《插电式混合动力系统关键技术研发及整车应用》

能源短缺和环境污染问题凸显,发展新能源汽车成为全球共识。插电式混合动力汽车作为新能源汽车中复杂机电集成系统的典型代表,具有经济性和排放性好,续驶里程不受限等优点,已成为科技水平高、发展潜力好的新能源汽车形式。项目以提升中国插电式客车的全球竞争力为目标,针对商用车混合动力系统集成度低、工况适应性差及综合效率低等问题,在国家863计划、河南省科技攻关计划支持下,历经10年技术攻关,在机电耦合系统分析建模与构型优化、混合动力系统高密度集成与动态协调控制、基于工况识别和预测的整车能量综合管理、面向“三化”要求的整车集成及系列化产品开发等方面取得了创新性成果。

混合动力系统是插电式汽车的“心脏”,决定了整车的动力性和节能潜力,为研制高性能的插电式混合动力系统,项目基于广义变量分析法,提出了以广义转速和广义转矩为基本单元,以转速耦合方程和转矩耦合方程为判定条件的系统分析模型,形成了以综合节能减排为目标约束的机电耦合系统理论分析、拓扑优化和功能生成方法,分析提出了3类耦合系统的优化方向和节能途径。基于中国客车行业现状和技术瓶颈问题,提出并实施了独具特色的串联→串并联→行星混联→多模行星混联的插电式系统构型优化路线,研制了四代插电式混合动力系统,全面满足了城市公交、公路和山区等工况要求,节油潜力可达50%以上。

为实现动力系统的高效率、轻量化和紧凑化,发明了一种混合动力专用发动机,以及电机-行星排变速器密封结构和动力系统,实现了混合动力系统的高密度集成,机械传递效率提高了25%,轴向长度减少了35%,机械部分重量减少了20%。发明了一种新能源汽车高压集成式控制器新结构,实现了驱动电机控制器、DC/DC、高压配电、转向电机控制器、空压机电机控制器的一体化集成,高压连接点、体积和重量减少50%以上,防护等级达到IP68。发明了一种新能源客车多动力单元协调控制装置实时测标系统,开发了模式切换过程鲁棒预测和动态协调控制策略,模式节换时间降至0.9s以内,系统最大冲击度降至20m/s3以下,提高了整车的NVH性能。

整车控制系统是插电式汽车的“大脑”,直接影响整车节能潜力的发挥,为最大程度地提高整车节油率,基于车路耦合对实车能耗的影响特性分析,开展了基于工况识别和预测的整车综合能量实时优化管理技术研究。根据路况信息挖掘和利用程度,系统提出了循环工况构建、工况在线识别、短期工况定步长和变步长预测、全局工况预测、多源工况信息感知等路况信息利用方法,建立并实施了对应的整车能量管理和优化策略,基于深度学习的整车能量优化管理方法相比全局优化节能效果差异5.59%,计算时间减少了98.51%。

基于性能指标约束的整车正向开发技术,按照“三化”(平台化、模块化、通用化)设计要求,形成了具有自主知识产权的插电式混合动力系统技术平台。通过动力平台通用化、关键总成模块化、机电接口标准化,建立了配置可更改、功能可定制、系统平台化、成本差异化的插电式客车产品开发体系和零部件、系统、整车三级验证体系,形成了整车技术要求和设计规范,开发了8~18米插电式客车(含油电和气电)系列化产品。

项目获授权发明专利16件,制定国家、行业标准3项,发表论文35篇,获国家汽车产品公告164个,12米插电式客车电量平衡模式下的百公里油耗16.79L,处于国际领先水平。截止2018年12月31日,相关产品累计销售29769辆,直接经济效益240.7亿元,产业增值超过1200亿元,并在古巴、乌拉圭、巴拉圭等国家示范和销售。每年可节油3.9亿升,节省燃料费26.3亿元,减少碳排放104.5万吨,经济社会效益显著。

成果说明

2018年2月,插电式混合动力客车(ZK6125CHEVG)在古巴哈瓦那省投入批量运营,整体运行稳定,节能减排效果好,安全可靠,无重大故障发生。 2011年9月,4111辆插电式混合动力公交车在郑州市投入运营,整体运行稳定,无重大故障发生,整车实际线路节油/节气率可达52%。 2013年1月,18辆插电式混合动力客车在佛山市投入运营,整车实际线路平均节油率可达36%。 2013年5月,150辆插电式混合动力公交车在喀什市投入运营,在-20℃~39℃的高温高寒极端天气条件下,整车实际线路节油/节气率可

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