RL6100混合动力城市客车总布置设计说明

摘要

能源危机和环境污染是当今世界可持续发展所面临的两大根本问题，混合动力汽车在技术、经济和环境等方面具有综合优势，是目前缓解这两个问题的有效途径。城市客车在各个城市中承担着人口流动的任务，应用广泛，数量众多。同时城市客车的运行工况特殊，城市号灯多，站点之间距离短，运行路线固定，城市客车频繁的起步，加速，制动，怠速时间长，平均运行速度低。由于汽车设计时需要满足最高行驶车速和最大爬坡度等动力性要求，需要装备大功率发动机，使得城市客车经常处于功率过剩状态，造成了严重的能源浪费和环境污染。

本文以运用于城市公交系统的传统客车6100为研究对象，将其改装为混合动力城市客车。本文首先分析并比较了串联式、并联式以及混联式混合动力客车的驱动结构、类型和使用围，确定了混合动力客车驱动系统的布置型式；通过对我国典型城市公交车循环工况的分析，制定了混合动力城市客车性能指标，并对所研究的混合动力客车的总体方案进行了设计，据此对发动机、电机、传动系的参数进行了匹配，初步确定了各部件的参数。

油电混合动力汽车融合了传统燃油汽车和纯电动汽车的优点，具有传统燃机车动力性好和电动汽车清洁环保的特点，能够有效的降低能源消耗，减少污染排放，具有重要的研究意义。

关键词：混合动力；城市客车；动力系统；参数匹配；人机工程学

ABSTRACT

Energy shortage and environment pollution are two serious problems that can prevent the world from developing forward rapidly．In this case HEV’S(hybrid electric vehicle)are the key to so lve the problems．It has advantages in many fields，such as technology, economy and environment City bus is bearing the task of the movement of the population. City bus is widely used and the number is large. The using condition of city bus is special、there are many signal lights、 short distance between sites 、fixed routes, frequently starting, accelerating, braking, long idle time, low average speed and so on. As the vehicle needs to meet the requirement of the highest speed and maximum climbing degree while designing, usually a high-power engine is equipped, making the city bus in power surplus state, resulting in a serious energy waste and environment pollution.

This paper bases on the traditional bus 6100 using in the city traffic system， and refit it to be HEB(hybrid electric bus)．The paper firstly analyzed and compared the drive structure，type and scope of application of SHEV,PHEV and PSHEV, and made sure the layout pattern of HEB drive system；by studying statistical data of typical Chinese city bus driving cycle，it formulated the performance index for HEB，and the study of hybrid bus design the overall program, according to the engine, motor, drive system matching parameters, initially set the parameters of each component.

Hybrid electric vehicle combines the traditional fuel vehicles and pure electric vehicles advantages effectively reduce energy consumption and reduce emissions. It is meaningful to study on hybrid vehicles.

Key words: Hybrid ；Electric Bus；Dynamic System；Parameter Matching; Ergonomic；

第1章绪论

1.1 选题的背景和意义

电动汽车的研究是从单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车开始的，纯电动汽车或零排放新燃料汽车无疑是我们的最终目标，但目前纯电动汽车初始成本高，行驶里程较短。由于高效能蓄电池、燃料电泡及其系统均发展相对滞后，影响了纯电动汽车的商业化进程；而燃油发动机和电动机混合驱动的混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中有利于市场化而产生的一种新的车型。它将现有燃机与一定容量的储能器件(主要是高性能电池或超级电容器)通过先进控制系统相组合，可以大幅度降低油耗．减少污染物排放。国外普遍认为它是投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高的主流清洁车型，从而引起各大汽车公司的关注，得到商业市场的响应并迅速发展，混合动力汽车动力性能、燃料经济性以及废气排放效果的好坏，在很大程度上取决于车辆驱动系统参数的合理匹配以及车辆行驶过程中对各部件的协调控制。传统燃油汽车的发动机使用工况多数是偏离其最佳工作区域，未能实现动力传动系统的最佳匹配，因此，通过合理匹配混合动力汽车的驱动系统，制定适合于车辆行驶工况的控制．对于提商汽车行驶效率，降低燃油消耗和尾气排放具有较大的潜力，是一个值得研究的课题。对于汽车的动力性能和燃料经济性水平，通常是在进行实车道路试验之后给予最后评价，这样做不但周期长，成本高，而且在产品设计阶段对整车及各总成方案的确定、结构参数的选择、传动系参数与发动机的匹配等具有一定的盲目性可能遗漏较优的方案，造成浪费。如果在设计阶段，根据有关设计参数利用计算机仿真模拟对汽车动力性和燃料经济性进行预测，可以考察驱动系统参数是如何影响汽车动力性和燃油经济性，并对其进行优化设计。此外，按预定的程序模拟各种行驶工况，包括瞬变的非稳定工况，能全面地预测汽车在多种工况下的动力性能和燃油经济性。

