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【摘 要】介绍了并联式混合动力系统的原理，并结合城市客车运行环境和特点，提出了一种并联式混合动力城市客车动力系统的机电耦合方案，并选用了技术比较成熟的电控柴油发动机、永磁同步电机和锂电池等部件。
【关键词】并联式混合动力；城市客车；应用
引 言
目前，中国以“节能减排”做为国家环境保护和可持续发展的战略。因此，研发在满足驾驶者对驾驶性能的要求下，同时具有节能环保的新型车辆驱动系统具有重要的意义。混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的内燃机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。
1、混合动力技术特点与分类
1.1混合动力汽车具有如下特点：
1.1.1混合动力可以自动停止发动机的怠速，这样减少了传统发动机的能量浪费。
1.1.2刹车能量的回收和利用，避免了传统汽车的刹车能量变成热能而耗散掉。
1.1.3在起步和加速时，电机有辅助动力的作用。
1.1.4混合动力系统能最大地提高整车的运行效率。在低输出功率运行时，发动机的运行效率低，由电动机驱动汽车。在发动机工作效率高时，启动发动机，由发动机驱动汽车或拖动电机给电池充电。
1.1.5发动机的负荷有所减轻，因而排放气体少；
1.2基本的混合动力驱动方式分为：串联式混合驱动、并联式混合驱动、混联式混合驱动
串联：整车只由电动机驱动，发动机带发电机发电
并联：整车主要由发动机驱动，电动机参加助力。也可低速时纯电驱动
混联：电机大，即可串联又可并联
2、动力系统设计与选型
由于城市客车运行在城市工况下，一般是特定线路，固定时间运行，并且频繁处于起步、制动和怠速状态。在这种情况下，混合动力城市客车可以发挥其优势。本文提出了一种适合于某城市工况下并联混合动力城市客车动力系统方案。
2.1整车的主要技术参数
根据城市客车的使用环境和汽车相关法规要求，提出本文所设计的并联式混合动力城市客车整车的主要技术参数如下：
外部尺寸：12000×2500×3165mm,整车整备质量：12395kg,最大总质量：18000kg，轴距：5850mm,前轮距/后轮距：2080/1910mm，座位数：40个，额定载客数：84个，最高车速：≥85 km/h，最大爬坡度：≥20%。
2.2动力系统布置方案
通过分析1.2所阐述混合动力结构的特点，并与其他结构型式进行比较，确定本文设计的混合动力城市客车动力系统采用单轴并联式结构型式，其布置方案如图2-1所示。本系统选用了玉柴电控柴油发动机、镍氢电池、三相交流永磁同步电机和机械式自动变速器，其工作模式及能量流向主要有以下几条线路：
（1）发动机单独驱动：发动机→离合器→自动变速器→驱动桥→车轮
（2）电池单独驱动：电池组→电动机→自动变速器→驱动桥→车轮
（3）发动机和电池同时驱动：发动机+电池→自动变速器→驱动桥→车轮
（4）发动机驱动，同时为电池组充电：发动机的能量一路经自动变速器→驱动桥→车轮，另一路经发电机→电池组
（5）制动能量回收：车轮→驱动桥→自动变速器→发电机→电池组
2.3发动机主要技术参数及工作特性
本文设计的并联式混合动力城市客车用的发动机为四冲程玉柴6J180-30型电控柴油发动机，其主要技术参数如下：
发动机型式：立式直列四冲程增压中冷，排量：6,494L，额定功率：147kW，额定转速：2500r/min，最大扭矩：700N.m，最大扭矩转速(1200-1700r)/min。
2.4电机主要技术参数及工作特性
永磁同步电动机有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，提高电动机的调速范围，是一种比较理想的电动汽车驱动系统。
根据以上的优点，所以本文所设计的动力系统选择永磁同步电机，其主要技术参数如下：
电机型式：永磁同步电机，最大扭矩：600N.m，最大功率：100kW，持续功率：50kW,额定功率转速：1500rpm，最高转速：2500rpm，控制型式：扭矩闭环。
永磁同步电机在额定转速以下恒转矩输出，额定转速以上恒功率输出。该特性近似于活塞式内燃机的外特性曲线，效率要比发动机的效率高的多，最大效率高达90%，最低效率也有75%。对混合动力汽车来说是较为理想的运行特性。
2.5电池主要设计参数
锂离子电池能量密度和功率密度较高、使用寿命较长，因此本文所设计的动力系统选用锰酸锂电池作为其储参系统，其主要技术参数如下：
单体类型：锰酸锂电池，单体电压：3.6V，单体容量：16Ah，模块组成：1并24串，模块电压：86.4V，蓄电池成组方案：1并96串，电池组标称电压：364V，电池组标称容量：16Ah，蓄电池总重量：51kg。
2.6自动变速器主要技术参数
本文设计的并联混合动力城市客车动力系统选用机械式自动变速器（AMT），其一至六档的速比分别为6.11、3.66、2.17、1.42和1，倒档的速比为5.22。主减速比为4.875。
3、总结
本文通过客观分析各种混合动力汽车的结构型式，并结合城市客车的运行环境和特点，提出了本文研究的并联混合动力城市客车动力系统的机电耦合方案。根据并联混合动力城市客车的动力性能要求，对动力系统的发动机、电机、电池和自动变速器进行了选型，从而确定了整车的主要技术参数。
