基于某型军用越野车的分时驱动混合动力系统研究

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Research on Timeshare Drive Hybrid PowerSystem of Certain M ilitary Of-road VehicleZhu Shishun ，Yan Shiliang ，Sun Yan ，Yang Gang ，Li Jing(1.Military Vehicle Department，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；2.Postgraduate Training Brigade，Military Transportation University，Tianjin 300161，China；3.Unit73860，Zheiang 212113，China；4.Unit 66417，Xuanhua 075100，China)Abstract：A certain kind of timeshare drive hybrid power system was proposed combined with the use characteristics of mili-tary of-road vehicle.Based on the automobile theoretical knowledge，The demand for power and torque of the power unitswas calculated，and the parameters of the power units were designed.With the MATLAB/SIMULINK platform，the time-share drive hybrid system simulation models were established under the use of the ADVISOR simulation software.And tak。

ing one certain 6×6 military of-road vehicles as an example.its dynamic perform ance was analyzed.The simulation resultsshow that all kinds of the power indicators improve signifcantly，that means the timeshare drive hybrid vehicle takes out-standing advantages in improving the whole vehiclesdynamic perform ance。

Keywords：timeshare drive hybrid power system；power matching；simulation军用越野车是指军队编配的能在无路地带行驶的全轮驱动汽车，军用越野车不仅要适应城市收稿日期：2012-l1-05；修回日期：2012-12-14作者简介：朱诗顺(1960- )，男，博士，教授。

道路的运行工况，还要能克服极其恶劣的自然环境。混合动力技术对于军用越野车有比较明显的52 军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 5期优势，可以提高车辆的机动性，加快响应速度，提高车辆的加速性能和爬坡能力；可利用混合动力载运平台系统集成能力 ，为其他车载武器系统、设备提供充足的电能，满足未来机动高能武器行进中的用电需求；在纯电动模式下 ，能降低噪声，减少热特征 ，增强 自身防护性能；此外，还可以提高能源利用效率，有效减少后勤补给，增大机动武器平台作战半径 J。

由于在和平非战争时期，军用越野车通常是在条件良好的公路 中行驶 ，其动力需求远远低于设计的动力，只需部分驱动就可达到要求。为此，本文对某型军用越野车进行分时驱动混合动力改造研究，以适应军用越野车的使用需求。

1 动力传动系统设计分时驱动混合动力系统，是指在低牵引力需求时采用单轴或部分驱动轴驱动；而在越野环境等高牵引力需求时，能实现多轴或全轮驱动，提高车辆的动力性能。本文所研究的分时驱动混合动力军用越野车，是在现役军用 6 x 6驱动越野车底盘上进行混合动力改装，通过对越野车的动力系统进行拈化设计研究，使其能够随应用环境和行驶条件进行不同的选择。

1)某型军用越野车 6×6驱动模式下的动力传动路线(如图1所示)：①发动机工作后经由离合器将动力传递给分动器；②分动器将-部分动力向前传递给前轴 ，驱动前轴工作，将另-部分动力向后传递给轴间差速器 ，驱动中轴和后轴工作。

- -图1 某型越野车(6 X 6驱动)的动力传动示意2)车辆采用分时驱动混合动力系统后，6 X4驱动模式的动力传动路线(如图2所示)：①在发动机与离合器之间加装取力器；②将混合动力总成部件(包括发电机、电动机及蓄电池组)做成具有标准接口的拈；③发动机工作后经由取力器、离合器将动力传递给轴间差速器，驱动中轴和后轴工作 ，此时前轴不工作 ，混合动力拈也可根据情况不加装，以减轻车辆的质量。

r 委鬻 黎 薹 篓图 2 某型越野车 (6 X4驱 动)拟 改装后动力传动示意3)车辆采用分时驱动混合动力系统后，6×6驱动模式的动力传动路线(如图 3所示)：①利用具有标准接 口的拈化混合动力总成部件 (包括发电机、电动机和蓄电池组 )对车辆进行升级，实现车辆全轮混合动力驱动；②发动机工作后将动力传递给轴间差速器，驱动中轴和后轴工作；③取力器将-部分动力传递给发电机，发电机随时可以给蓄电池充电；④ 电池给驱动电机供电并驱动前轴工作，此时的混合动力拈为单轴电驱动混联型。如要实行静音”行驶，可以关闭发动机，由蓄电池供电，实施纯电力驱动。

篓 萋 § 囊r 图 3 某型越野车(6×6驱动)拟改装后动力传动示意2 动力系统参数匹配分时驱动混合动力系统总成参数的匹配主要包括发动机功率、电动机功率、发电机功率和蓄电池组容量等，它们之间的合理匹配对整车的动力性、燃油经济性和排放性能有显著影响。军用越野车分时驱动混合动力系统的设计应以满足车辆的动力性能为主要 目标，主要以最高车速、最大爬2013年 5月 朱诗顺等：基于某型军用越野车的分时驱动混合动力系统研究坡度和加速时间3个指标综合评价。系统在低牵引力需求时，采用单轴或部分驱动轴 ，由发动机提供动力；而在越野环境等高牵引力需求时，实现多轴或全轮驱动，以电驱动能力来提供辅助，从而提高车辆的动力性能，由此，可以确定系统的主要动力源仍然是发动机。所以，系统动力匹配的原则是发动机功率能满足 日常行驶需求，在平坦 良好的路面上能够满足以规定最高车速行驶的要求 ，以及能满足加速和爬坡时所需的功率 j。

