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「研究」BSG混合動力轎車動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

2018-12-28 19:36:27·  來源：旺材電動車  
　
1前言帶傳動一體化起動／發(fā)電機(jī)(BSG)轎車屬于弱混合動力電動汽車，采用皮帶驅(qū)動一體化起動／發(fā)電機(jī)技術(shù)，能夠有效降低油耗和改善排放。此種車輛結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)車型改
1前言
帶傳動一體化起動／發(fā)電機(jī)(BSG)轎車屬于弱混合動力電動汽車，采用皮帶驅(qū)動一體化起動／發(fā)電機(jī)技術(shù)，能夠有效降低油耗和改善排放。此種車輛結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)車型改動小，控制簡單、成本低，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。本文結(jié)合BSG混合動力轎車的實(shí)際開發(fā)過程，對其動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對轎車在BSG電機(jī)參與工作和不參與工作兩種狀態(tài)下的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能進(jìn)行了對比試驗(yàn)，為BSG混合動力轎車的產(chǎn)業(yè)化提供了依據(jù)。
 
2 BSG混合動力轎車結(jié)構(gòu)及工作原理
BSG混合動力轎車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示，在發(fā)動機(jī)前端用皮帶傳動機(jī)構(gòu)將一體化起動／發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)連接，取代了發(fā)動機(jī)原有的發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了混合動力系統(tǒng)的一體化。該混合動力系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轎車上的12 V起動電動機(jī)，以保證電池電量過低時(shí)發(fā)動機(jī)能正常起動。
BSG混合動力轎車要在保證汽車動力性能的前提下降低汽車燃油消耗量和排放，根據(jù)BSG混合動力轎車的結(jié)構(gòu)和工作特性，應(yīng)取消發(fā)動機(jī)怠速工況。
BSG轎車有4種基本工作模式：
a．起動工況起動時(shí)，BSG電機(jī)在短時(shí)間內(nèi)將發(fā)動機(jī)加速至怠速轉(zhuǎn)速以上，然后汽油機(jī)才開始工作。
b．停車工況控制系統(tǒng)自動切斷汽油機(jī)供油，發(fā)動機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。
c．減速工況駕駛員踩下制動踏板，向起動／發(fā)電機(jī)傳送信號，使其將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲起來。
d．正常行駛工況發(fā)動機(jī)正常工作。
3整車動力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)
3．1整車參數(shù)和設(shè)計(jì)性能要求
SG混合動力轎車以發(fā)動機(jī)為主要動力源，電機(jī)系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下不工作。根據(jù)現(xiàn)有條件，經(jīng)計(jì)算分析后選擇的發(fā)動機(jī)為某型1．6 L汽油機(jī)，其最大功率為77 kW(6 000 r／Inin)，最大扭矩為147 N·m(4 300 lI／min)。
 
