发动机总成优化对混合动力车节油会起到举足轻重的作用。 如丰田PriusⅡ采用1.5L的阿特金森发动机, 它的最低比油耗只有220g/kWh。
2 整车技术
掌握了混合动力系统的关键技术, 如何在整车平台上搭载混合动力系统, 成为混合动力车产业化的关键, 包括整车总布置、 动力系统、 底盘、 整车电子电器等系统的设计和开发。
2.1 整车性能及总布置
2.1.1 动力性及经济性
对于混合动力汽车来说, 我们更关注整车燃油经济性, 但汽车作为交通运输工具还需有一定动力性。 因此, 对于混合动力车, 我们首先要确定整车动力性及燃油经济性, 这确定了发动机功率、 双电机功率和动力电池性能参数。
整车动力性的目标为不低于传统汽油车的动力性: 最高车速≥180km/h, 最大爬坡度≥30%, 0—100 km/h加速时间≤12 s。
燃油经济性百公里综合油耗≤5.3L, 相对于传统车节油30%以上。
2.1.2 混合动力系统主要参数
发动机、 动力电池、 双电机性能参数直接决定整车动力性能; 而整车控制策略则决定了整车燃油经济性。
阿特金森发动机开发标定难度风险大, 而采用改进的奥拓循环发动机, 开发时间短, 风险小。 发动机排量为1.8L, 最大功率为90kW/6000r/min, 最大转矩为168Nm/3800r/min。
动力电池为功率型镍氢电池, 额定电压为288V,能量为6.5 Ah。 动力电池功率和充放电性能取决于整车动力性要求。
大小电机功率分别为50kW和30kW, 最大转矩分别为200Nm和80Nm, 最大转速分别为8500r/min和10500r/min。
2.1.3 整车布置
混合动力车能改善前后轴荷分配。 动力电池和12 V铅酸电池布置在行李舱内, 混合动力传动箱和电机控制器布置在机舱内。 前后轴荷接近50%︰50%,有利于整车转向稳定性。
整车布置关键在机舱布置。 动力总成布置应遵循整车布置基本原则, 严格控制动力总成与周边的间隙。 在原发动机冷却系统基础上, 增加了混合动力传动箱油冷系统和电机控制器水冷系统。 冷却系统布置也要合理。 电机控制器和继保盒空间布置是难点。
2.2 动力系统
动力系统变更设计包括: 发动机附件、 发动机悬置和冷却系统。 进气系统应做适应性变更设计,排气系统根据排放需求进行三元催化器结构和配方设计。
2.2.1 发动机总成轮系设计
电动助力转向和电动空调的使用, 整车12 V用电及蓄电池充电均通过DC-DC转换完成。 发动机总成前端轮系简化, 通过惰轮设计完成对发动机冷却水泵驱动。
丰田Prius Ⅲ发动机总成取消前端轮系, 发动机冷却水泵采用电动水泵, 提高发动机效率和整机轻量化。
2.2.2 发动机悬置设计
发动机悬置系统是汽车振动系统的一个重要子系统, 该系统性能设计优劣直接影响整车的NVH性能, 对混合动力车尤为关键, 发动机频繁起停, 如系统设计不合理, 直接影响整车舒适性。 目前, 现行的设计方法是通过优化计算, 合理设计悬置的刚度、 布置位置和布置角度, 使得动力总成悬置系统具有较高的振动解耦程度, 使得总成到车架间的振动传递率最小, 从而提高汽车的乘坐舒适性。
在发动机起停和车辆加速过程中, 发动机转矩和双电机的转矩同时作用在发动机悬置上, 动力总成瞬间相对惯性主轴产生较大旋转。 为了满足车辆行进间舒适性, 应优化悬置结构和刚度, 同时完善混合动力起停控制策略。