雙電機多模混合動力總成構型參數優化匹配

周康 權飛 柳建新 黃桂東

1.上海汽車電驅動有限公司 上海市 201806 2.上海汽車電驅動工程技術研究中心 上海市 201806 3.上海電驅動股份有限公司 上海市 201806

1 引言

隨著環境與能源問題日益突出，為了實現國家的可持續發展，開發新能源汽車成為汽車行業的重要課題。雙電機多模混合動力系統，能實現發動機轉速與轉矩的雙解耦，使發動機始終工作在最佳經濟性區間，整車的燃油經濟性能和排放性能得到大幅提升。同時發動機與電機同時提供整車動力輸出，整車動力性佳。

2 整車基本參數與性能要求

2.1 整車基本參數

本文研究的雙電機多模混合動力系統應用于乘用車，以國內某品牌的乘用車為原型車，參考調研同類型的車，確定整車的基本參數如下表1所示。

對雙電機多模混合動力系統的參數匹配，主要是應用汽車動力學以滿足汽車動力性為目的進行混合系統動力元件匹配，同時根據整車行駛工況，匹配最佳經濟性。故在進行混合動力系統參數匹配與設計之前，首先要確定整車的動力性能要求。

本文以國內某品牌的乘用車為原型車，參考國內外同類型車的動力性要求，提出雙電機多模混合動力系統乘用車動力性要求如下表2所示。

本文所研究的雙電機多模混合動力系統簡圖如圖1所示。該系統由行星排變速箱、驅動電機、發電機、發動機和電池組成。

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境中某一車型的車輛速度與時間的關系，是衡量整車經濟性能和排放性能的重要方法。由于我國的城市道路與歐洲相似，故采用歐洲的循環工況（NEDC）。該工況循環由4個市區循環和1個市郊循環組成，總的里程為11.022km，總的時間為19min40s。其工況曲線如圖2所示。

圖1 雙電機多模混合動力系統

圖2 NEDC循環工況

3 雙電機多模混合動力系統參數匹配

雙電機多模混合動力系統的主要部件：行星排變速箱、驅動電機、發電機、發動機和電池組成。通過合適的參數匹配方法匹配合理的動力傳動部件，使整車擁有最佳的動力性和經濟性。參數匹配常用方法為約束匹配法，通過動力學理論與仿真模型，以給定動力性指標和行駛工況為目標。

系統參數匹配流程：首先，通過整車動力性指標和NEDC循環工況，計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動機功率，通過發動機萬有特性曲線確定發動機工作曲線；再次，通過混合動力系統效率確定行星排特征參數；再次，通過發動機參數和行星排參數結合功率分流特性確定發電機參數，通過NEDC工況確定發電機效率MAP；再次，通過整車功率需求、發動機參數和發電機參數，結合功率分流特性確定驅動電機參數；再次，通過發電機參數和驅動電機參數，結合NEDC工況和行駛里程確定動力電池參數；最后，通過上述動力部件參數利用CRUISE建立整車仿真模型，確認最終的動力部件參數，直到滿足動力性指標與行駛工況。匹配流程如圖3所示。

匹配的雙電機多模混合動力系統主要部件參數如表3所示：

表3 動力系統參數

圖3 動力系統匹配流程

4 CRUISE仿真分析

4.1 整車模型

為了驗證所選的雙電機多模混合動力系統主要部件的正確性，建立CRUISE仿真平臺。CRUISE支持全集成接口，內置大量的計算任務，可以方便有效的進行優化計算。CRUISE提供圖形化的交互平臺，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 動力性與工況仿真驗證

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的加速時間為6.3s， 50-100km/h的加速時間為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%，對應的爬坡車速27km/h；12%坡度對應的車速60km/h；4%坡度對應的車速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，整車能滿足循環工況的功率需求。

5 結論

本文以國內某品牌乘用車為原型車，選用合適參數匹配方法，根據整車參數、動力性指標和NEDC工況，匹配了雙電機多模混合動力系統主要部件參數；同時建立了CRUISE仿真平臺。仿真結果顯示，該系統滿足整車動力性指標要求和循環工況的功率需求，為雙電機多模混合動力系統的進一步開發奠定了基礎。