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。

耦合全工况高效余热回收系统的混动卡车道路适应性研究

公路运输领域的节能减排是实现碳中和战略的重要环节。重型商用车辆功率以及续航需求大,由传统燃油车型向混合动力转型并进行余热回收利用对提升发动机效率、降低能耗具有重要意义。但目前的研究中与混合动力耦合的余热回收系统的结构简单,仅能回收缸套水或烟气单一形式的余热能,对车辆整体效率的提升程度有限。因此提出了一种基于有机朗肯循环的能够同时回收烟气及缸套水余热并在全工况下高效运行的余热回收系统。将其与串联式混合动力系统耦合,并在高速、城郊道路工况下运行,深入探究了有机朗肯循环系统性能表现以及耦合系统整体能效提升效果。结果表明在考虑余热回收系统质量的前提下,该余热回收系统在高速路况USHWY对发动机效率的提升为2.85%,降低整体燃油消耗6.78%,在城郊路况UDDS下提升发动机效率2.30%,整体燃油消耗降低6.43%,证明了系统的节油能力和应用潜力。研究发现有机朗肯循环系统工作惯性大,发动机的长期稳定运行对于提升系统输出功率和效率具有决定性作用,因此该系统适合匹配高速运行的重型混合动力车辆。

串联式混合动力矿卡双模能量管理策略研究

为充分发挥油电混动系统在矿卡上的节能减排性能,针对串联式混合动力矿卡提出一种双模能量管理策略(EMS)。利用反向传播神经网络(BPNN)构建了“发动机最优油耗模式”和“增程器效率最优模式”模型,在此基础上,设计了一种双模EMS来调整增程器与电池包的功率输出,实现了整车在复杂工况下的能耗实时调整,以实际工况数据对提出的策略进行了硬件在环仿真验证。结果表明,与规则策略和等效能耗最小策略相比,双模EMS的节油率分别提升了12.74%和7.4%,进一步提升了实时策略的节油性能。

混合动力矿用卡车节能协同优化及最优实时控制综合研究

混合动力汽车的燃油经济性很大程度上取决于系统的传动系参数和能量管理策略。然而,针对传动系参数和能量管理策略对燃油经济性优化存在交互影响的问题,以及能量管理策略实时性和全局最优性难以兼顾的问题,尚缺乏一套行之有效的实现方法。为此,以混合动力矿用卡车为研究对象,建立整车数学模型,以减少燃油消耗为目标,建立了综合考虑传动系参数与能量管理策略交互作用的协同优化模型;联合粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法和动态规划(Dynamic Programming,DP)算法构建双层交互式优化算法进行求解,以消除传动系参数和能量管理策略之间的交互效应,实现在对传动系参数最优化的同时完成最优能量分配。在此基础上,针对DP算法难以实现在线控制的问题,对最优传动系参数对应的DP能量管理最优解进行整合,设计了一种有效提取DP最优控制规则的方法,建立了基于最优控制规则的能量管理策略,以此来实现混合动力矿用卡车的在线控制。依据建立的传动系参数和能量管理策略协同优化及最优能量管理实时控制策略的一体化实现方法,将获得的最优传动系参数和对应的最优能量管理实时控制策略一同在Stateflow-AMESim联合仿真平台上进行仿真验证。结果表明,该方法所得到的燃油消耗结果优于单独的DP优化结果,并且与PSO-DP优化得到的结果接近程度较高,表明了该优化方法是有效、可行的。