3．2BSG電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)
BSG電機(jī)一方面作為電動機(jī)快速拖動發(fā)動機(jī)達(dá)到怠速以上轉(zhuǎn)速，另一方面作為發(fā)電機(jī)給蓄電池充電。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速工況時(shí)間較長時(shí)，控制系統(tǒng)自動使發(fā)動機(jī)和BSG電機(jī)停止工作；需要起步時(shí)，BSG電機(jī)快速起動發(fā)動機(jī)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)自動起停；正常行駛工況下，BSG電機(jī)和常規(guī)車用發(fā)電機(jī)一樣由發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電，給蓄電池充電。當(dāng)BSG電機(jī)作為電動機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的高轉(zhuǎn)速起動時(shí)，要求電機(jī)在較高轉(zhuǎn)速時(shí)具有較高的轉(zhuǎn)矩，其功率P需滿足起動功率PI和拖動發(fā)動機(jī)達(dá)到怠速以上轉(zhuǎn)速(設(shè)計(jì)時(shí)選定為1 100 r／Inin)時(shí)所需功率P2的要求，計(jì)算公式為：
本文研究的BSG混合動力轎車整車參數(shù)和設(shè)計(jì)性能要求如表1所示。
3．3發(fā)動機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)
3．4蓄電池參數(shù)設(shè)計(jì)
動力電池組選用鉛酸動力電池。由圖2可知，電機(jī)勵磁電流越大，起動時(shí)輸出扭矩越大，因此要求蓄電池能夠大電流放電。圖3為鉛酸動力電池輸出功率、效率與放電電流的關(guān)系圖。由圖3可知，隨著放電電流的增大，蓄電池效率降低，輸出功率先增大后減小。為了使蓄電池盡量工作在高效率區(qū)域，需要恰當(dāng)選擇蓄電池的放電電流，因此選擇合理的蓄電池組母線電壓至關(guān)重要。
正常行駛工況下，傳動系的設(shè)計(jì)遵循傳統(tǒng)車輛傳動系的設(shè)計(jì)方法，但要與混合動力系統(tǒng)相匹配。本文采用機(jī)械式手動五擋變速器。經(jīng)計(jì)算得傳動系最大傳動比為12．06，最小傳動比為2．6。在保證BSG混合動力轎車動力性能的條件下，以改善燃油經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)選擇主減速器的傳動比。圖4給出了裝有5擋變速器的汽車驅(qū)動特性曲線。從圖中可以看出通過選擇合適的變速器擋位數(shù)和各檔速比能使動力系統(tǒng)驅(qū)動力特性有較好的改善。根據(jù)現(xiàn)有條件確定的主減速器速比為3．333，各擋傳動比如表2所示。
4試驗(yàn)結(jié)果及分析
為了驗(yàn)證BSG電機(jī)對動力系統(tǒng)的影響及檢測所設(shè)計(jì)BSG混合動力汽車的性能，對轎車在BSG電機(jī)不參與工作和參與工作兩種狀態(tài)下，按照國家標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際道路上進(jìn)行動力性能檢測試驗(yàn)，并在汽車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺上進(jìn)行燃油消耗量和排放污染物的檢測試驗(yàn)。
 
4．1動力性能試驗(yàn)
根據(jù)GB／I'12534—90《汽車道路試驗(yàn)方法通則》對BSG混合動力轎車進(jìn)行了最高車速和起步連續(xù)換擋加速性能(0—100 kn以)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3和圖5所示。
由表3可知，BSG電機(jī)是否參與工作，對BSG混合動力轎車的最高車速沒有影響。由圖5可知，BSG電機(jī)參與工作后，0一100 km／b起步加速時(shí)間明顯縮短。雖然BSG電機(jī)在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不助力，但在起動時(shí)BSG電機(jī)快速拖動發(fā)動機(jī)達(dá)到怠速以上轉(zhuǎn)速，使起動時(shí)間明顯縮短，改善了轎車的起動性能。在起步階段，BSG電機(jī)參與工作時(shí)轎車的加速度明顯高于BSG電機(jī)不參與工作時(shí)轎車的加速度；發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，BSG電機(jī)不再參與助力，轎車的加速度與BSG電機(jī)不參與工作時(shí)加速度相同。因此，BSG電機(jī)參與工作改善了BSG混合動力轎車的動力性能。
燃油消耗量和排放污染物的檢測試驗(yàn)根據(jù)GB／r12545—90《汽車燃油消耗量試驗(yàn)方法》和GBll“2—89《輕型汽車排氣污染物測量方法》的要求，在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺上按照典型循環(huán)行駛試驗(yàn)工況模擬實(shí)際汽車運(yùn)行狀況進(jìn)行油耗測量和排放污染物檢測。
在燃油消耗量檢測試驗(yàn)中，試驗(yàn)車輛質(zhì)量為1378kg，采用質(zhì)量式油耗傳感器進(jìn)行油耗檢測。在發(fā)動機(jī)溫度達(dá)到正常工作范圍并穩(wěn)定后，按NEDC工況連續(xù)進(jìn)行了4次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所列。連續(xù)4次試驗(yàn)的燃油消耗量極限值與平均值誤差為3．4％。從表4的對比分析可以看出，BSG電機(jī)參與工作時(shí)，消除了發(fā)動機(jī)的怠速工況，發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性得到了提高，CO、HC排放顯著降低，NO；的排放也有所降低。汽車排放污染物的測量方法為整車測量法，廢氣的取樣方法采用定容取樣法(CVS)，CVS系統(tǒng)數(shù)據(jù)如表5所列。
 
 
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