奔驰S400 HYBRID混合动力——新技术剖析（四）

三、发动机系统Atkinson循环 S400 HYBRID在重新设计采用自适应气门正时的272发动机的过程巾，研发工程师利用了Atkinson（阿特金森）循环，而Atkinson循环发动机在低转速小负荷时性能较差，但混合动力汽车在低速小负荷时采用电动机驱动避开性能不好的工况，使其在中间负荷区域发挥优势。     

基于Atkinson循环的混合动力汽车用发动机探讨

Atkinson循环发动机在低速小负荷时性能较差,但混合动力汽车在低速小负荷时采用电动机驱动避开其性能不好的工况范围,使其在中间负荷区域充分发挥优势。Atkinson循环利用进气门晚关控制负荷,减少了泵气损失和压缩功,可以更大程度地将热能转换为机械能,提高发动机热效率,从而降低燃油消耗;实际压缩比的降低使缸内燃烧温度降低,有利于改善NOX排放。采用Atkinson循环能提高整车的燃油经济性和排放性能。     

并联混合动力汽车模糊控制策略设计与仿真

利用模糊逻辑控制技术,设计出一种能够实现需求转矩在发动机和电机之间最优分配的模糊逻辑控制策略。在仿真软件Advisor下。分别进行同种道路循环工况下不同控制策略的仿真和同种控制策略在不同道路循环工况下的仿真。仿真结果表明,模糊逻辑控制策略比电动辅助控制策略更进一步提高了并联混合动力汽车的燃油经济性能、排放性能。具有良好的自适应能力和鲁棒性。     

基于工况分析的混合动力系统设计

通过对上海典型城市工况循环的构建与分析得到了目标车型的基本行驶参数,并分析了加减速过程中整车能量消耗、功率消耗的分布情况。对该车混合动力系统控制策略进行了优化,并在ECE+EUDC联合工况下分别以混合动力模式和传统车模式进行了仿真对比。结果表明,以混合动力模式运行时,整车能够及时跟踪期望车速,并且能按预期目标实现发动机托动、怠速停机、加速助力和制动能量回收功能;该动力系统方案下混合动力运行模式比传统运行模式燃油经济性提高12%以上。     

不同运行模式及测试循环下重型混合动力汽车排放特性试验研究

以一台重型混合动力自卸车为研究对象，采用底盘测功机和便携式排放测试系统（PEMS）开展了不同运行模式（纯发动机模式和混合动力模式）和不同测试循环（C-WTVC和CHTC）下车辆排放特性试验研究，结合工况特征参数分析了车辆的排放表现。结果表明：相同的测试循环时，试验车辆混合动力模式下NOx排放量较纯发动机模式高，而CO排放量较纯发动机模式低；相同的运行模式时，纯发动机模式下，CHTC工况NOx排放量较C-WTVC工况高，而混合动力模式下，C-WTVC工况NOx排放量较CHTC工况高，纯发动机模式下，CO排放集中于低速小负荷工况，而混合动力模式下，CO排放集中于高速大负荷工况。     

Atkinson循环发动机性能改进研究

本文中利用理论计算、结构及参数改进和试验标定相结合的方法,将某自然吸气Otto循环汽油机改为Atkinson循环混合动力发动机。首先通过减少活塞顶部凹坑容积将压缩比从10.5提高到13以克服Atkinson循环中由于进气门晚关所带来的有效压缩比的降低;然后利用AVL Excite Timing Drive软件重新设计了满足Atkinson循环要求的进、排气凸轮型线;最后通过发动机台架试验标定了Atkinson循环发动机万有特性下的过量空气系数、配气相位和点火正时等参数。试验结果表明:在保证动力性满足要求的前提下,改型后Atkinson循环发动机的燃油消耗率在整体上比原Otto循环发动机低得多,尤其在中低转速中大负荷时。另外,改型后Atkinson循环发动机的低油耗区域范围比原Otto循环发动机大得多,且低油耗区向低转速和较小负荷区域移动。改型后的Atkinson循环发动机最低燃油消耗率由原来的250g/(kW·h)降低到234.5g/(kW·h),达到了目标要求。     

