大數(shù)據(jù)平臺下的新能源汽車動力系統(tǒng)選型參考

劉順平，潘圣臨，胡志剛，于榮楓，張世偉

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大數(shù)據(jù)平臺下的新能源汽車動力系統(tǒng)選型參考

劉順平，潘圣臨，胡志剛，于榮楓，張世偉

（哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

基于東安汽車發(fā)動機有限公司統(tǒng)計開發(fā)的“新能源乘用車車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫”，文章統(tǒng)計了自《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》實施以來發(fā)布的600余款新能源乘用車，該數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計了涵蓋插電式混合動力、混合動力和純電動乘用車的軸距、整備質(zhì)量和動力系統(tǒng)參數(shù)等信息，通過功率和扭矩質(zhì)量比的計算，在進行新能源汽車新品項目開發(fā)時，合理的運用數(shù)據(jù)庫對動力系統(tǒng)進行選型，使新能源汽車動力系統(tǒng)的選型合理化。

數(shù)據(jù)庫；新能源；混合動力系統(tǒng)

引言

汽車產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟的重要組成部分，其研發(fā)制造能力被列入我國“工業(yè)4.0”規(guī)劃。近年來，國務院、工信部相繼出臺方向性文件，為新能源汽車引航鋪路[1]，在《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中對新能源汽車普及時間做出了具體規(guī)劃：到2025年，新能源汽車骨干企業(yè)在全球的影響力和市場份額進一步提升。

為了及時了解產(chǎn)業(yè)動向，掌握新能源汽車市場動態(tài)，東安汽車發(fā)動機有限公司新能源科對新能源乘用車數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計整理，應用EXCEL平臺，開發(fā)了“新能源乘用車車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫”。

基于該數(shù)據(jù)平臺，可以得出新能源汽車的實際功率質(zhì)量比，并使用此參數(shù)制成的圖表進行新能源汽車動力系統(tǒng)選型。

1 車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫

在政策的推進下，我國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，以此為背景，東安汽車發(fā)動機制造有限公司建立了新能源車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫。其過程如圖1所示。

該數(shù)據(jù)庫的初始數(shù)據(jù)主要來源為工信部公布的新能源汽車推廣應用目錄、中國專用汽車網(wǎng)等。通過對初始數(shù)據(jù)的整理，形成總表。在Microsoft office Excel平臺中使用Visual Basic語言實現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入后分表的自動更新、數(shù)據(jù)的自動處理和圖形的自動輸出。

圖1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)庫按照EV(純電動汽車)、HEV(混合動力汽車)、PHEV(插電式混合動力汽車)將總表分為了三個分表，在此基礎(chǔ)上對功率質(zhì)量比、新能源汽車獲得的積分情況等數(shù)據(jù)進行了圖形化處理。

2 混合動力乘用車功率質(zhì)量比

混合動力乘用車具備汽油和電氣兩種動力源，其設(shè)計和匹配的合理性將直接影響到整車的動力性、油耗和排放等。因此，在混合動力系統(tǒng)設(shè)計過程中，發(fā)動機和電機的選型至關(guān)重要。

在并混合動力系統(tǒng)中，假設(shè)發(fā)動機的最大功率為Pe，電機的最大功率為P0，則整車各工況行駛所需的最大功率Pmax應滿足：

在已知最高車速和整備質(zhì)量的前提下，Pmax應不小于汽車以最高車速行駛時的行駛阻力功率之和[2]，即：

表1 符號說明

可由式（1）和式（2）求得混合動力汽車的功率質(zhì)量比（kW/t）為：

上式中，左式為實際功率質(zhì)量比，右式為理論功率質(zhì)量比。其中Pe、P0、m和umax為數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與實際車型一一對應；對于使用有級機械變速器轎車而言，T范圍為0.9～0.92，在本文中，T取最小值0.9；g取9.8 m/s2；在路質(zhì)優(yōu)良的瀝青路面上，轎車的滾動阻力系數(shù)為f =0.0116+ 0.0000142v[3]；轎車的典型空氣阻力系數(shù)為0.30～0.41，在本文中，CD取最大值0.41；轎車的典型迎風面積為1.7～2.1m2，在本文中，A取最大值2.1 m2。

