi)。 按照這種布置方式進行設(shè)計有很多的優(yōu)點。發(fā)動機可以保持高效率的運行，使發(fā)動機產(chǎn)生的電能在蓄電池和驅(qū)動馬達之間得到分配。發(fā)動機在其最高效率的工況下運行，排放可以大大降低，燃燒每體積的燃料可以產(chǎn)生更多的電能。因為串聯(lián)動力裝置結(jié)構(gòu)簡單且成本低，這種動力裝置很容在汽車上落實。 并聯(lián) 混合動力 在并聯(lián)混合動力汽車中，發(fā)動機輸出的機械功傳到變速箱中。發(fā)動機輸出的機械功和電動馬達輸出的功在變速箱內(nèi)進行機械式的接合，混合的機械功用于驅(qū)動汽車行駛。在這種混合動力裝置結(jié)構(gòu)中，發(fā)動機和驅(qū) 動輪之間有直接的機械連接。 在串聯(lián)混合動力裝置中， 電子控制器通過比較駕駛員所需的動力和汽車車速，電動馬達輸出的轉(zhuǎn)矩，從而決定每個動力源驅(qū)動汽車行駛所要輸出的能量 ，以滿足汽車行駛性能，獲得最佳的效率。正如串聯(lián)混合裝置一樣，并聯(lián)混合動力也以相似的方法控制再生制動。并聯(lián)混合動力裝置通常應(yīng)用到低功率的電動車中，這兩種驅(qū)動力可以同時使用，提供更高的行駛性能。 與串聯(lián)混合動力系統(tǒng)相比，并聯(lián)混合動力系統(tǒng)有很多優(yōu)勢 。其中最重要的一項優(yōu)勢是效率高，因為在并聯(lián)混合動力中，電能和機械能只需轉(zhuǎn)換一次，而在串聯(lián)混合動力中，電能和機械能 需要兩次轉(zhuǎn)換。由于并聯(lián)混合動力可以使發(fā)動機和 13 電動馬大產(chǎn)生的動力同時結(jié)合起來，在不損失汽車行駛性能的前提下，可以使用體積小的電動馬達，同時也降低了油耗和排放。最后，并聯(lián)混合動力汽車在行駛過程中只需使發(fā)動機運行，而不需要另一個發(fā)電機為蓄電池充電。 串、并聯(lián)混合動力 串并聯(lián)混合動力裝置結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)動力裝置的特點。這種混合方式汽車通過使用動力分配裝置來控制雙動力 源（電動馬達輸出動力，發(fā)動機輸出動力或者兩者同時輸出）驅(qū)動汽車行駛。雖然這種裝置形式可以獲得串聯(lián)混合動力裝置和并聯(lián)混合動力裝置的優(yōu)點，因為考慮到汽車實際 行駛可能性，這種裝置的控制算法會變得非常復雜。 混合度 現(xiàn)在道路上行駛的混合動力電動汽車大多是串聯(lián)混合動力，并聯(lián)混合動力，或者串并聯(lián)混合動力，因此定義一個‘混合度’變量來評價混合動力電動汽車的電能潛能是非常有意義的。 iceememPP PDOH ?? 混合度變從傳統(tǒng)車輛（ DOH=0）到所有電動車（ DOH=1）之間變化，隨著混合度的增加，在汽車上可以使用一個比較小的發(fā)動機，同時發(fā)動機可以在最接近最佳效率的工況下運行很長的時間，這樣就可以減少燃油的消耗和廢氣的排放。 電動馬達輸出的功用 emP 表示，發(fā)動機輸出的功用 iceP 表示。 微混合 動力 微混合指的是最小混合度 ，通常是由一個連接到發(fā)動機曲軸的綜合起動 發(fā)電機 組成 。在加速和怠速過程中，綜合起動發(fā)電機使發(fā)動機處于關(guān)閉狀態(tài)，從而節(jié)約燃油。加速時，在燃油噴入汽缸之前，綜合起動發(fā)電機使發(fā)動機的曲軸加速旋轉(zhuǎn)。在加速過程中，綜合起動發(fā)電機對發(fā)動機起動協(xié)助的作用，在制動過程中，綜合起動發(fā)電機還可以作為發(fā)電機向蓄電池充電。和非混合動力汽車相比，微混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性可以提高 10%左右。 輕混合動力 輕混合動力和微混合動力結(jié)構(gòu)相似，有一點不同的是其綜合起動發(fā)電機是經(jīng)過改進的，其輸出的動力可以超過 20KW。但是，輕混合動力的能量儲存系統(tǒng)只能儲存 1KWh 左右的能量。輕混合動力汽車只有一個很短的純電動續(xù)航能力 ，但是可以在加速過程中給發(fā)動機提供很大的輔助作用。輕混合動力中的電子元件要 14 比微混合動力中的電子元件復雜的多，且在汽車行駛過程中發(fā)揮著更大的作用。和非混合動力的汽車相比，輕混合動力汽車的燃油經(jīng)濟性可以提高 20%25%左右。 