增程式混合动力汽车能量管理策略研究

文章对增程式混合动力汽车的工作模式进行了分析,并根据其运行模式,利用AMESIM软件搭建了增程式混合动力汽车的仿真模型。以在整个NEDC循环工况运行范围内电池的SOC基本不变的前提下尽量减少燃油消耗量为目标,对控制策略进行了仿真研究。研究结果表明,在较低速段采用纯电驱动,在较高速段进行充电,并将发动机工作点控制在其最佳油耗点附近,能够有效的改善整车的燃油经济性。     

采用CVT的四轮驱动混合动力车传动系统控制策略的研究

为了改善SUV汽车的燃油经济性和动力性,提出了一种采用CVT的四轮驱动复合式混合动力汽车的结构;根据该混合动力汽车发动机试验数据,对其运行模式与模式切换离合器控制策略进行了系统分析;同时对混合动力CVT的夹紧力与速比控制进行了深入研究,并以整车燃油经济性为控制目标,提出了复合式混合动力车不同工况下的速比和夹紧力控制策略;最后通过台架试验验证了传动系统控制策略的有效性.     

Atkinson循环发动机紧凑型燃烧系统研究

基于Atkinson理论循环建立混合动力汽油机的性能仿真模型,确定出合适的压缩比与配气正时。分别采用增加活塞顶面凸起高度(上凸型燃烧室)和减小缸盖上燃烧室高度的方式来满足Atkinson循环汽油机对压缩比的要求。同时为适应紧凑结构减小气门升程、直径(紧凑型燃烧室)。通过三维CFD计算分析,比较了两种燃烧室缸内燃烧及流动特性,发现紧凑型燃烧室能够在火核形成及扩散时期在缸内产生更高的湍动能,有利于加快火焰传播,使燃烧持续期缩短9.8%~24.4%,可显著提高燃油经济性。在混合动力用Atkinson循环发动机开发中使用紧凑型燃烧室,具有重要的应用价值。     

插电式串联混合动力汽车发动机起停控制策略的优化

利用AVL-CRUISE软件对某插电式串联混合动力汽车进行整车建模与仿真,并在不同的行驶循环工况和车辆行驶里程下优化发动机的起停控制策略。结果表明:根据不同的行驶循环工况和行驶里程来修正发动机起停时刻的SOC值,可以有效缩短发动机的运行时间,从而降低油耗和能量损失。该方法也可为增程型电动汽车发动机的起动控制提供参考。     

基于阿特金森循环的电动汽车增程器开发

增程式车用发动机更加关注电驱动车辆行驶工况下,电机驱动功率-道路行驶阻力功率平衡状态时的发动机燃油经济性.基于这种特点,开发了一种增程式电动车辆专用发动机,发动机工作循环采用基于阿特金森循环的高膨胀比设计,发动机可以提供额定35 kW的发电功率输出.匹配车辆后,对比同等动力水平下的传统奥托循环发动机与阿特金森循环增程器...     