【关键词】并联式混合动力；城市客车；应用
引 言
目前，中国以“节能减排”做为国家环境保护和可持续发展的战略。因此，研发在满足驾驶者对驾驶性能的要求下，同时具有节能环保的新型车辆驱动系统具有重要的意义。混合动力汽车（Hybrid Electrical Vehicle, 简称HEV) 是指同时装备两种动力来源——热动力源（由传统的内燃机产生）与电动力源（电池与电动机）的汽车。
1、混合动力技术特点与分类
1.1混合动力汽车具有如下特点：
1.1.1混合动力可以自动停止发动机的怠速，这样减少了传统发动机的能量浪费。
1.1.2刹车能量的回收和利用，避免了传统汽车的刹车能量变成热能而耗散掉。
1.1.3在起步和加速时，电机有辅助动力的作用。
1.1.4混合动力系统能最大地提高整车的运行效率。在低输出功率运行时，发动机的运行效率低，由电动机驱动汽车。在发动机工作效率高时，启动发动机，由发动机驱动汽车或拖动电机给电池充电。
1.1.5发动机的负荷有所减轻，因而排放气体少；
1.2基本的混合动力驱动方式分为：串联式混合驱动、并联式混合驱动、混联式混合驱动
串联：整车只由电动机驱动，发动机带发电机发电
并联：整车主要由发动机驱动，电动机参加助力。也可低速时纯电驱动
混联：电机大，即可串联又可并联
2、动力系统设计与选型
由于城市客车运行在城市工况下，一般是特定线路，固定时间运行，并且频繁处于起步、制动和怠速状态。在这种情况下，混合动力城市客车可以发挥其优势。本文提出了一种适合于某城市工况下并联混合动力城市客车动力系统方案。
2.1整车的主要技术参数
根据城市客车的使用环境和汽车相关法规要求，提出本文所设计的并联式混合动力城市客车整车的主要技术参数如下：
外部尺寸：12000×2500×3165mm,整车整备质量：12395kg,最大总质量：18000kg，轴距：5850mm,前轮距/后轮距：2080/1910mm，座位数：40个，额定载客数：84个，最高车速：≥85 km/h，最大爬坡度：≥20%。
2.2动力系统布置方案
通过分析1.2所阐述混合动力结构的特点，并与其他结构型式进行比较，确定本文设计的混合动力城市客车动力系统采用单轴并联式结构型式，其布置方案如图2-1所示。本系统选用了玉柴电控柴油发动机、镍氢电池、三相交流永磁同步电机和机械式自动变速器，其工作模式及能量流向主要有以下几条线路：
（1）发动机单独驱动：发动机→离合器→自动变速器→驱动桥→车轮
（2）电池单独驱动：电池组→电动机→自动变速器→驱动桥→车轮
（3）发动机和电池同时驱动：发动机+电池→自动变速器→驱动桥→车轮
（4）发动机驱动，同时为电池组充电：发动机的能量一路经自动变速器→驱动桥→车轮，另一路经发电机→电池组
（5）制动能量回收：车轮→驱动桥→自动变速器→发电机→电池组
2.3发动机主要技术参数及工作特性
本文设计的并联式混合动力城市客车用的发动机为四冲程玉柴6J180-30型电控柴油发动机，其主要技术参数如下：
发动机型式：立式直列四冲程增压中冷，排量：6,494L，额定功率：147kW，额定转速：2500r/min，最大扭矩：700N.m，最大扭矩转速(1200-1700r)/min。
2.4电机主要技术参数及工作特性
永磁同步电动机有高控制精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性以及低噪声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高的弱磁性能，提高电动机的调速范围，是一种比较理想的电动汽车驱动系统。
根据以上的优点，所以本文所设计的动力系统选择永磁同步电机，其主要技术参数如下：
电机型式：永磁同步电机，最大扭矩：600N.m，最大功率：100kW，持续功率：50kW,额定功率转速：1500rpm，最高转速：2500rpm，控制型式：扭矩闭环。
永磁同步电机在额定转速以下恒转矩输出，额定转速以上恒功率输出。该特性近似于活塞式内燃机的外特性曲线，效率要比发动机的效率高的多，最大效率高达90%，最低效率也有75%。对混合动力汽车来说是较为理想的运行特性。
2.5电池主要设计参数
锂离子电池能量密度和功率密度较高、使用寿命较长，因此本文所设计的动力系统选用锰酸锂电池作为其储参系统，其主要技术参数如下：
单体类型：锰酸锂电池，单体电压：3.6V，单体容量：16Ah，模块组成：1并24串，模块电压：86.4V，蓄电池成组方案：1并96串，电池组标称电压：364V，电池组标称容量：16Ah，蓄电池总重量：51kg。
2.6自动变速器主要技术参数
本文设计的并联混合动力城市客车动力系统选用机械式自动变速器（AMT），其一至六档的速比分别为6.11、3.66、2.17、1.42和1，倒档的速比为5.22。主减速比为4.875。
3、总结
本文通过客观分析各种混合动力汽车的结构型式，并结合城市客车的运行环境和特点，提出了本文研究的并联混合动力城市客车动力系统的机电耦合方案。根据并联混合动力城市客车的动力性能要求，对动力系统的发动机、电机、电池和自动变速器进行了选型，从而确定了整车的主要技术参数。