雙電機(jī)多模混合動(dòng)力總成構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化匹配

周康 權(quán)飛 柳建新 黃桂東

1.上海汽車電驅(qū)動(dòng)有限公司 上海市 201806 2.上海汽車電驅(qū)動(dòng)工程技術(shù)研究中心 上海市 201806 3.上海電驅(qū)動(dòng)股份有限公司 上海市 201806

1 引言

隨著環(huán)境與能源問題日益突出，為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)新能源汽車成為汽車行業(yè)的重要課題。雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的雙解耦，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在最佳經(jīng)濟(jì)性區(qū)間，整車的燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能得到大幅提升。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)同時(shí)提供整車動(dòng)力輸出，整車動(dòng)力性佳。

2 整車基本參數(shù)與性能要求

2.1 整車基本參數(shù)

本文研究的雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用于乘用車，以國(guó)內(nèi)某品牌的乘用車為原型車，參考調(diào)研同類型的車，確定整車的基本參數(shù)如下表1所示。

對(duì)雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配，主要是應(yīng)用汽車動(dòng)力學(xué)以滿足汽車動(dòng)力性為目的進(jìn)行混合系統(tǒng)動(dòng)力元件匹配，同時(shí)根據(jù)整車行駛工況，匹配最佳經(jīng)濟(jì)性。故在進(jìn)行混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與設(shè)計(jì)之前，首先要確定整車的動(dòng)力性能要求。

本文以國(guó)內(nèi)某品牌的乘用車為原型車，參考國(guó)內(nèi)外同類型車的動(dòng)力性要求，提出雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)乘用車動(dòng)力性要求如下表2所示。

本文所研究的雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由行星排變速箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電池組成。

2.2 整車行駛工況分析與選擇。

汽車的行駛工況是指在特定的行駛環(huán)境中某一車型的車輛速度與時(shí)間的關(guān)系，是衡量整車經(jīng)濟(jì)性能和排放性能的重要方法。由于我國(guó)的城市道路與歐洲相似，故采用歐洲的循環(huán)工況（NEDC）。該工況循環(huán)由4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)市郊循環(huán)組成，總的里程為11.022km，總的時(shí)間為19min40s。其工況曲線如圖2所示。

圖1 雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)

圖2 NEDC循環(huán)工況

3 雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)的主要部件：行星排變速箱、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電池組成。通過合適的參數(shù)匹配方法匹配合理的動(dòng)力傳動(dòng)部件，使整車擁有最佳的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。參數(shù)匹配常用方法為約束匹配法，通過動(dòng)力學(xué)理論與仿真模型，以給定動(dòng)力性指標(biāo)和行駛工況為目標(biāo)。

系統(tǒng)參數(shù)匹配流程：首先，通過整車動(dòng)力性指標(biāo)和NEDC循環(huán)工況，計(jì)算整車峰值需求功率和額定需求功率；再通過整車額定需求功率確定發(fā)動(dòng)機(jī)功率，通過發(fā)動(dòng)機(jī)萬有特性曲線確定發(fā)動(dòng)機(jī)工作曲線；再次，通過混合動(dòng)力系統(tǒng)效率確定行星排特征參數(shù)；再次，通過發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和行星排參數(shù)結(jié)合功率分流特性確定發(fā)電機(jī)參數(shù)，通過NEDC工況確定發(fā)電機(jī)效率MAP；再次，通過整車功率需求、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)和發(fā)電機(jī)參數(shù)，結(jié)合功率分流特性確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)；再次，通過發(fā)電機(jī)參數(shù)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)，結(jié)合NEDC工況和行駛里程確定動(dòng)力電池參數(shù)；最后，通過上述動(dòng)力部件參數(shù)利用CRUISE建立整車仿真模型，確認(rèn)最終的動(dòng)力部件參數(shù)，直到滿足動(dòng)力性指標(biāo)與行駛工況。匹配流程如圖3所示。

匹配的雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)主要部件參數(shù)如表3所示：

表3 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)

圖3 動(dòng)力系統(tǒng)匹配流程

4 CRUISE仿真分析

4.1 整車模型

為了驗(yàn)證所選的雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的正確性，建立CRUISE仿真平臺(tái)。CRUISE支持全集成接口，內(nèi)置大量的計(jì)算任務(wù)，可以方便有效的進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。CRUISE提供圖形化的交互平臺(tái)，建模便捷，模型精度高。建立模型如下：

圖4 整車仿真模型

4.2 動(dòng)力性與工況仿真驗(yàn)證

4．2．1 加速性能

整車滿載情況下，滿油門加速曲線如圖5所示，由圖可知，0-50km/h的加速時(shí)間為6.3s， 50-100km/h的加速時(shí)間為13.8s。滿足加速性能要求。

4．2．2 爬坡及爬坡車速

整車滿載情況下，滿油門爬坡曲線如圖6所示，由圖可知，最大爬坡度為30%，對(duì)應(yīng)的爬坡車速27km/h；12%坡度對(duì)應(yīng)的車速60km/h；4%坡度對(duì)應(yīng)的車速160km/h。

4．2．3 最高車速

整車滿載情況下，滿油門加速曲線如圖7所示，由圖可知，整車的最高車速為160km/h。

圖6 整車爬坡曲線

圖7 整車最高車速

圖8 NEDC循環(huán)工況

4．2．4 NEDC 工況

在NEDC工況下，仿真整車的工況跟隨情況如圖8所示。從圖中可以看出，整車能滿足循環(huán)工況的功率需求。

5 結(jié)論

本文以國(guó)內(nèi)某品牌乘用車為原型車，選用合適參數(shù)匹配方法，根據(jù)整車參數(shù)、動(dòng)力性指標(biāo)和NEDC工況，匹配了雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)主要部件參數(shù)；同時(shí)建立了CRUISE仿真平臺(tái)。仿真結(jié)果顯示，該系統(tǒng)滿足整車動(dòng)力性指標(biāo)要求和循環(huán)工況的功率需求，為雙電機(jī)多模混合動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。