2.1 发动机参数的确定发动机功率需要满足的条件：①为维持电池系统 SOC平衡，整个循环工况的平均功率小于发动机的功率 ；②发动机功率满足车辆巡航的要求；③发动机需要提供-定的爬坡能力；④变速箱在最高挡位时，发动机最高转速对应的车速大于最高车速。因此 ，发动机应提供 的最 大功率 由式(1)、(2)确定 ，即1 C APe (ma a 静 3)(1)1 ，1 P §-。 u卵 Emagv ( c。s sin ) ](2)式中：m 为整车质量 ，取 12 440 kg；叼 为车辆传动系效率，取 0.9；fr为车辆滚动阻力系数，取 0.0Ii；Umax为车辆允许的最大行驶速度 ，取 90 km/h； 为车辆最低稳定行驶速度，取 2.5 km/h；C。为空气阻力系数，取 0.78；A为车辆迎风面积，取 4.8 m ；为车辆最大爬坡度，取 60%。

按照经验公式 ，在计算发动机功率时，至少要加 10%的功率裕量，用来弥补汽车瞬间加速超车等工况的功率需求 以及发 电机的功率需求 ，从而提高汽车在纯发动机行驶时的动力性能。针对军用越野车进行动力匹配时，对动力性能的要求 比- 般民用车辆高，设定留出 15%的功率裕量。经过计算，发动机参数见表 1。

表 1 发动机性能参数参 数 指 标最大功率/kW最大功率点转速/(r·rainI1)最大转矩/(N·m)最大转矩点转速/(r·rain )902 800416.71 6502.2 驱动电动机参数的确定通常，适用于混合动力车辆使用的电动机外特性为：在额定转速Ⅳ 以下，以恒转矩模式工作；在额定转速 Ⅳ 以上 ，以恒功率模式工作。相应电动机参数选择包括电动机额定功率 P 、电动机最大功率 P 、电动机额定转速 Ⅳ 和电动机最大转速 Ⅳmm 。

战术条件下，要求军用车辆能够实现纯电动行驶，从而可以无噪音、不发热，躲避敌人的追踪 ，此时由电动机单独驱动汽车，保证汽车能够 以最低速度行进。确定电动机功率的方法有 2种 ：-是根据汽车纯电动行驶速度来确定；二是根据汽车以最低稳定速度爬上-定坡度所需功率来确定。因此 ，电动机最大功率要满足最大速度和最大爬坡度的要求，其功率由式(3)、(4)确定，即- ，1P 1 (magV'm arfr ) (3)- ，1 A P 1 gv c删 ，sin ) ](4)式中： 为车辆的纯电动行驶速度，取 60 km/h；为车辆最低稳定行驶速度，取 2.5 km/h； 为纯电动行驶时车辆最大爬坡度，取 20%。

表2 电动机性能参数参 数 指 标额定功率/kW最大功率/kW额定转速/(r·min )最高转速/(r·min )最大转矩/(N·m)4567.57503 000249.92.3 蓄电池组参数的确定分时驱动混合动力战术车辆要具有-定的纯电动行驶能力 ，即在前线纵深攻击时-直处于隐身行驶状态 ，其纯 电动续驶里程要大于或等于前线的攻击纵深。电池组容量的选择-方面影响汽车行驶的续驶里程，另-方面也影响车辆的整车质量和行驶动力性。在初步设计中，采用匀速行驶里程初步计算，依据对车辆威胁最大的常规武器的射程、红外设备侦查距离和发动冲击的攻击纵深，纯电动行驶的续驶里程应不低于 3O km，为54 军 事 交 通 学 院 学 报 第 15卷 第 5期此以60 km/h速度行驶30 km进行计算。所以，可由式(5)～(9)求得蓄电池组参数。

1)行驶阻力即 Fwmagf 2 (5)2)行驶功率P F · (6)3)蓄电池组输出功率P P (7)4)蓄电池组能量需求W P 。 (8)5)蓄电池组单体电池个数7cel： . (9) ～CbatUc-elTJ dis。～VaJ式中： 为匀速行驶速度，取 60 km/h；叩 为电机与电机控制器总成效率，取 0.8；S为续驶里程，取30 km；Cb 为电池额定容量，取 80 A·h；U 。 为单体动力电池平台工作电压，取 3.2 V；Tdis为动力电池允许放电深度，取 0.9。

表 3 蓄电池组参数参 数 指 标电池类型容量/(A·h)电池能量/(kW ·h)电池电压/V单体电池电压/V电池数/节磷酸铁锂电池8022.53203.21OO供助力；③整车纯电动行驶时，驱动电动机单独工作，发动机关闭；④当蓄电池组 SOC低于设定最低值时，发动机提供能量给蓄电池组充电；⑤制动时，驱动电动机处于发电状态 ，回收能量，给蓄电池组充电。

3.2 仿真分析应用 Advisor仿真软件和开发的控制策略，完成对某型 6×6分时驱动混合动力军用越野车整车动力性能仿真实验，并与现役车指标进行 比较(结果见表4)，能够满足设计指标要求。

表 4 动力性能仿真结果4 结 论1)对某型军用越野车分时驱动混合动力系统进行动力性能仿真，并与其原车指标进行比较，验证了建模的合理性和模型的可靠性。

2)系统采用 6×6混合动力驱动模式工作时，最高车速由 90 km/h提高到 105.6 km/h，增幅达到 17.3%；加速时间由29 S减少到27.5 S，降幅为5.2%；最大爬坡度由60%提高到 63.5%，增幅为5.8%。动力性各项指标均有了较大幅度提高，显示出分时驱动混合动力车辆在提高整车动力性能上具有突出优势。