并联式混合动力自卸车控制策略与经济性研究

针对并联式混合动力重型自卸车的经济性评价问题,文章提出了一种基于转矩因子的逻辑门限控制策略,建立了一套基于Cruise与MATLAB/Simulink的联合仿真模型,对并联式混合动力重型自卸车的经济性进行了深入研究。首先对关键动力总成进行了选型和参数匹配并建立了整车仿真模型。然后,采用基于转矩因子的逻辑门限的方法建立了混合动力控制策略模型,并将整车模型与混合动力控制策略模型进行联合仿真;重点分析了重型商用车瞬态工况(CWTVC)和自卸汽车行驶工况(CHTC-D)下的整车经济性,并将仿真和试验结果进行了对比分析。结果表明,CWTVC循环工况下,电量消耗模式(CD)和电量保持模式(CS)下分别节油16.7%和6.4%;CHTC-D循环工况下,CD和CS模式下分别节油39.6%和25.4%。仿真与试验结果的经济性误差在为0.49 L/100 km,节油率误差低于1.5%,所建立的经济性仿真模型具有较高的精度,所提出的策略能够显著提高混合动力重型自卸车的车辆燃油经济性。

混合动力重卡构型发展现状及趋势

随着中国“双碳”目标的持续推进以及第四阶段油耗法规限值的即将实施,重卡领域的节能减排已是刻不容缓,由于混合动力技术拥有出色的降碳排和降油耗能力,因此,成为重卡满足该法规要求的重要途径。文章着重分析了混合动力重卡构型的分类及特点、应用场景、应用现状及未来趋势。经分析表明,混动重卡构型主要分为串联式、并联式、混联式三种,混动重卡需要根据运行工况及应用场景的不同,灵活匹配不同混动构型。目前串联、并联、混联构型已在不同场景下得到市场应用,其中P2并联构型是主流应用构型,未来重卡混动构型将向多元化发展,而高效集成专用混动总成将是重卡混动构型未来发展的重点。

混凝土搅拌车微混技术研究和应用

文章将传统燃油搅拌车、纯电动搅拌车和混动搅拌车的现况进行对比分析。对搅拌车微混技术方案进行说明,详细介绍微混搅拌车项目上装电驱系统的各个电控器件的功能和该方案节油原理,为搅拌车的发展提供新思路。

基于矿区左行交通规则的自适应双层搜索路径规划优化算法

露天矿山环境复杂、道路非结构化,矿用卡车(简称“矿卡”)自动驾驶路径规划面临长距离搜索规划效率低以及矿区特有的左行交通规则的挑战。为改进矿卡在矿区内的导航性能,同时确保路径的安全性和实时性,文章提出一种基于矿区左行交通规则的自适应双层搜索路径规划优化算法。首先,其上层搜索采用基于快速探索随机树(RRT)算法并结合矿区的环境特点对搜索步长进行自适应调整,在空旷地带以较大步长进行高效搜索,而在狭窄或多弯道区域则采用较小步长进行精细搜索,同时通过设置左侧行驶区域约束进一步优化了搜索过程,避免了潜在的车辆冲突,从而实现路径搜索的快速收敛;其下层搜索采用混合A*算法,通过路径选择的奖励与惩罚机制,有效减小了搜索空间,提高了路径规划的实时性。接着,采用RS曲线技术和改良的三次样条曲线对最终路径进行平滑处理,不仅优化了路径曲率,还保证了矿卡以最优姿态准确到达目标位置。最后,采用梯度下降法进行进一步优化,以生成一条高效、安全且平滑的路径。试验结果表明,该算法的路径生成时间相较“混合A*+梯度下降”算法、“粒子群+梯度下降”算法和“RRT+梯度下降”算法的平均减少14.8%,路径曲率平均减小0.011 m^(-1),显著提升了矿区自动驾驶卡车的导航效率和安全性。

