中国混合动力汽车动力总成技术进展

在国家政策与市场需求的双重驱动下,2021年以来,中国品牌混合动力汽车动力总成技术实现突破,围绕中国市场特点与消费者用车习惯推出一批具有中国特色、世界范围内领先的混合动力汽车产品。近期混合动力汽车市场销量呈爆发式增长,2023年中国市场混合动力乘用车销售超300万辆,同比增长83%。然而,受近年来汽车领域电动化浪潮影响,行业内尚存关于混合动力汽车仅为过渡性技术的观点,部分消费者对国产混动汽车技术产品力仍存质疑。为纠正对混合动力汽车的片面性、偏见性认识,该文围绕中国混合动力汽车动力总成技术路线展开,聚焦多样化的混动架构与专用化的核心部件,提出新的混合度定义作为动力总成电气化程度的统一评价标准,探讨国内外主流混动技术异同,剖析当下中国最前沿的混动技术特点与发展趋势,厘清中国混动汽车动力总成的发展脉络。研究表明:中国式混动汽车以大容量动力电池与插电式混合动力为技术特色,实现发动机、电机两大驱动动力源以及动力电池、增程系统两大动力能量源的灵活混合与优势互补。与纯内燃机车相比,得益于电驱动技术辅助,混合动力汽车聚焦提高发动机热效率、发动机高效区利用率以及整车燃油经济性。与纯电动车相比,混合动力汽车则基于发动机的增程发电,以高性价比和高便利度解决纯电动车的补能焦虑;并通过结合发动机直驱、变速器动力放大等机械驱动技术,以更低的硬件成本实现更稳定的强劲动力输出。混合动力汽车的独特优势使其作为长期性技术路线,将成为带动汽车产业向碳中和方向转型升级的关键,该文对当下市场的深度分析和未来趋势的理性推测将为中国混动技术的进一步发展提供有益参考。

基于隔振率及动态传递力测试的某动力总成悬置隔振性能试验与特性分析

针对某型装甲车辆动力总成中发动机右侧悬置易损坏,其寿命较其他3点悬置寿命更短的问题,开展了故障诊断测试。经测量动力总成悬置4点支撑位置上、下点振动加速度以及4个悬置系统垫块的支撑力数据并分析研究发现,悬置系统4个支撑点中发动机右侧悬置支撑点垂直向隔振率最差,而该处悬置垂直支撑力较其他3位置悬置支撑力大。这正是该位置悬置系统寿命低的直接原因,最后根据测试分析结果提出了优化建议,建议从承重、发动机工作频率范围、悬置结构、形式及其刚度、阻尼、多向隔振要求上考虑对该型车辆的动力总成悬置系统进行优化,以提升动力总成悬置系统总体隔振效果。

轻卡用混合动力总成技术发展现状与趋势

在环境污染、能源安全以及产业自主可控等多重压力下,发展新能源汽车势在必行。目前商用车混合动力产品不成熟,且各家技术路线有所不同。文章从构型、技术特点、应用场景等方面对轻卡用混合动力总成技术发展现状进行了剖析,并阐述了未来发展的趋势,以指导主机厂进行动力总成选型以及整车匹配,更好促进我国新能源汽车可持续发展。

电液混合动力系统关键技术及能量管理研究综述

现有混合动力驱动技术以油电、油液混合动力为主,旨在提高传统燃油车辆的能量利用率、降低油耗和排放.基于液压技术的大功率密度及能量再生优势,电液混合动力系统可在全速工况范围内实现能量高效利用,提高纯电驱系统的功率密度,有效改善电动车辆续驶里程及蓄电池循环使用寿命.本文对电液混合动力系统构型、能量回收技术、能量释放模式及控制策略等相关研究成果的进展、现状及发展趋势进行综述,分析了利用电液混合动力构型与先进能量管理策略提升纯电动车辆动力性能与能量利用率的可行性技术方案与应用前景.根据已有研究成果,装备电液混合动力系统后车辆最大可降低约40%的能量消耗,在能量高效利用方面具有显著优势.对于电液混合动力系统而言,液压能再生、耦合与释放等与行驶场景及电机工况点密切相关,研究重点应解决动力耦合、再生制动与能量管理等关键技术,从而提升动力系统的综合性能特别是功率密度与节能特性.

