混合动力电动汽车动力性与经济性评价方法研究
汽车动力性是指在良好路面上直线行驶时，汽车由纵向外力决定的可能达到的平均行驶速度。它代表的是汽车作为一种交通运输工具以最大平均车速行驶时的运送货物和乘客的能力。HEV（Hybrid Electric vehicles）的经济性是指汽车尽可能少的能量消耗完成运输工作的能力，是汽车的主要使用性能之一。随着HEV的推广使用，对其性能的评价提出越来越多的要求。在满足动力性的条件下，应尽可能改善HEV的经济性，尤其是续驶里程的提高，是人们关注的重点。因为HEV为内燃机与发电机混合驱动，传统的汽车动力性与经济性评价方法已经不再适宜HEV的使用工况和整车性能的评价。此外，传统的能耗评价方法不能对HEV能耗评级。基于上述两点原因，掌握HEV的特点，对其能量消耗情况进行分析得出经济性评价方法与动力性，经济性综合评价方法，对于提高整车性能和改善驾驶者感受，都有着十分重要的作用。本文首先介绍了HEV国内外近年来的发展动态，表明混合动力电动汽车是目前车辆领域发展最主要的方向。之后介绍了HEV的结构和大致上的运行原理。再根据HEV的特点，分析HEV的能量消耗情况，并对其中关键总成的能耗及影响因素进行了总结。从整车参数角度建立了模型，及其在不同工况下的能耗分析，最终提出HEV的动力性经济性评价方法，并选取动力性与经济性进行综合评价。要良好地反映HEV的性能，主要内容还是在于1.能耗分析；2.建立整车模型，考虑损耗，为HEV经济性影响因素提供依据；3.得出综合评价方法；4.选择车辆实例研究关键词 混合动力电动汽车，能耗分析，建模仿真，动力性、经济性综合评价，熵值法
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外混合动力电动汽车相关研究动态 2
1.3 混合动力电动汽车的优势和不足 4
1.4 本课题主要研究内容 5
2 混合动力电动汽车的结构和原理 5
2.1 混合动力电动汽车的基本组成 5
2.2 混合动力电动汽车的分类 6
2.3 HEV 动力性和经济性评价指标 8
3 混合动力电动汽车能量消耗分析 9
3.1 HEV结构上对于能耗的影响 10
3.2行驶工况的能耗分析 11
3.3动力系统关键 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
总成的能耗特性及其影响因素 13
4 HEV基于ADVISOR仿真模型的建立与分析 16
4.1汽车仿真软件ADVISOR简介 16
4.2 ADVISOR的使用介绍 17
4.3 HEV驱动系统各总成建模与分析 20
4.4整车模型的建立与分析 25
5 HEV的动力性和经济性综合评价体系 25
5.1 HEV动力性经济性综合评价指标 25
5.2 HEV动力性经济性综合评价实例 27
结论与展望 33
致谢 34
参考文献 35
1 绪论
1.1 引言
自从人类社会踏入21世纪以来，能源问题越来越多地受到社会各界的关注，能源的供给和需求面临着严峻的挑战。全世界每天约消耗8500万桶石油，其中中国就占有1000万桶左右，美国约2500万桶。然而，已经发现的石油储存总量只有13000亿桶[1]。也就是说，即便是不考虑逐年递增的需求，仅以目前每日的消耗速度，全世界将在2060年用完所有的石油。或许有人会辩解“仍有不少隐藏的石油能源未被发现”，但从目前的状况来看，新石油储存量的发现速度是远远赶不上需求的增长速度的。在这些消耗的石油中，60%是用于交通运输。有关统计显示，在80%以上的道路条件下，大多数轿车仅动用了动力潜能得40%，在市区更是降低到了25%，造成了能源的极大浪费。因此，降低石油的消耗速度对于经济社会的可持续发展有着十分必要的作用。
其次，在环境发展发面，交通运输的汽车大都采用内燃机，其燃料燃烧所产生的排放气体极大程度上加剧了全球气候变暖。除主要排放的CO2气体，还包括汽油燃烧产生的一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）和未完全燃烧的碳氢化合物及有机物（VOC）等，这些排放物都会造成环境的污染，最终危害人体健康。所以减少化石燃料燃烧排放气体也显得尤为重要[2]。
