探析增程式电动商用车动力系统匹配与能量管理对策

宋金香

中通客车控股股份有限公司 山东省聊城市 252000

1 前言

在中国商用车的保有量占百分比的百分之二十八，这也导致了环境污染问题与能源流失问题，当前我国的大部分商用车都是以内燃机形式成为汽车的动力系统，只有少数部分是混合动力和电动模式，传统的商用车的动力系统已经不能满足汽车产业发展以及环境保护的需要，混合型和电动型汽车因为其对环境的污染少，所以在多个城市已经投入使用，增程式电动商用车作为新兴的汽车产业，较纯电动汽车相比，只需要增添较小的燃油发动机就可突破纯电动汽车的电池时效制约，解决了纯电动汽车行驶里程较短的问题，这不仅是有着节能减排的作用，还可以保护环境，开发增程式电动商用车的意义重大。

2 增程式电动商用车系统

2.1 系统简介

增程型电动商用车动力系统的构造主要是有驱动电机、驱动电池、柴油机、发电机和组成传动系统的主要减速器和驱动桥等等。增程式电动商用车使用集中驱动串联混合型动力模式，发动机和发电机相串联，为动力电池充电，驱动电机为增程型电动商用车提供动力，经过主减速器降低速度达到增矩的效果，在经由差速器讲驱动转矩大约均匀的分给左右两边的驱动半轴，可见动力系统机构的细节图，增程型电动商用车控制系统利用收集的加速踏板以及运动形式的状态，恒定驾驶员的行驶的需要，依照增程型电动商用车的行驶状况，讲驱动电机目标转矩进行发送。

图1 动力系统机构细节图

2.2 建立系统模型

主要是由汽车上路的试驾和后台的实验，动力系统的实验有许多种，但是如果每一种都进行实验，那样大大增加研究的费用，并且还加长了研究汽车的时间，当前在设计初始时期，设计汽车的企业大部分利用通用或专用的电脑，采用仿真科技对汽车进行模拟建造，这样做节省了汽车实验的时间，还节约了投入资金，能够更加有效的发现设计中存在的不足，并根据不足采取相应的措施，对改进汽车的设计方案有着重要的意义。国内外在对汽车的仿真设计中，使用频率最高的当属奥地利 AVL 公司研发的Cruise这项软件，这项软件是用于汽车的模拟仿真，AVL Cruise是对汽车动力系统的仿真研究，可以较为方便的对汽车的动力传动系统进行仿真的展示，AVL Cruise已然成为汽车仿真技术的核心。

汽车变为增程式电动车式，发动机将和ISG电机相结合给为动力电池进行充电，动力电池可以不间断的为汽车供给动力，发动机不会直接的发出驱动信号，根据动力的传播线路构建汽车内部或外部的模型，将数据输入，在汽车的模型中，还有，nap控制模块、电机控制模块，控制参数模块、增程控制模块和发动机控制模块等

3 系统匹配与能量管理控制措施

3.1 增程器控制策略

恒温式控制策略也可以称为开关式控制策略，它式将电池的荷电状态数值当作控制器的输入辩论，为电池设置上限和下限，高于上限时，发动机自动停止工作，低于下限值时，发动机则自动运转，为电池充电的同时使汽车正常的运行，多出来的能量将转化为电池充电。

表1

表2

3.2 电机控制策略

电机控制的策略包含了驱动控制和再生制动控制，发动机的主要作用使汽车在运行过程中科学有效的使用动力电池，将动力电池中的能量转化为汽车运行的动力，汽车停止时电机处于发电的模式，并能够把制动的能力传送给电池，使汽车能够增加行驶时长。汽车在运行过程中，汽车的控制系统会根据驾驶员的行为分析驾驶员行驶的需求，从而使电机在驾驶员需求的方式下运作。增程式电动商用车在行驶的过程中，期望转矩的输出决定于驾驶员踏板信号的输入。

增程式电动商用车在运行过程中，为了保证驾驶的安全性与平稳性，应该要预防电机转矩的变化，较为常见的使利用转矩的微积分等方式进行调节电机的转动，将不利用比例环节，要避免重复转矩变化而带来的行驶颠簸，在离开转矩变化时，要将转矩积分进行清除。在增程式电动商用车的研发技术中，能力制动技术也是较为重要的一项工作，可以有效的增加行驶时效，再生制动实施中，要将前后轮胎动力科学配比，保证电机能够有效的进行能量回收，再生制动技术会受到外界的影响，为了保障制动系统的安全性和实用性，一般情况下将由传统制动方式和再生制动方式相结合，相互作用下完成制动工作。再生制动控制针对的时驱动轮，在行驶过程中，分析驾驶员的开车行为，判断出汽车所需要的制动力。

4 性能分析

4.1 动力性分析

评价一辆汽车的动力性能是否强大，是要将这辆车的零部件和动力分别进行分析，这也是体现汽车是否可以安全行驶的基础，在平整或崎岖的路段进行具有稳定性的行驶，依据增程式电动商用车的运行特征，对增程式电动商用车的最高车速、爬坡以及加速时间进行仿真模拟实验。

4.2 车速与里程分析

增程式电动商用车仿真模拟工作中，要进行多次的验证与实验，确保没有问题方可进行仿真，在完成这项工作后，再由Cruise 界面中的 Result Manager 获得汽车各项数据的仿真图像。增程式电动商用车弥补了传统商用车的不足，在动力性能设计方面也有所改进，但是增程式电动商用车动力系统机构中电机的功率数值设计的较弱，在动力性能上和传统商用车比较起来有所降低，见表1。

（1）纯电动行驶里程

Cruise的使用情况中，将增程式电动商用车在UDC与NEDC的情况下模拟行驶，对汽车的控制策略进行改进，确保汽车持续的在电动模式下运转，将增程器关闭，模拟行驶结束受可以得除电池的变化。

（2）增程行驶里程

Cruise仿真工作中，对汽车的控制策略进行科学的更改，将电池SOC的数值设定为0.3，并要将数值稳定在0.3-0.4之间，电池电量少于0.3时，发动机自动开始运行，当电池电量大于0.4时，发动机自动关闭，便可在实验中计算出NEDC模式下汽车的行驶增城历程，见表2。

4.3 经济型分析

一般状况下，汽车的燃油经济性能可以在汽车的行驶过程中计算出来，汽车行驶的百公里耗油量以及在定量的燃油情况下可以运行多元的距离，在国内外，汽车油耗的单位为 L/100km，具体是汽车在运行了一百公里后使用的燃油数量，油耗越大，就说明汽车的燃油经济性能越差。因为增程式电动商用车在运行初期时纯电动模式。发动机处于不动状态，所以油耗为两，当电池耗尽或者到达设定的最小数值时，发动机自动开始工作，这只就可计算出汽车的耗油量了。

4.4 优化技术参数

优化技术参数就是让其中在运行过程中将燃油消耗殆尽，电池的电量保证较高，两个方面相互矛盾又相互制约，不会一起成为最佳的条件，它的公式为：

5 总结

本论文将增程式电动商用车做为研究的重点，见要分析了增程式电动商用车系统的内涵和系统的初建，并针对增程式电动商用车运行的特征，对系统匹配与能量管理控制提出了行之有效的措施，达到了能量的科学使用。并采用高级仿真软件 Curise对其性能进行细致的分析与研究，本文旨在研发能够满足各项工作需求的增程式电动商用车，本文对于增程式电动商用车的研发有着参考价值。