基于遗传算法系统效率优化的PHEV电量保持模式控制策略

为了提高插电式混合动力汽车（PHEV）在电量保持下的燃油经济性,并解决插电式混合动力汽车在运行过程中动力元件效率对系统能量利用率影响的问题,制定了系统效率最优的控制策略。以PHEV关键动力部件的测试数据为基础,建立发动机、驱动电机、无级变速器（CVT）以及动力电池等关键部件的效率数值模型,并考虑了温度及荷电状态（SOC）对动力电池充放电功率的影响。设计以混合动力系统效率最优为适应度评价函数,将CVT速比、发动机转矩作为优化变量,以车速、加速度和SOC为状态变量,在动力性指标的约束下,运用遗传算法进行迭代寻优,PHEV的系统效率在第20代左右收敛于全局最优值。同时发动机转矩和CVT速比通过多代遗传进化,较快收敛于最佳值。将相关优化结果与车速、加速度拟合成相应的三维控制数表,综合数值建模和试验测试数据建模的方法,基于MATLAB/Simulink搭建插电式混合动力汽车整车控制策略仿真模型,采用新欧洲行驶循环工况进行仿真验证。结果表明：插电式混合动力汽车在电量保持模式下,利用遗传算法优化的系统效率最优控制策略相比优化前,动力电池SOC运行更为平稳,CVT效率有所提升,驱动电机及发动机转矩分配更为合理;百公里燃油消耗量从优化前的5.2 L降至4.5 L,燃油经济性提升了13.5%。     

PHEV发动机驱动工况效率耦合分析与优化控制

单轴并联式混合动力系统（Parallel Hybrid Electric Vehicle，PHEV）包括电池、驱动电机、发动机、自动变速器等多个关键部件。各部件效率特性存在相互耦合的关系，要实现系统整体效率最优，需要辨明影响系统效率的控制参数，并对系统整体效率最优的控制参数进行优化。以装备无级变速器（Continuously Variable Transmission，CVT）的PHEV为研究对象，首先对系统各关键部件的效率特性进行分析，建立各关键部件效率模型，明确各部件效率与控制参数、状态参数之间的关系。在此基础上，对发动机单独驱动模式下动力传递路径中不同部件的效率耦合关系进行分析，推导出系统燃油消耗量与动力系统各状态参数、控制参数之间的函数关系。根据分析结果，选取车辆需求功率及车速为状态参数，变速器速比及发动机转矩为控制参数，以系统燃油消耗量最小为目标建立优化目标函数和约束条件，对系统优化问题进行定义。根据优化问题的特点，设计基于模拟退火的优化算法对优化问题进行求解，获取系统燃油消耗率最小时变速器目标速比和发动机目标转矩随状态参数的变化关系。建立系统仿真模型对所述优化算法进行仿真分析，并搭建混合动力试验台对优化结果进行试验验证。结果表明：无级变速器效率对系统整体效率影响较大，采用优化控制规律使发动机效率有所降低，但无级变速器效率升高更大，系统整体效率升高；在功率需求一定的循环工况下，优化控制算法比传统上仅以发动机效率最高为目标的控制算法节油1%~2%。     

基于增益功率燃油系数的HEV能量管理策略

为了优化等效燃油最小能量管理策略的节油效果，以适用于工程批量应用为导向，制定基于增益功率燃油系数的混合动力汽车(HEV)能量管理策略。基于瞬时优化原理，提出基于增益功率燃油系数的工作模式决策机制，根据电机发电或电动引起的发动机功率与燃油消耗率的变化关系，分别给出电机充电和放电模式下增益功率燃油系数的计算方法。考虑发动机扭矩瞬态快速变化对油耗的影响和电机及电池包充放电效率特性，提出发动机高效区域扭矩滞回控制方法，建立基于增益功率燃油系数的能量管理策略算法架构。基于MATLAB/Simulink搭建控制策略软件模型，通过转鼓试验台进行实车试验验证。研究结果表明：相对于等效燃油最小能量管理策略，基于增益功率燃油系数的能量管理策略提升了节油率和舒适性，在全球轻型汽车测试循环(WLTC)工况下的百公里油耗降低了约4.8%，发动机的启停次数降低了约53%；相对于有效燃油消耗率(BSFC)最优工作点控制方法，发动机高效区域滞回控制方法降低百公里油耗约1.8%；与采用基于动态规划的全局优化能量管理策略的仿真结果对比，在不能提前预知工况的条件下，制定的能量管理策略在WLTC工况与新标欧洲测试循环(NEDC)工况下的油耗与理论最优值差距均较小。     

