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基于电量平衡控制PHEV汽车WLTC循环运行特性

2016年,国家环保局联合各个机动车车质量监督检验中心及各大车企法规部拟定了堪称史上最严法规的《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》.该法规不仅加严了相应排放物的限值,增加了排放颗粒物数量的要求,测试循环也更加贴近目前汽车在道路上所面临的复杂多变的工况.而且增加了实际行驶污染物排放（RDE）的排放测量,同时加大了对加油过程污染物的控制要求.根据交管局统计,2017年以来,我国汽车的保有量已经超过2亿.而目前我国的汽车占比中传统内燃机汽车为主要部分.2017年9月27日,、财政部、商务部、海关总署、质检总局发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》（以下简称《积分办法》）,并已于2018年4月1日起实施,到2020年,当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0L/100 km,节能型乘用车燃料消耗量降至4.5 L/100km以下.综上所知国家对排放节能的管理力度越来越严格,因此降低乘用车的排放及油耗成为国内各大汽车企业的最为重要的任务.

针对当前严格的排放及节能的法规,解决方法主要有3种：一,寻找清洁的可持续发展的替代燃料,例如甲醇燃料；二,利用相关新技术降低传统燃油汽车的排放及油耗,寻求有效的技术手段降低传统燃油车的排放及油耗是国内汽车企业当前最为紧迫的任务；三,大力发展混合动力汽车或纯电动汽车技术,由于当前纯电动汽车技术手电池充快速电技术及电池容量等技术的限值导致纯电动汽车发展受阻,因此大力发展插电式混合动力汽车为当前的最佳选择.

针对插电式混合动力汽车（PHEV）最经济有效的运行控制策略是基于电量平衡控制策略,在运行中通过车辆控制单元（VCU）发出扭矩等需求给发动机控制单元（ECU）通过ECU控制发动机运行充电或者扭矩输出以及控制智能电机（ISG）的能量回收使得电池包的电量维持在某一特定的水平,达到最佳的经济型和最有的排放性能.

本文将主要研究在WLTC循环中,PHEV基于电量平衡模式控制在WLTC测试循环中运行特性.试验工况循环及设备

试验工况循环

本文试验循环为国VI试验的WLTC循环,与国V法规的试验循环NEDC相比最主要的差异是瞬态工况增加了,整个循环中绝大部分时间都是瞬态工况,这给排放控制带来了更大挑战,同时循环中最高车速也相对NEDC循环更高.

试验车辆及测试设备

本文所用测试车辆为一辆搭载1.4 L增压发动机的PHEV,基准质量为1960 kg,最大总质量为2360 kg的五座轻型汽车.所用阻力加载系统为德国MAHA公司生产的MAHA转鼓.试验首先通过测定的道路阻力将车辆在转鼓上进行滑行得到转鼓加载的阻力系数；测试循环中按照滑行阻力对汽车运行阻力进行加载.

测试结果与分析

本文分别通过使用滑行阻力加载法对PHEV进行加载,基于电量平衡模式（车辆电池包的电量维持在30%动态平衡）在测试循环WLTC循环中分别研究PHEV的启动特性、发动机运行特性、电量值特性（SOC）.

电量平衡模式下PHEV汽车启动特性

图1是基于电量平衡模式下PHEV测试车辆启动特性,从图中可看出,在WLTC测试循环中运行初期由于电池包电量（SOC）值比较高因此车辆的电机通过消耗电池包的电量使得车辆是纯电动模式运行；当PHEV车辆的SOC值低于30%后当车辆运行速度超过36 km/h后汽车将启动发动机给电池包充电；启动过程中由于为了提高排气温度使得催化器快速起燃提高催化器的转化效率,车辆控制单元会发出扭矩需求,让发动机维持在较高的负荷和转速以提高发动机尾气温度促进催化器起燃,测试循环中车辆会维持在1200 r/min和50 Nm的扭矩输出通过提高发动机转速和扭矩提高发动机排气温度,同时发动机的扭矩输出主要是给电池包充电,因此从图1也可看出电池包的电量（SOC）值升高.

电量平衡模式下PHEV汽车运行特性

图2为催化器温度上升后VCU退出暖机控制后基于电量平衡模式PHEV的运行特性.从图中可以看出当暖机结束后在低速运行区域范围内（车速低于36 km/h）电池包电量（SOC）值高于28%工况区域里车辆将用纯电动模式运行,当电池包电量低于28%后为保持电池包的电量平衡VCU将发出扭矩需求给ECU启动发动机给电池包充电.当车辆运行速度超过36 km/h后由于负荷比较大需求的电量比较大为了维持电池包的电量（SOC）值得动态平衡VCU都会向ECU发出命令,发动机将启动给电池包充电；当车辆运行到减速工况时为了节能减排目的VCU会向ECU发出停机指令,发动机会断油停机,然后智能电机（ISG）会通过减速的能量回收发电向电池包充电回收车辆的能量,达到节能目的.从图2可看出通过电量平衡模式控制,在低速小负荷区域车辆用纯电动模式运行能够提高能量利用和减小为期排放,在减速阶段发动机断油停机且通过智能电机（ISG）对能量进行回收达到节能减排目的；且整个循环中电池包电量（SOC）值控制在30%附近动态平衡.

结论

1.PHEV在电量平衡模式下,暖机阶段通过发动机输出高转速和大负荷能够使得催化器快速起燃并且能给电池包充电.

2.低车速小负荷工况下,PHEV主要是纯电动模式,能够大大提高能量利用率达到节能减排的效果.

3.减速运行区域VCU通过给ECU发出断油指令,发动机停止运行,且智能电机通过回收减速阶段的能量给电池包充电,能够极大改善PHEV的燃油经济性和排放.

汽车论文范文结:

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