露天矿场无人驾驶自卸车路径规划方法研究

针对矿用自卸车在露天矿场环境下的路径左行要求以及长距离运输路径的平滑效率问题,提出了基于Clothoid曲线拓展的左行混合A*算法和离散点对角向量模最小化平滑算法相结合的路径规划方法。首先,在混合A*算法节点拓展搜索过程中,采用Clothoid曲线代替传统圆弧进行拓展,以保证混合A*搜索路径的曲率连续性和曲率变化率限制要求。然后,利用左行规则改进混合A*算法累加代价和启发代价,在累加代价中加入左转代价和碰撞吸引代价保证路径向左和沿地图边界左侧进行规划,在启发代价中根据拓展方向与地图边界最近点的左右位置关系调整拓展代价得到利于左行的启发代价图,以生成左行全局粗略路径。最后,结合二次规划技术,以离散点对角向量模最小化为目标函数,坐标轴方向移动量为约束,构建平滑优化模型,对全局路径进行平滑,同时为防止平滑过程中曲率超限超出车辆转向响应能力,利用大曲率点可行域隧道缩减技术,限制大曲率点平滑可移动量。试验结果表明:所提方法可以生成适应矿区左行规则的沿地图左侧边界行驶的全局路径;启发代价的改进有效地减少了混合A*算法拓展的节点数量,有利于更好实现左行;离散点路径平滑方法有效提高了全局路径的平滑度,利于车辆控制跟踪;Clothoid曲线拓展与可行域隧道缩减技术可有效应对装载、卸载等大曲率路径,不存在曲率超限情况;对比不同长度路径规划耗时数据,路径平滑算法有效降低了路径规划的总耗时,4 km路径平滑耗时只需76 ms;左行规划的实现和总耗时的减少提高了路径对于矿区场景的适应性。

混合动力技术在重卡市场应用前景分析

随着碳达峰碳中和目标的推进以及四阶段油耗法规的提出以及重卡行业销量的逐年增长,节能减排成为了重卡行业不可避免的话题,重卡为达到节能减排和双碳目标主要有以下路线:传统燃油车、纯电动汽车、燃料电池汽车以及混合动力汽车这几种主流方案。本文分析了混合动力汽车的构型及目前各种构型的发展状态,分析了各个构型的优缺点。经过分析表明,基于低碳目标的要求和四阶段油耗法规的限制,传统燃油重卡可在碳达峰阶段通过提升技术水平获得一定发展,燃料电池重卡在短期内,由于成本、核心技术以及储运设施、基础设施的限制还无法成为节能减排的主力,但是它们是解决碳中和阶段的终极解决方案,应在碳中和阶段快速导入。而现阶段到碳达峰这一时期,混合动力系统由于出色的降碳排和降油耗能力,是重卡满足碳达峰阶段最有效的技术手段。

重型载货汽车钢铝混合车身轻量化方案研究

通过对铝合金车身不同技术路线对比研究,提出“型材框架+覆盖件”钢铝混合重型载货汽车车身轻量化方案。基于该车身结构完成材料选用、连接工艺对比与方案制定,并采用CAE软件对该车身的模态、刚度、疲劳、碰撞性能进行仿真分析,各项性能指标均满足产品要求。该钢铝混合车身较原钢质车身质量降低81.5 kg,降幅22.4%,为后续重型载货汽车车身轻量化设计与制造提供参考。

大功率型燃料电池重卡能量管理策略的研究

针对大功率型燃料电池重卡混合动力系统尚无成熟能量管理策略的问题,提出在燃料电池重卡能量管理策略设计中燃料电池保护优先的控制方法。根据该方法,综合考虑重卡动态工况特性和动力系统工作特性,以实现燃料电池工作状态最优为前提,以提高重卡经济性和燃料电池耐久性为目标,建立了复合模糊控制能量管理策略;在此基础上,为降低燃料电池劣化工况出现的频率,使用加权均值滤波算法WAFA和燃料电池变载速率限制法,提出了WAFA复合模糊控制能量管理策略。仿真结果表明:在重卡的复杂工况下,WAFA复合模糊控制策略在整车经济性和燃料电池耐久性方面均优于功率跟随策略,其中:燃料电池平均工作效率提高6.46%,等效百公里氢耗降低4.64%,燃料电池劣化工况明显减少。本研究为大功率型燃料电池重卡的能量管理策略研发提供了参考。