纯电动汽车电驱动系统故障诊断研究进展

为全面梳理纯电动汽车电驱动系统故障诊断的发展现状,明确未来发展趋势,本文首先介绍了纯电动汽车电驱动系统的基本架构、功能及发展历程;然后详细总结了纯电动汽车电驱动系统关键部件的故障类型及原因,分析了纯电动汽车电驱动系统关键部件故障诊断方法的主要研究现状;接着将诊断方法从专家知识驱动、模型驱动、信号驱动和数据驱动4个方面详细综述了纯电动汽车电驱动系统国内外研究进展和发展动态,并针对不同方法的优缺点进行了对比;最后对纯电动汽车电驱动系统故障诊断所面临的问题及发展方向进行了分析和展望,进一步讨论并指出未来纯电动汽车电驱动系统故障诊断研究可以集中在变工况耦合故障诊断、微小故障诊断和前期故障诊断研究、实时在线故障诊断、基于故障诊断的智能运维、未知故障诊断与系统自愈技术等方面。

燃料电池汽车动力系统及能量管理策略研究进展

动力系统是燃料电池汽车(FCV)的核心,可分为单一式系统与混合动力系统两大类,其中,将燃料电池与辅助电源相结合组成“电-电”混合动力系统,已成为业界主流。本文根据辅助电源类型的不同,提出3类FCV混动系统的构建方案,分别为燃料电池+动力电池方案、燃料电池+超级电容方案、燃料电池+动力电池+超级电容方案,并对各方案的优势和劣势进行比较。同时,本文综述了近年来国内外学者提出的面向FCV的代表性能量管理策略,从理论基础与求解方法的差异出发,将现有燃料电池汽车的能量管理策略分为3类:基于规则定义的策略、基于最优化方法的策略以及基于机器学习的策略,并总结了各类策略在最优性与实时性等方面的优势和劣势。其中,基于规则定义的策略最易实现,在工程应用中最为普遍,但无法实现性能最优;基于最优化方法的策略能够接近甚至达到理论最优,但存在计算量过大、计算耗时过长、实时性差等问题;以强化学习为代表的基于机器学习的策略有望在最优性与实时性之间实现理想的平衡,但目前还存在模型训练耗时长、试错代价高等困难,在实车应用层面还存在一定挑战。基于文献研究与分析,本文提出以下观点:1)以大功率燃料电池为核心的功率混合型系统是FCV混动系统的未来发展方向;2)必须进一步提升智能化程度,根据实际使用场景开发具有个性化的能量管理策略;3)亟需建立关于燃料电池汽车能量管理策略的综合评价体系。

考虑机组弹性的双层隔振系统刚度匹配方法

为解决柴油发电机组对不同类型和功率发电机的连接套与隔振系统刚度匹配问题,提出以广义弹性力做功为基础的能量解耦法来量化刚度匹配对双层隔振系统固有特性的影响.基于某内燃动力总成双层隔振系统建立3自由度和18自由度动力学模型进行分析.结果表明:3自由度模型能够反映系统耦合的主要特点,机组弹性模态频率与低阶刚体振动模态频率比大于2.96时可以降低刚体振动对弹性模态的影响;考虑惯性耦合和弹性耦合后,18自由度模型对应的频率比应大于4.10才可以显著降低该振动耦合.同一柴油机匹配不同惯性参数的发电机,均可参考小惯性参数发电机隔振设计时对应的频率比和刚度比进行双层隔振系统刚度匹配.

船舶多堆燃料电池混合动力系统能量管理策略优化

为研究多堆燃料电池系统(MFCS)、锂电池为动力源的船舶混合动力系统的能量管理策略(EMS),本文提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的多级功率分配策略。首先,利用一级EMS分析MFCS和锂电池需求功率,其次,构建以MFCS总效率为优化目标的二级MFCS协同控制策略,优化燃料电池之间的功率分配。最后,基于燃料电池混合动力船舶典型工况,分析船舶混合动力系统的功率分布、等效氢耗量及燃料电池系统效率、加减载速率。研究结果表明,与等效氢消耗最小化策略(ECMS)相比,该策略下的燃料电池1和燃料电池2的氢耗量分别降低了15%和23%,MFCS总效率提高了1.15%,且燃料电池的功率变化波动更小。该研究有助于提高混合动力系统中燃料电池的经济性和耐久性。

Powertrain Torque Control Based on Torque Observer

To reduce shock during transmission gear shift, a transmission torque feedback closed loop control system is proposed based on the powertrain system model and a torque observer. The ignition time of engine was delayed to reduce transmission output shaft torque during gear shift. In contrast to traditional control method, the closed loop control system based on torque observer can obviously reduce the transmission output shaft torque during gear shift. It can be concluded that by way of torque feedback closed loop control, transmission shift shock can be reduced.