1.2 国外研究动态

1、国际发展趋势

目前世界各国都在积极推进混合动力公交客车的开发和运营。美国纽约在1998年提供首批10辆串联式混合动力公交客车的示运营，目前有超过500辆此类客车在纽约、多伦多和旧金山等城市应用。在西雅图通用公司首先推出了并行式混合动力公交客车进行运营，目前《城市公用事业》共有400余辆车在包括休斯顿、纽约、洛杉矶、西雅图等超过28个北美城市运行，今年该公司已获得美国境各城市超过1 500台订单。在日本，丰田、本田等汽车业巨头都投入巨大的人力和财力发展混合动力公交客车，并已经推出数款车型。

2、国发展状况

我国目前十分重视混合动力车的研制和开发，国家召开的863电动汽车会议上，混合动力汽车在中国电动汽车的研究发展中，被确定为优先发展的对象。大会通过的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006～2020年)》明确把新能源汽车列为68项优先主题之一。混合动力汽车作为“从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键技术和共性技术，支撑经济社会持续协调发展”的一项技术，是符合“选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展”要求的。国东风集团、一汽集团、上汽集团、客车厂、五洲龙、联合公司、宇通、金龙、福田、申龙等已成功开发出产品或样车。其中，2003年12月东风公司率先投入10辆并联式混合动力公交客车，在510路上进行示运行。在成功示运行两年后，2005年12月，首批下线的15台东风EQ6100HEV混合动力电动公交客车交付市公交公司，在国首次实现}昆合动力电动汽车商业化销售，开通了国首条混合动力绿色公交专线。2005年12月，一汽集团首辆混合动力公交客车在客车厂驶下装配线。在和株洲，串联式混合动力公交客车也已经进入了示运营阶段。在关键零部件方面，研制了3个系列的混合动力客车用主电机产品，多能源控制系统研发单位与整车企业联合开发整车多能源控制器，配置16种不同的整车。在标准和测试方面，我国已颁布混合动力汽车国家标准6项，混合动力汽车测试方法、试验规程报告2项。经过“十五”期间，已完成“申新动1号”混合动力大客车概念样车的开发、“海威”混合动力轿车样车及其他自主品牌混合动力轿车的研制工作。现在上汽集也正在积极推进插电式混合动力轿车与大客车的研发。相对国其他地方，的混合动力汽车的发展起步虽晚，但起点高，现已进入第2轮开发阶段，在轿车和客车领域都有样车面世，相关技术和车辆还有待通过一定数量的示运营，在科学评判各类混合动力汽车的优、劣势后，最终选择比较适合城市运营和技术发展的路线，为加速我国混合动力汽

车的产业化奠定基础。目前国的混合动力汽车技术已经逐渐走向示运营和市场推广，但是其关键零部件的性能和可靠性还有待提高。且混合动力车相对于原型燃机车成本还较高，将成为混合动力公交客车市场化的一大障碍。此外，当前混合动力汽车方案较多，但是测试手段短缺，尚不能通过试验评估与优化，因此测试基地建设也需加强。

发展混合动力大客车的优势发展混合动力城市公交客车，不仅有助于实现环境与交通的健康发展，构建一流的城市交通环境，更可能实现重点突破，掌握核心技术，在制定电动汽车技术标准等方面拥有更大的发言权和主动权，从而在新一轮的竞争中处于领先的优势地位。同时，混合动力车要想在我国真正实现产业化，混合动力公交客车也许就是这个产业的突破点。混合动力公交客车必须以传统汽车产业为依托，不能脱离传统整车单独发展。我国客车工业的基础较为雄厚，无论是车身、底盘等关键总成还是零部件配套体系，都有着日积月累的经验和优势。因而集成现有客车工业的优势资源，有利于迅速打造我国混合动力客车自主品牌。混合动力具有先天优势，目前我国城市中行驶的燃油公交客车和城市团体旅游客车是城市交通的主要污染源，极影响了城市形象和城市环境建设，因此，更新城市公交客车成为打造“绿色城市”的重要举措。近年来，我国各大中城市公交客车年更换数量在4 700辆至6 200辆左右，并且以每年17％一23％的幅度增长。2008年前后由于中小城市的跟进，公交客车的需求有望达到每年3万辆，其中一部分装备混合动力是完全有可能的。当然，要大力发展混合动力，降低成本是首要问题。对于混合动力客车，进行推广的最大障碍是高昂的成本，包括一次性购车成本和使用成本。目前，我国城市公交大部分还是由政府进行补贴运营，这也相对减轻了混合动力客车的商业化难度，有利于示和推广应用。混合动力汽车技术已经成为世界汽车产业发展的重要方向。随着全球气候逐步恶化、城市大气污染加剧和石油资源过度消耗，环保与节能已经成为世界的焦点，发展节能型、环保型汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择，研发和推出一系列有商业应用价值的环保、节能混合动力汽车已经并将在相当长时间成为世界汽车工业发展的主流和趋势。混合动力汽车是新一轮竞争的切人点，也是民族汽车工业健康发展的保证，为我国汽车工业提供了跨越式发展的契机。虽然我国的混合动力汽车技术研究起步相对较晚，与世界领先的混合动力技术有一定的差距，但从世界围来看，混合动力汽车产业目前还处于起步阶段，与传统的燃料汽车技术相比，我国在混动技术领域差距相对较小，这为我们