全混合動力 在全混合動力汽車上不再使用綜合起動發(fā)電機，取代它的 是一個獨立的電動馬達和交流發(fā)電機、起動機，這些裝置也可以起到綜合起動發(fā)電機的作用。電動馬達可以獨立驅(qū)動汽車行駛，尤其是在城市 道路上 （走走停停） 的行駛。能量儲存系統(tǒng)也得到了改進，這樣就提高了汽車純電動續(xù)航能力，減少了發(fā)動機的體積，從而提高燃油經(jīng)濟性和減少排放。與非混合動力汽車相比，全混合動力汽車的燃油消耗量可以減少 40%50%。 插電式混合動力 插電式混合動力汽車在結(jié)構(gòu)上和全混合動力汽車相似，不同的是插電式混合動力汽車有一個比較大的能量儲存系統(tǒng)，可以通過與外部電源連接進行充電 。在蓄電池儲存能量范圍內(nèi)，可以通 過電動馬達來驅(qū)動汽車行駛，但是當蓄電池的能量降到一定水平后，其運行形勢就和全混合動力一樣了。 再生制動原理 混合動力電動汽車最重要的特點是可以回收大量的制動能量。在制動過程中，電動馬達可以作為發(fā)電機來運行操作，將制動過程中的動能轉(zhuǎn)換為電能儲存到蓄電池中 ，這些電能就可以被汽車重復使用。但是，車輛的制動性能就將影響到汽車的安全性。在緊急制動狀態(tài)下，汽車的制動距離要盡可能的短，還要保證制動時汽車有較好的方向穩(wěn)定性。汽車具有較好的方向穩(wěn)定性，就需要控制車輪的制動力分配。 一般來說，制動時所需的制動力矩比電 動馬達產(chǎn)生的制動力矩大得多。因此，機械制動系統(tǒng)需要和電子再生制動系統(tǒng)同時存在，這就需要適當?shù)脑O(shè)計以保證 制動時的操作穩(wěn)定性，不至于影響到汽車的安全性。 制動時能量消耗 由公式 可得，一個質(zhì)量為 1500Kg的汽車以 100km/h初速度制動到完全停止，需要消耗 的動能。 221mvE? 如果這些能量的 25%可以通過再生制動系統(tǒng)進行回收，當忽略制動和加速過程中的空氣阻力，機械摩擦和滾動阻力，假設(shè)電動馬達的工作效率 100%，利用 15 公式可以估算出，這些能量可以使汽車從 0km/h 加 速到 50km/，當汽車行駛在城市道路上，汽車不停加速和制動，混合動力電動車的燃油經(jīng)濟性可以大大增加。 需要注意的是 ，制動能量的回收量受到馬達的型號和能量轉(zhuǎn)換率的限制。 再生制動系統(tǒng) 目前，通常使用的有兩種再生制動方法。這些方法通常稱為串聯(lián)再生制動和并聯(lián)制動，每種 制動策略都有其優(yōu)點和缺點，本文對此將進行具體討論。 并聯(lián)再生制動 在并聯(lián)再生制動系統(tǒng)中，電動馬達和機械制動系統(tǒng)同時工作，從而使汽車減速。 因為機械制動系統(tǒng)不能獨立的控制制動力，使制動時的能量轉(zhuǎn)換為熱能而不是電能，因此這不是最有效地再 生制動方法。但是并聯(lián)再生制動結(jié)構(gòu)簡單成本低，這就成為其一大優(yōu)勢。并聯(lián)再生制動的機械制動系統(tǒng)只需要稍加修改， 而且電動馬達的控制算法也可以很容易在汽車上實現(xiàn)。這種制動方法還有一個額外的優(yōu)勢，當再生制動系統(tǒng)發(fā)生故障時，機械制動系統(tǒng)可以起到備用的作用。 串聯(lián)再生制動 在串聯(lián)再生制動中，電動馬達只有在制動時才起作用。只有當電動馬達和能量儲存系統(tǒng)無法接受更多制動時所需的能量 時，再生制動系統(tǒng)才起作用。串聯(lián)再生制動需要獨立的控制制動力矩，串聯(lián)再生制動可以高效率的把動能轉(zhuǎn)換為電能，這是其一項優(yōu)勢。但是它的不足之處在于，制動系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，成本高。這種制動方式需要制動踏板模擬器，制動系統(tǒng)也需要 重新設(shè)計，這都會增加其制造成本。因為制動系統(tǒng)需要裝有傳感器和信息處理器，這就會增加了結(jié)構(gòu)的復雜度。 目前的再生制動系統(tǒng) 目前大多數(shù)混合動力電動汽車的再生制動系統(tǒng)都是比較昂貴的電液制動系統(tǒng)。再生制動系統(tǒng)使用制動踏板模擬器來建立駕駛者的制動需求，這個制動踏板模擬器與液壓制動電路獨立分開。這樣 再 將制動需求按照一定比例 轉(zhuǎn)換為再生制動和機械制動需求，然后將機械制動需求發(fā)送到由高壓液壓泵，蓄能器和比例控制閥的系統(tǒng)。比例控制閥根據(jù)制動需求，控制制 動液以一定的預定值流到每個車輪的 制動 輪 缸中。