小型全电/混动飞机技术路线与动力系统综述

该文对小型全电/混动载人飞机的技术发展路线、航空推进电机、动力系统架构进行分析、总结与展望。首先,从载人飞机的气动布局、结构拓扑、动力源和起降形式等方面分析,分出6条技术路线,总结各自的乘客数、最大起飞重量、巡航速度、功率和航程等技术指标。其次,总结已装机或拟装机航空推进电机的技术参数和应用机型。对先进航空推进电机的发展现状,按功率等级分类探讨了三相永磁电机、多相永磁电机、兆瓦级涡轮机驱动的兆瓦级电机/发电机、高温超导电机。最后,对6种动力系统架构的技术路线特点、关键技术进行梳理,分析载人全电/混动飞机未来的发展方向。国内载人电动/混动飞机领域刚起步,该文的研究工作对飞机的总体气动布局设计、功率需求、器件选型、动力系统设计具有重要的参考价值。

双行星排混合动力客车动态规划能量管理策略研究

为解决混合动力系统传统动态规划(Dynamic Programming,DP)策略成本函数值受罚函数影响较大、平衡电量调试时间较长的问题,针对某款双行星排混合动力客车提出了变惩罚系数DP(Variable Penalty Coefficient DP,DP-VAR)策略和边界迭代DP(Boundary Iterative DP,DP-ITE)策略。同时,还提出了基于XGBoost算法的动态规划策略模式切换规则提取方法,并对自适应等效燃油消耗最小策略(Adaptive Equivalent Fuel Consumption Minimization Strategy,A-ECMS)进行了改进,建立了具有模式切换规则的A-ECMS策略。基于C-WTVC工况的仿真结果表明:(1)相比于DP策略,DPVAR和DP-ITE策略的控制规则更为明确且百公里油耗分别降低了1.18%和4.31%;(2)DP-ITE策略在取消罚函数的前提下具有终止SOC绝对收敛性;(3)优化后的A-ECMS策略较优化前的百公里油耗降低了1.17%。

复合翼eVTOL电池需求及对动力总成安全性的影响

动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^(-7),接近SC-VTOL-01中单座飞行器的基础级灾难性故障率要求。

不同构型电动垂直起降飞行器动力系统的安全性评估

安全性评估对电动垂直起降飞行器的架构开发、安全管理、设计验证及商业化有着至关重要的作用,但目前国内少有对电动垂直起降飞行器整机构型、系统设计等相关的研究。本文针对4种不同构型的电动垂直起降飞行器,包括垂起尾推固定翼构型、四轴八桨多旋翼构型、固定翼加倾转旋翼构型以及倾转机翼构型,使用功能危害分析和故障树分析方法对4种不同构型的动力系统进行了分析比较。分析表明:垂起尾推固定翼电动垂直起降飞行器动力架构在本文的特定使用场景中相对可靠性更优。2种分析方法的结合,增加了对功能危害理解的全面性和深度,并识别了减轻动力系统失效风险的多种潜在途径。安全性评估结果可以为电动垂直起降飞行器动力构型选择和产品开发提供依据。

基于非线性能量阱的汽车传动系统扭振抑制研究

对非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)在汽车传动系统扭振抑制中的应用进行了研究。根据传动系统的结构和振动特点,建立了简化的3自由度传动系统-NES耦合动力学模型;基于增量谐波平衡法联合增量弧长法,推导并求解了耦合系统的频率响应,利用Floquet理论对周期解的稳定性进行判断;在频域和时域上对系统的非线性动力学响应及其影响因素进行了分析,并基于能量谱研究了NES的减振性能;最后,基于扩展的5自由度非线性模型对NES进行了参数优化和验证。结果表明,NES的减振性能受其自身刚度、阻尼及发动机激励幅值影响,合理设计NES参数可以高效抑制汽车传动系统的扭转共振,而不恰当的NES参数会促使系统发生高分支周期响应,导致异常振动峰值出现,经优化后的NES可以仅5%的惯量比使传动系统转速波动均方根值降低41.3%,减振效果显著。该研究可为NES在传动系统扭振抑制中的应用及其参数设计提供参考。