基于以上能源及环保两点原因，汽车发展方向逐步向节能和环保方向转变，而混合动力电动汽车作为传统燃油汽车向纯电动汽车过度的理想产品，首先受到人们的关注。电动汽车（EV）包括纯电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）、和燃料电池汽车三类[2]。使用纯电动汽车可以实现零排放，没有有害气体的排放，并且电能的使用可以利用水力、煤炭等其他资源，从另一方向上减少石油消耗，不失为理想的车辆。但其成本太高，对于电池的容量、寿命等要求往往难以降低成本，性价比比不上传统燃油汽车，故难以商品化生产。再者，纯电动汽车由于电池发展上仍未突破，比之内燃机能量较小，续驶里程短，这就要求较为成熟的城市电网及充电设施的建设，这一点在大多数国家仍在进行中。燃料电池汽车具有相当多的优点，效率高、排放低、噪声低，是21世纪重点研究项目之一，但其研究尚未成熟，所以要产品化仍需要相当长一段时间。
在这种背景之下，以将内燃机和电动机结合的设计思路更为理想和便捷，成为了目前较为成熟的开发项目，它最重要的特点是能够满足日益严格的排放标准和在保持动力性、操纵灵活性的前提下显著提高燃油经济性，而且混合动力电动汽车能够推动电池技术的发展，有利于纯电动汽车及其他电池相关项目逐步成熟。
1.2 国内外混合动力电动汽车相关研究动态
纯电动汽车在电池等相关方面仍存在很大的问题，所以在未来10年里，混合动力电动汽车必然会作为一项新型项目而持续受到关注。在欧美及日本地区，混合动力电动汽车方面已经取得了不少重大的研究成果和进展。下面介绍一些国内外HEV的相关发展状况和研究动态。
1.2.1国外混合动力电动汽车发展状况
（1）美国
1993年美国提出了新一代高效节能汽车的PNGV计划，并在1998年展出样品车。美国能源部也与三大汽车公司签订HEV开发合同，并进行一系列技术研究和开发工作。此外，美国通用汽车公司在1990年展出的“冲击”(impact)牌电动车，具有时速128km/h的车速，096km/h加速时间小于9s，续驶里程达到144km，车载充电机充电时间为15h，固定充电机充电为3h等参数。同时通用公司于1998年开发了新型EV1混合动力电动汽车，现已投入商业运行，并在中国占有市场[1]。
福特公司也开发了P2000型5座并联式混合动力电动汽车，已经达到了项目PNGV部分目标，并在2003年推出了小型运动车Escape，至2005年已售出40万辆。
克莱斯勒汽车公司于1998年开发出道奇“无畏”WSX2串联式混合动力汽车，并致力于继续开发HEV大客车。
目录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外混合动力电动汽车相关研究动态 2
1.3 混合动力电动汽车的优势和不足 4
1.4 本课题主要研究内容 5
2 混合动力电动汽车的结构和原理 5
2.1 混合动力电动汽车的基本组成 5
2.2 混合动力电动汽车的分类 6
2.3 HEV 动力性和经济性评价指标 8
3 混合动力电动汽车能量消耗分析 9
3.1 HEV结构上对于能耗的影响 10
3.2行驶工况的能耗分析 11
3.3动力系统关键 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
总成的能耗特性及其影响因素 13
4 HEV基于ADVISOR仿真模型的建立与分析 16
4.1汽车仿真软件ADVISOR简介 16
4.2 ADVISOR的使用介绍 17
4.3 HEV驱动系统各总成建模与分析 20
4.4整车模型的建立与分析 25
5 HEV的动力性和经济性综合评价体系 25
5.1 HEV动力性经济性综合评价指标 25
5.2 HEV动力性经济性综合评价实例 27
结论与展望 33