圖2 功率質(zhì)量比對比

圖2為數(shù)據(jù)庫中插電式混合動力汽車理論功率質(zhì)量比和實際功率質(zhì)量比比較，滿足公式(3)中二者的關(guān)系；由于在動力總成設(shè)計過程除最高車速外還應考慮加速和爬坡性能，因此實際功率質(zhì)量比略高于理論功率質(zhì)量比。

3 動力系統(tǒng)選型

利用數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有數(shù)據(jù)，將新能源汽車實際功率質(zhì)量比與整備質(zhì)量、最高車速、百公里加速等動力因素制成散點圖；由于不同車型性能偏差較大，統(tǒng)計結(jié)果不能直接用來作為選型分析的數(shù)據(jù)，因此計算出線性回歸線，以此為基準做出回歸上下限，以該區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)點作為動力系統(tǒng)選型參考點，如圖3所示。

圖3 功率質(zhì)量比散點圖

以一款車廠要求整備質(zhì)量為1600kg、最高車速150km/h、百公里加速10s的新能源汽車為例。

依據(jù)大數(shù)據(jù)平臺進行系統(tǒng)選型時，在散點圖中以整備質(zhì)量1600kg±100、最高車速150km/h±10和百公里加速10s±2為區(qū)間，對應的實際功率質(zhì)量比區(qū)間分別為（36.42, 119.27）、（48.98，96.30）和（58.22，110.08）。取三者交集，功率質(zhì)量比應在區(qū)間（58.22,96.30）。

圖4 動力系統(tǒng)選型

為滿足整車的最高車速要求，按照公式2計算其總功率應不小于53kW。為滿足整車的加速性能要求，按照公式4計算，其中t為百公里加速時間為10s，u為加速過程結(jié)束時的車速為100km/h，為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)化系數(shù)，取1，計算結(jié)果其總功率不小于150kW。綜上所述，按照理論法計算，P為150kW，其理論功率質(zhì)量比為93.85，位于區(qū)間內(nèi)。

4 結(jié)束語

我國的新能源汽車仍處于起步階段，其動力系統(tǒng)的選型是開發(fā)過程中的核心工作。基于大數(shù)據(jù)平臺下功率質(zhì)量比這一數(shù)據(jù)的動力系統(tǒng)選型，使系統(tǒng)的選型更加合理化，以某車廠需求為例給出了功率質(zhì)量比區(qū)間（58.22,96.30），且通過了理論值驗證。

[1] 中華人民共和國國務院.節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012- 2020年) [Z/OL].

[2] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006,5.

[3] 張學利,何勇.汽車動力性檢測中的滾動阻力[J].

New Energy Vehicle Power System Selection Reference Under Big Data Platform

Liu Shunpin, Pan Shenglin, Hu Zhigang, Yu Rongfeng, Zhang Shiwei

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

Based on the "New Energy Passenger Car Model Parameters Database" developed by DAE, this article counts over 600 models of new energy passenger vehicles that have been released since the implementation of the《Recommended Car Model List for Promotion and Application of New Energy Vehicles》.The database includes statistics on wheelbase, trim quality and power system parameters of plug-in hybrid, hybrid and pure electric passenger cars. Through the calculation of power and torque mass ratios,In the development of new energy vehicle new product projects, a rational use of database for the selection of powertrain systems will rationalize the selection of new energy vehicle powertrains.

database; new energy; hybrid power system

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.010

U469.7

A

1671-7988(2019)10-27-03

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1671-7988(2019)10-27-03

劉順平（1988-），男，工程師，本科，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動機制造有限公司技術(shù)中心，從事發(fā)動機開發(fā)設(shè)計研究工作。