双电机多模混合动力总成构型参数优化匹配

周康 权飞 柳建新 黄桂东

1.上海汽车电驱动有限公司 上海市 201806 2.上海汽车电驱动工程技术研究中心 上海市 201806 3.上海电驱动股份有限公司 上海市 201806

1 引言

随着环境与能源问题日益突出，为了实现国家的可持续发展，开发新能源汽车成为汽车行业的重要课题。双电机多模混合动力系统，能实现发动机转速与转矩的双解耦，使发动机始终工作在最佳经济性区间，整车的燃油经济性能和排放性能得到大幅提升。同时发动机与电机同时提供整车动力输出，整车动力性佳。

2 整车基本参数与性能要求

2.1 整车基本参数

本文研究的双电机多模混合动力系统应用于乘用车，以国内某品牌的乘用车为原型车，参考调研同类型的车，确定整车的基本参数如下表1所示。

对双电机多模混合动力系统的参数匹配，主要是应用汽车动力学以满足汽车动力性为目的进行混合系统动力元件匹配，同时根据整车行驶工况，匹配最佳经济性。故在进行混合动力系统参数匹配与设计之前，首先要确定整车的动力性能要求。

本文以国内某品牌的乘用车为原型车，参考国内外同类型车的动力性要求，提出双电机多模混合动力系统乘用车动力性要求如下表2所示。

本文所研究的双电机多模混合动力系统简图如图1所示。该系统由行星排变速箱、驱动电机、发电机、发动机和电池组成。

2.2 整车行驶工况分析与选择。

汽车的行驶工况是指在特定的行驶环境中某一车型的车辆速度与时间的关系，是衡量整车经济性能和排放性能的重要方法。由于我国的城市道路与欧洲相似，故采用欧洲的循环工况（NEDC）。该工况循环由4个市区循环和1个市郊循环组成，总的里程为11.022km，总的时间为19min40s。其工况曲线如图2所示。

图1 双电机多模混合动力系统

图2 NEDC循环工况

3 双电机多模混合动力系统参数匹配

双电机多模混合动力系统的主要部件：行星排变速箱、驱动电机、发电机、发动机和电池组成。通过合适的参数匹配方法匹配合理的动力传动部件，使整车拥有最佳的动力性和经济性。参数匹配常用方法为约束匹配法，通过动力学理论与仿真模型，以给定动力性指标和行驶工况为目标。

系统参数匹配流程：首先，通过整车动力性指标和NEDC循环工况，计算整车峰值需求功率和额定需求功率；再通过整车额定需求功率确定发动机功率，通过发动机万有特性曲线确定发动机工作曲线；再次，通过混合动力系统效率确定行星排特征参数；再次，通过发动机参数和行星排参数结合功率分流特性确定发电机参数，通过NEDC工况确定发电机效率MAP；再次，通过整车功率需求、发动机参数和发电机参数，结合功率分流特性确定驱动电机参数；再次，通过发电机参数和驱动电机参数，结合NEDC工况和行驶里程确定动力电池参数；最后，通过上述动力部件参数利用CRUISE建立整车仿真模型，确认最终的动力部件参数，直到满足动力性指标与行驶工况。匹配流程如图3所示。

匹配的双电机多模混合动力系统主要部件参数如表3所示：

表3 动力系统参数

图3 动力系统匹配流程

4 CRUISE仿真分析

4.1 整车模型

为了验证所选的双电机多模混合动力系统主要部件的正确性，建立CRUISE仿真平台。CRUISE支持全集成接口，内置大量的计算任务，可以方便有效的进行优化计算。CRUISE提供图形化的交互平台，建模便捷，模型精度高。建立模型如下：

图4 整车仿真模型

4.2 动力性与工况仿真验证

4．2．1 加速性能

整车满载情况下，满油门加速曲线如图5所示，由图可知，0-50km/h的加速时间为6.3s， 50-100km/h的加速时间为13.8s。满足加速性能要求。

4．2．2 爬坡及爬坡车速

整车满载情况下，满油门爬坡曲线如图6所示，由图可知，最大爬坡度为30%，对应的爬坡车速27km/h；12%坡度对应的车速60km/h；4%坡度对应的车速160km/h。

4．2．3 最高车速

整车满载情况下，满油门加速曲线如图7所示，由图可知，整车的最高车速为160km/h。

图6 整车爬坡曲线

图7 整车最高车速

图8 NEDC循环工况

4．2．4 NEDC 工况

在NEDC工况下，仿真整车的工况跟随情况如图8所示。从图中可以看出，整车能满足循环工况的功率需求。

5 结论

本文以国内某品牌乘用车为原型车，选用合适参数匹配方法，根据整车参数、动力性指标和NEDC工况，匹配了双电机多模混合动力系统主要部件参数；同时建立了CRUISE仿真平台。仿真结果显示，该系统满足整车动力性指标要求和循环工况的功率需求，为双电机多模混合动力系统的进一步开发奠定了基础。