串联式混合动力搅拌车控制策略仿真研究

以某串联式混合动力搅拌车为研究对象,根据车辆的工作场景和动力特性,基于目前的发动机动力和电机工作特性,分析并建立了发动机的定点控制策略和基于最优曲线的功率跟随控制策略。在MATLAB/Simulink软件中建立了控制策略模型,结合AVL-Cruise软件中建立整车模型,在C-WTVC循环下进行了两种策略的仿真与结果分析。结果表明,该车采用定点控制策略的燃油经济性与功率跟随控制策略的燃油经济性基本相当,但功率跟随策略的电池循环次数明显少于定点控制策略,这对电池寿命更为友好。

重型矿卡轮-轴协同式混动系统及控制策略研究

矿用自卸车因其“多拉快跑”的特性而被广泛应用于露天矿山中进行煤炭、矿石等物料的运输。针对经典两轴车及宽体车传统驱动系统存在的动力性能有限、燃油经济性不佳、尾气排放严重等现实问题,面向露天矿自卸车重型化发展对其动力系统提出的超大功率需求与高动力经济性要求,提出了一种新型轮−轴协同式混合动力系统并研究其控制策略。首先,设计了“中轴由柴油机驱动、前后轴由电机驱动”的新型轮−轴协同式混合动力驱动系统,制定了8种工作模式;其次,分析矿用自卸车典型行驶工况,开展循环工况路谱数据采集试验,建立了露天矿专用循环工况曲线;再次,分析确定了轮−轴协同式混合动力系统在不同混动模式下的模式切换及转矩分配方案,利用Matlab/Simulink搭建了基于转矩的逻辑门限值整车控制策略模型;最后,在CRUISE软件中搭建轮−轴协同式混合动力矿车模型,导入控制策略后进行联合仿真试验,分别对车辆的动力经济性能和牵引重量的提升效果进行对比分析。结果表明:若采用提升性能方案,经混动改造后满载时的最高车速、最大爬坡度分别提高了29.51%和54.36%,0~30 km/h的加速时间、百公里综合燃油消耗分别下降了82.30%和56.29%,发动机、电机、电容的工作特性更佳,整车的动力性能与经济性能均得到了较大改善;若采用增大载重方案,经混动改造后整车载重可提升21.54%,满载时的最高车速、最大爬坡度分别提高了28.60%和52.31%,而0~30 km/h的加速时间、百公里综合燃油消耗则分别下降了77.09%和42.15%。

某混动皮卡进气空滤的辐射噪声分析及结构优化

进气声压导致空滤壳体振动,从而产生辐射噪声,因此,可以通过优化空滤的结构来抑制辐射噪声。一辆混动皮卡车在试验过程中发现,发动机在2000 r/min时车内存在明显轰鸣声。针对该轰鸣声进行排查,发现进气系统空滤壳体辐射噪声大是主要贡献源。为解决该问题,首先进行空滤模态分析和进气声压谱计算,结果表明,进气系统声压激励与空滤壳体面板的模态频率耦合共振,导致车辆噪声增加;其次,通过对空滤上壳体的拓扑优化,找出了加强筋的最佳布置位置,使空滤上壳体模态频率得到大幅提高,避开了声压激励频谱最大值的频率,消除共振;再次,通过辐射噪声的计算,确认了优化后的空滤上壳体的总声功率级降低了8 dB(A),噪声改进效果非常明显;最后,通过实车验证,证明该研究方法可以有效地解决此类似问题。

混合动力叉车节能效果评价及能量回收系统试验

以内燃叉车节能为目的,设计了一种混合动力叉车的驱动与能量回收系统。以某型3t级内燃叉车为原型机,建立混合动力叉车系统的仿真模型并进行仿真分析。为了验证仿真结果,对混合动力叉车所采用的能量回收系统进行了试验研究。仿真与试验结果表明:在叉车标准工况下,混合动力叉车能实现20.8%的综合节能效果,其能量回收系统能实现34.6%的能量回收率。