致谢 34
参考文献 35
1 绪论
1.1 引言
自从人类社会踏入21世纪以来，能源问题越来越多地受到社会各界的关注，能源的供给和需求面临着严峻的挑战。全世界每天约消耗8500万桶石油，其中中国就占有1000万桶左右，美国约2500万桶。然而，已经发现的石油储存总量只有13000亿桶[1]。也就是说，即便是不考虑逐年递增的需求，仅以目前每日的消耗速度，全世界将在2060年用完所有的石油。或许有人会辩解“仍有不少隐藏的石油能源未被发现”，但从目前的状况来看，新石油储存量的发现速度是远远赶不上需求的增长速度的。在这些消耗的石油中，60%是用于交通运输。有关统计显示，在80%以上的道路条件下，大多数轿车仅动用了动力潜能得40%，在市区更是降低到了25%，造成了能源的极大浪费。因此，降低石油的消耗速度对于经济社会的可持续发展有着十分必要的作用。
其次，在环境发展发面，交通运输的汽车大都采用内燃机，其燃料燃烧所产生的排放气体极大程度上加剧了全球气候变暖。除主要排放的CO2气体，还包括汽油燃烧产生的一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOx）和未完全燃烧的碳氢化合物及有机物（VOC）等，这些排放物都会造成环境的污染，最终危害人体健康。所以减少化石燃料燃烧排放气体也显得尤为重要[2]。
基于以上能源及环保两点原因，汽车发展方向逐步向节能和环保方向转变，而混合动力电动汽车作为传统燃油汽车向纯电动汽车过度的理想产品，首先受到人们的关注。电动汽车（EV）包括纯电动汽车（EV）、混合动力电动汽车（HEV）、和燃料电池汽车三类[2]。使用纯电动汽车可以实现零排放，没有有害气体的排放，并且电能的使用可以利用水力、煤炭等其他资源，从另一方向上减少石油消耗，不失为理想的车辆。但其成本太高，对于电池的容量、寿命等要求往往难以降低成本，性价比比不上传统燃油汽车，故难以商品化生产。再者，纯电动汽车由于电池发展上仍未突破，比之内燃机能量较小，续驶里程短，这就要求较为成熟的城市电网及充电设施的建设，这一点在大多数国家仍在进行中。燃料电池汽车具有相当多的优点，效率高、排放低、噪声低，是21世纪重点研究项目之一，但其研究尚未成熟，所以要产品化仍需要相当长一段时间。
在这种背景之下，以将内燃机和电动机结合的设计思路更为理想和便捷，成为了目前较为成熟的开发项目，它最重要的特点是能够满足日益严格的排放标准和在保持动力性、操纵灵活性的前提下显著提高燃油经济性，而且混合动力电动汽车能够推动电池技术的发展，有利于纯电动汽车及其他电池相关项目逐步成熟。
1.2 国内外混合动力电动汽车相关研究动态
纯电动汽车在电池等相关方面仍存在很大的问题，所以在未来10年里，混合动力电动汽车必然会作为一项新型项目而持续受到关注。在欧美及日本地区，混合动力电动汽车方面已经取得了不少重大的研究成果和进展。下面介绍一些国内外HEV的相关发展状况和研究动态。
1.2.1国外混合动力电动汽车发展状况
（1）美国
1993年美国提出了新一代高效节能汽车的PNGV计划，并在1998年展出样品车。美国能源部也与三大汽车公司签订HEV开发合同，并进行一系列技术研究和开发工作。此外，美国通用汽车公司在1990年展出的“冲击”(impact)牌电动车，具有时速128km/h的车速，096km/h加速时间小于9s，续驶里程达到144km，车载充电机充电时间为15h，固定充电机充电为3h等参数。同时通用公司于1998年开发了新型EV1混合动力电动汽车，现已投入商业运行，并在中国占有市场[1]。
福特公司也开发了P2000型5座并联式混合动力电动汽车，已经达到了项目PNGV部分目标，并在2003年推出了小型运动车Escape，至2005年已售出40万辆。
克莱斯勒汽车公司于1998年开发出道奇“无畏”WSX2串联式混合动力汽车，并致力于继续开发HEV大客车。
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