混合动力电动汽车动力性与经济性的优化匹配

牛军青

摘 要 万有特性曲线是用来对发动机性能进行全面有效评价的一种很好的工具。本文结合自身的实践经验利用Matlab软件，建立了混合动力电动汽车的发动机模型，同时相应的对发动机的万有特性曲线进行了绘制，确定了两个衡量的目标：第一，汽车原地起步进行换挡加速所用的时间；第二，等速行驶中汽车的油耗状况，并且分别建立了经济型、动力性的目标函数。运用线性加权组合方式又将两个不同的目标函数合并转换为一个单一的目标函数，利用Matlab软件对其进行计算，找到混合动力电动汽车动力性与经济型的最优化形式的匹配。

关键词 混合动力 电动汽车 经济型 动力型

中图分类号：U469.72 文献标识码：A

1建立混合动力电动汽车发动机的特性模型

混合动力电动汽车的动力源与传统汽车不同，它是有两个动力源，分别是：电动机和内燃机，并且将二者的优势充分结合，充分发挥了其优势。混合动力电动汽车根据其不同的动力系统结构及动力源数量，我们又将其分为三种：串联、并联、混联这三种类型。

1.1建立发动机外特性的数学模型

运用曲线将发动机功率Pe、发动机曲轴的转速n、发动机的转矩Ttq及发动机的油耗率b的函数关系表示出来，这个曲线就被叫做发动机转速的特性曲线。在具体的工作中，如果发动机的节气门是全开的状态，那么这个曲线也可以称之为发动机外特想曲线，具体的函数公式是：Pe=。

评价动力汽车性能的标准是综合了汽车的最高车速Uamax，最大爬坡度imax：，加速时间t这三个指标来对气息和电动机的动力性能进行综合评判的，可以运用以下公式：

，

在这个公式中，Tm表示的是电动机的转矩，nm所表示是的是电动机的转速，bo=443.52，b1= 0.16547，b2=3.160710-5，b3= 3.163510-9再结合汽车行驶阻力平衡力的有关方程方程：F1=Ff+Fi+Fw+Fj，我们可以得到：=Gfsin ++ m，我们可以最终推导出公式=[ Gfcos ]，其中Ff表示的是滚动阻力， Fi表示的是坡度阻力， Fw表示的是空气阻力，Fj表示的是车辆加速阻力，表示的是整车的加速度，r为轮胎的半径，Tm表示的是电动机的转矩，Ttp表示的是发动机的转矩，ig表示的是变速比，io表示的是减速比， T表示的是传动率，G表示的是汽车的重力，f表示的是滚动阻力系数， 表示的是坡度，CD表示的是空气阻力系数，A表示的是迎风面积，Ua表示的是车速， 表示的是旋转质量的换算系数。所以就有f（x1）=TS=T0+du，（注：T0表示为汽车起步加速的时间，Uamax表示的是加速的初速度，Uamix表示的是加速完成的末速度）。根据函数测定，汽车最佳的动力性换挡的点是，加速度曲线焦点处所对应得汽车行驶车速，在遇到没有交点的时候，一般在发动机转速最大的时候切换高挡。根据绘制的曲线显示，当车速低于20千米每小时的时候，驱动力是不变的，车速不断的增加，驱动力开始下降。跟发动机一样，电动机的转速也是有限制的，最高车速限制为每小时71千米。

1.2混合动力电动汽车燃油经济性的数学模型

我们在计算汽车燃油经济指数的时候通常按照等速百里行驶燃油量来进行衡量的。按照相关的标准折算成等速行驶百公里耗油量为QS=，p表示的是燃油的密度，单位表示是kg/L，ua表示的是车载等速行驶过程中的速度，g表示的重力加速度，b表示的是燃油消耗率表示单位是：g/（km h）。根据我们用Matlab软件绘制的曲线图来看，车辆的等速百里燃油的油耗量月底，汽车的经济性能就越好。但是，等速百里行车的燃油状况并不能代表实际行车中的情况。在不同的地方各地设置了一些不同的评价标准。

2基于Matlab建模的优化匹配

2.1优化匹配的配置情况

从利用Matlab软件建立的万有特性曲线来看，汽车油耗量情况最好的时候是在发动机中等转速、中等转矩的情况下工作时。所以，我们应该在对汽车良好的性能保证的情况下，要经可能的将汽车的燃油消耗率降低，以此来提高车辆整体的性能。

2.2具体优化配置的控制方法

保证汽车有较好动力的情况下，我们要对发动机的功率进行提高，同时提高车辆的经济性，以所建立的发动机数学模型为基础，将车辆原地起步换挡所用的时间和车辆行驶百公里耗油作为对车辆动力性、燃油经济性衡量的两个条件。然后再将其转化为单一的函数目标。（1）我们要建立汽车动力性目标函数为：=[ Gfcos ]，（2）我们要建立燃油经济性的目标函数为：QS=，（3）我们要将二者转化为单一目标函数的公式为f（x）=w1f（x1）+w2f（x2），w1，w2分别表示的是动力性加权因子和经济性加权因子，f（x1）=TS=T0+du，f（x2）=QS，（4）建立一定的约束条件：，代表的是要求最高车速，表示实际最高车速， *max表示的是要求爬的最大坡度， max表示实际爬的最大坡度。（5）根据函数公式，利用Matlab软件进行绘图。根据图象显示，优化匹配后，发动机在中等转速、中等转矩范围内运行的时候，耗油量相比以前而言是降低的，大约降低了13，汽车的经济性能也有明显的好转。在此区域内，发动机的功率比优化前是增加了，大约增加了12kw左右，因此，我们可以说这个区域内是发动机工作的最优区域。

3结语

本文仅结合自身的实践经验对混合动力电动汽车动力性与经济型的优化匹配进行了简要的探究。其中利用了Matlab软件进行了万有特性曲线的绘制，方法简单易行，希望可以为混合动力汽车的发展做出贡献。

参考文献

[1] 宫唤春，孟静.混合动力电动汽车动力性与经济性的优化匹配[J].北京汽车，2013（06）.