液压混合动力矿用卡车系统参数多目标优化研究

以液压混合动力矿用卡车为研究对象,综合考虑能量管理控制参数与传动系参数对燃油经济性和小型化目标的影响。选取能量管理控制参数与传动系参数为优化变量,以矿用卡车的动力性能为约束条件,建立燃油经济性和小型化为目标的多目标优化评价方法。选取NSGA-Ⅱ算法对混合动力系统进行多目标的优化。结果表明:在满足动力性约束的基础上,优化后等效百公里油耗下降了14. 86%,爬坡度上升了12. 39%。该多目标优化方法的收敛性和分布性较好,得到的pareto解集能够给液压混合动力矿用卡车的设计提供更多的方案进行选择,体现了基于NSGA-Ⅱ算法的多目标优化的优势。

一种新的集卡动态调度模型及算法

港口物流环节中,集卡的调度直接影响着港口的工作效率.目前,对集卡装和卸同时进行的调度模型和算法鲜有研究.本文以一艘船待装集装箱、一艘船待卸集装箱、装卸同时进行为例,提出一种动态优化模型,并用遗传算法求解.但其不同于一般的遗传算法,这里创造性地引入N6邻域方法来减少解空间搜索范围,提高遗传算法效率;设计了多种交叉操作和变异操作,来增加解的多样性,避免算法陷入早熟;设计了变异概率P,保证了算法的收敛性.实验结果验证了该模型和算法的有效性,从而有效提高集卡运输效率.

基于混合动力变速箱的矿用车传动系统特性分析

基于传统的液力机械变速箱结构,提出了一种适用于百吨级以下矿用车的混合动力变速箱传动系统,使矿用车实现纯电、纯机械及混合动力等16种不同工作模式的切换.利用模拟杠杆法分析混合动力变速箱系统在不同工作模式下的动力传动特点;对两种不同传动方式下的矿用车整车结构进行仿真建模,并利用实际矿山道路循环工况实验数据对其进行仿真分析.结果表明:与传统的液力机械传动方式相比,混合动力变速箱传动方式下的整车驱动性能提高了7.3%;矿山道路单循环工况中,整车经济性能提高了15.5%,其中54%是由于电机对发动机工作点的主动调节,46%来自于电机对制动能量的回收利用.

重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略

公路运输是煤炭运输的重要一环,为提高经济效益,煤炭运输车正日益趋向于重型化发展,使得对驱动系统动力性和经济性的要求越来越高。传统柴油机驱动存在污染严重、油耗高等问题,而电驱动存在动力不足、续航能力差等问题,单一动力驱动难以很好满足重型煤炭运输车动力与环保需求。为提高重型煤炭运输车驱动性能并实现节能减排目标,基于重型煤炭运输车系统结构提出了一种新型分布式混合动力驱动系统,并对其控制策略进行了建模和仿真研究。首先,基于将多个动力源分别布置在重型煤炭运输车牵引车和挂车上的设计思路,设计了一种连接型分布式混合动力驱动系统,主要由柴油发动机、驱动电机、变速箱、动力电池组和多台轮边电机等装置组成;其次,通过对不同工作模式下的能量流向进行分析,设计了基于最优转矩的分布式混合动力驱动系统逻辑门限控制策略,根据分布式混合动力系统工作模式特点提出了不同工作模式下转矩目标值的分配方案,并在MATLAB/Simulink软件中搭建了控制策略模型;然后,根据重型煤炭运输车的实际行驶情况,参照相关国家标准建立了重型煤炭运输车循环工况;最后,将控制策略导入CRUISE软件,与所搭建的整车动力系统仿真模型进行了联合仿真。仿真结果表明:所设计的控制策略能够对发动机和电机的转矩进行合理分配,使得发动机和电机始终在高效率区域工作,动力电池也保持在充放电高效区间;相比传统柴油机驱动方式,在整车牵引质量基本不变的前提下,可实现最大爬坡度增加70%、最高车速提高42.8%、0~30 km/h加速时间缩减34.2%、百公里综合油耗降低17.8%;通过混合动力改造和合理制定控制策略,车辆各项指标较原车均有明显提升。