Fuzzy energy management strategy for a hybrid electric vehicle based on driving cycle recognition

By considering the effect of the driving cycle on the energy management strategy (EMS), a fuzzy EMS based on driving cycle recognition is proposed to improve the fuel economy of a parallel hybrid electric vehicle. The EMS is composed of driving cycle recognition and a fuzzy torque distribution controller. The current driving cycle is recognized by learning vector quantization in driving cycle recognition. The torque of the engine and the motor is controlled by a fuzzy torque distribution controller based on the required torque of the hybrid powertrain and the battery state of charge. The membership functions and rules of the fuzzy torque distribution controller are optimized simultaneously by using particle swarm optimization. Based on the identification results of driving cycle recognition, the fuzzy torque distribution controller selects the corresponding membership function and rule to control the hybrid powertrain. The simulation research based on ADVISOR demonstrates that this EMS improves fuel economy more effectively than fuzzy EMS without driving cycle recognition.     

燃料电池混合动力汽车动力系统匹配与优化研究

首先,基于中国客车典型循环工况对燃料电池混合动力系统进行匹配计算,确定了电动机、燃料电池发动机和蓄电池的基本参数;然后基于中国客车典型循环工况,建立燃料电池混合动力系统的优化模型,采用序列二次规划算法进行优化,分析了各种参数对整车燃料经济性的影响,包括燃料电池发动机与动力蓄电池之间的功率分配比、SOC的初始值与目标值、变速器传动比及传动比间隔以及主减速比等,为燃料电池混合动力汽车的构型提供指导。     

单轴并联式混合动力总成的设计

设计完成了驱动电机与电控共轨柴油机结合而成的混合动力汽车动力总成,该总成用于单轴并联式混合动力汽车。驱动电机既是电驱动装置,又是起动、发电一体化系统(ISG),基于MC 68H9S12DP256B单片机,研制了该总成的控制系统,通过CAN总线实现了联合控制,以电池充放电平衡和发动机燃油经济性为基础,应用了一种模糊逻辑控制策略,实现了混合动力系统的扭矩分配与不同工作模式以及模式间的切换,该总成能够在所要求的工作模式下运转。     

Flame propagation model for a rotary Atkinson cycle SI engine

The rotary Atkinson cycle engine includes two modes of combustion: combustion initiation and propagation in ignition chamber and then flame jet entrainment and propagation in expansion chamber. The turbulent flame propagation model is a predictive model for SI engines which could be developed for this type of combustion for the rotary Atkinson engine similar to the congenital engine with pre-chamber; in split combustion chamber SI engines, small amount of fuel is burned in pre-chamber while the fuel burned in ignition chamber of rotary Atkinson cycle is considerable. In this study a mathematical modeling of spherical flame propagation inside ignition chamber and new combined conical flame and spherical flame propagation model of a new two-stroke Atkinson cycle SI engine will be presented. The mathematical modeling is carried out using two-zone combustion analysis and the model also is validated against experimental tests and compared with previous study using non-predictive Weibe function model.     

基于瞬时优化的HEV控制策略

以一种充电保持型并联式混合动力电动汽车（hybrid electrical vehicle，HEV）为具体对象，研究以瞬时等效燃油经济性和排放性能为综合优化目标的控制策略。该策略以传动系统的能量转换效率和排放“效率”作为评价燃油经济性和排放的指标来建立优化目标方程，通过基于HEV整车及动力总成相关数学模型所建立的Matlab／Simulink仿真优化平台，搜寻出全部转速一转矩需求条件下动力总成各元件的理想能量分配及相应档位，并以MAP图的形式存储于车载监控器中。监控器根据HEV荷电保持的设计要求，按瞬时工况调用这些MAP图，以简单查表计算方式对理想值实时地作适当修正和调整。所述监控策略的有效性、实时性通过若干典型行驶工况仿真及实车应用得以证实，展现出良好的实用价值。