基于多智能体强化学习的重载运输车队队列控制

重载运输队列作为现代战争战备物资高效运输方式,有效提升运输能力并降低运输成本。现有队列控制主要关注运动控制特征,忽略了重载特种车辆自身驱动系统构型下系统动力响应特性。基于此,提出了基于多智能体强化学习的重载运输车队队列控制策略,通过控制策略自主式参数优化实现重载队列协同控制,搭建了融合长短时记忆网络的柔性动力需求引导方法,将长期规划策略与短期控制策略解耦,并分别在双层马尔科夫链迭代,建立动力总成元件工况柔性调节控制方法。标准工况试验结果表明:所提出的队列控制策略使队列行驶过程中车头时距保持在1.2 s,动力电池荷电状态维持在35%~65%,并使发动机工作在高效经济区间内,有效提升了重载运输队列的稳定性、耐久性与燃油经济性。

整车振动故障诊断与动力总成悬置系统优化

动力总成工作激励是汽车振动噪声的主要来源之一,与之相关的振动噪声问题常常表现为低频性和轰鸣性。针对某开发车型出现的低频振动与轰鸣问题开展故障诊断与改进工作,首先通过整车振动测试与分析,确定动力总成系统由于模态分布不合理而引发共振是故障问题的根源。采用遗传算法,对悬置系统进行优化设计匹配,根据发动机工作激励频率,对动力总成刚体模态实现了避频设计,有效解决了共振问题。最后对悬置系统进行了解耦率、静平衡和极限工况校核,以及整车振动测试,验证了动力总成优化设计方法的有效性。

混合动力汽车发动机启停工况扭振自适应模糊控制

混合动力汽车(hybrid electric vehicle,HEV)发动机启停过程伴随的转矩脉动,易诱发车辆传动系扭振,导致车辆动力不平顺。为解决上述问题,提出并验证基于电磁阻尼自适应模糊控制的传动系扭振主动控制方法。建立行星混联式混合动力汽车发动机启停工况动力学仿真模型和发动机启停控制逻辑,提出发动机启停扭振自适应模糊控制策略,开展2种运行状态下发动机启停工况仿真,对比分析无控制和自适应模糊控制下传动系扭转振动响应曲线。结果表明,自适应模糊控制相比无控制状态:定置停车时发动机启动和停机工况扭振平均衰减率分别为23.8%和30.1%,车辆行进间发动机启动和停机工况扭振平均衰减率分别为12.1%和23.6%。该方法可有效衰减发动机启停工况传动系扭转振动,提升混合动力汽车发动机启停工况NVH(noise,vibration,and harshness)性能。

基于概率模型和数据驱动的动力总成悬置系统可靠性优化

针对电动汽车动力总成悬置系统(PMS)一部分参数为概率变量,一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,开展了基于概率模型和数据驱动的电动汽车PMS可靠性优化设计研究。首先,基于任意多项式混沌(APC)展开和广义最大熵原理推导了一种求解该复杂不确定情形下PMS响应不确定性和可靠性的高效方法;然后,基于蒙特卡洛抽样,给出了该复杂不确定情形下求解PMS响应不确定性和可靠性的参考方法;接着,提出了一种基于APC展开法的灵敏度分析方法,进一步提出了一种考虑响应不确定性和可靠性的PMS优化设计方法;最后,通过应用算例验证方法的有效性,并对系统进行了灵敏度分析和可靠性优化。结果表明,所提出的方法可有效地处理电动汽车PMS一部分参数为概率变量、一部分参数为离散数据的复杂不确定情形,并能可靠地优化该情形下的系统固有特性,且方法具有较高的计算精度和计算效率。

适用于汽车动力总成悬置系统的可靠模型及决策

为了降低汽车悬置刚度属性的不稳定对动力总成悬置系统(Powertrain mounting system,PMS)的影响,设计了一种适用于汽车PMS的可靠模型,并展开算例分析。在分析PMS设计方式和可靠性的关系的基础上,构建得到了一种包含三个步骤的可靠设计模型。研究结果表明:进行解耦率约束时,第4阶模态达到了最小可靠度;逐渐提高不确定水平时,第2阶模态可靠度发生了快速减小。对于频率间隔约束,第2阶与第3阶的频率间隔最易失效,垂向激励将会进一步激发动力总成侧向振动。

电动客车动力总成悬置构型设计优化

针对电动客车悬置出现的问题,系统地比较燃油客车、电动客车悬置系统的特性差异,并分析不同悬置构型对系统NVH性能的影响。结果表明,采用三明治悬置软垫、水平布置构型的悬置更适合电动客车。