0 引 言

新能源汽车是指采用非传统车用燃料（汽柴油）作为动力来源，同时综合动力控制和驱动的先进技术的车辆。新能源汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车和其他能源汽车[1]。据研究表明，纯电动汽车的综合能量效率要比柴油、汽油发动机高出很多。然而，纯电动汽车动力电池能量密度较低，且电能补充受到时间与地点的制约很大，续驶里程受限，通过技术手段延长续驶里程的增程式混合动力系统应运而生。Waldner J[2]、姬芬竹[3]、刘雪梅[4]、李俊[5]、武小兰[6]、李涛[7]等开展了混合动力汽车动力系统参数设计、匹配方面研究工作；随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，仿真技术在汽车制造及开发领域起到不可或缺的作用；常用的电动汽车仿真软件大多基于两种仿真建模方法：前向式建模仿真和后向式建模仿真[8,9]。

这首诗是乐府旧题，意在送友入蜀。诗人以浪漫主义的手法，展开丰富的想象，艺术的再现了蜀道峥嵘、突兀、强悍、崎岖等惊险和不可凌越的磅礴气势，借以咏叹蜀地山川壮秀，显示祖国山河的雄伟壮丽。真是文人相惜，贺老头次日就迫不及待地向唐玄宗大力推荐，惹得皇上有些不快：本皇圣明，野无遗弃之贤才啊，怎么又冒出个李白呢。但贺知章看起来并不糊涂，他把李白吹嘘的神乎其神，玄宗就在金銮殿召见了李白。

本文以增程式混合动力公交车（以SXC6110GSHEV为例）的设计需求和参数匹配方案为例，通过仿真软件开展动力系统性能仿真研究。

1 仿真软件

本文采用的仿真软件为上海众联能创新能源科技有限公司研发的“整车动力计算软件”、“混合动力仿真计算软件”。“整车动力计算软件”适用于纯电动以及混合动力的动力仿真计算。主要是根据整车的基本参数以及整车的设计需求，来计算动力性需求，得到电机需求的最大扭矩、最高转速以及最大功率等参数，根据选择的电机参数，利用后向仿真建模的方式。“混合动力仿真计算软件”主要适用于增程式混合动力的油耗以及控制策略的仿真；这套软件主要针对西门子ELFA系统的增程式混合动力进行开发。采用前向仿真建模的方式，根据驾驶员模型，通过调整牵引踏板、制动踏板、档位等信号，来控制电机的输出满足选定路谱的需求。再根据驱动电机需求的功率，通过控制策略来分配发电机—发动机组和动力电池的功率。

2 增程式混合动力公交车的整车参数及匹配方案

增程式混合动力公交车（SXC6110GSHEV）的整车参数以及系统匹配方案，详见表1、表2所示。

 

表1 增程式混合动力公交车整车参数

 

 

表2 增程式混合动力公交车系统匹配方案

 

3 整车动力性仿真

产品质量是企业生存发展的灵魂，是企业打造品牌的基本。当前，我国市场竞争日趋激烈，电气企业要想在激烈的市场当中立于不败之地，就需要加强对生产管理的力度，竭尽全力提升产品的总体质量，增加产品的科技含量。产品质量的提升与先进的科技投入密切相关，只有不断加大科技投入，才能够进一步加强对产品质量的整体控制。尤其在信息化时代，提高电气自动化控制设备的可靠性，对于提升企业生产产品的质量具有重要的意义，进而提高电气企业的综合实力，为企业参与激烈的市场竞争保驾护航。

从图5可以看出，动力系统匹配选择功率为80 kW时，在中国城市公交循环工况最后一段急加速阶段，整车动力不够助力整车的加速需求，全路谱符合率为90%左右。考虑到此时的电动机供电状态，实际上发动机的输出功率在满足电动机发电，补充电能的同时，也在为电动机供电，而车辆也正处于加速工况，需要发动机额外输出功率，同时也需保证在得到良好动力性能的前提下，发动机应保持在经济工况下运行。因此综合考虑上述因素，将控制策略发动机最大功率提升至100 kW。

  

图1 整车参数

  

图2 动力计算所需求的参数

从图7、图8、图9的比较中可以看出，控制策略选择发动机在80 kW和100 kW时，发动机功率的负荷情况基本相似，只是在最后急加速阶段，发动机在80 kW的控制策略时多次满负荷运行，而控制策略在100 kW时，发动机运行状态相对稳定许多。

国内外许多学者已经对巷道底鼓进行了诸多研究。曼·奥顿哥特等[9]通过相似模拟试验对巷道底鼓的全过程进行了研究，结果表明巷道围岩的变形与破坏首先在垂直应力作用下两帮岩层被压裂，其次是水平应力的作用巷道顶底板向巷道内移近，其中直接底板围岩先破坏。康红普等 [10-11]认为底鼓的原因主要在于失稳的底板岩层向巷道内压曲，偏应力作用下的扩容，岩石自身的遇水膨胀。文献[5-8]将底鼓分为挤压流动性底鼓、挠曲褶皱性底鼓、遇水膨胀性底鼓、剪切错动性底鼓等4种类型。文献[12-18]也先后在巷道底鼓机理、治理方法、施工机具等方面进行了研究，对巷道底鼓控制技术的发展起到了积极作用。

根据软件的仿真，得到增程式混合动力公交车（SXC6110GSHEV）爬坡性能曲线（如图4所示）。黑色曲线为最大扭矩下的爬坡性能，持续时间2 min。蓝色曲线为额定扭矩下的爬坡性能，持续时间为1 h。从黑色曲线中，可以得到整车的最大爬坡能力为16%，最高爬坡车速为18.4 km/h。从蓝色曲线中，可以得到连续爬坡能力为6.3%，连续爬坡下的最高车速为21 km/h。满足车辆最大爬坡度15%@15 km/h以及连续爬坡6%@20 km/h的要求。

  

图3 加速性能曲线

  

图4 爬坡性能曲线

  

图5 目标路谱和实际运行路谱图（80 kW）

  

图6 目标路谱和实际运行路谱图（100 kW）

4 整车燃油经济性仿真

从图10可以看出，动力电池组的SOC值在车辆起步后，从70%逐步降低，在行车制动过程中的能量回收使得SOC值有趋于平缓的趋势，当仿真至约880 s时，SOC值降至35%， 此时发动机启动充电，使SOC值有所回升，但随后汽车进入高速工况，电池耗电量增大，电池SOC值回升至0.45后开始下降，当汽车降速后，SOC值又逐渐回升。由此可见，发动机增程发电使得电池电量得到了有效的补充，在循环末期进入高速工况时，仍然可以满足行车需要，增程效果明显。

从图6可以看出，动力系统匹配选择功率为100 kW时，实际路谱车速已经接近了中国城市公交典型路谱，符合率为97%以上。

4.1 中国城市公交循环工况符合率

使用“整车动力计算软件”对增程式混合动力公交车（SXC6110GSHEV）的系统匹配方案的动力性进行仿真计算。在“整车动力计算软件”的整车参数中输出相关参数，如图1所示，为所需仿真车辆的整车参数，匹配方案配了西门子4.05速比的减速箱，匹配了6.17速比的后桥，增程式混合动力公交车的动力计算所需求的电机参数如图2所示。

在发动机最大功率分别设置为80 kW、100 kW情况下，利用“混合动力仿真计算软件”对燃油经济性及发电机—发动机组以及动力电池的匹配方案在选择中国城市公交车典型路谱上进行仿真模拟。根据中国城市公交典型路谱，选择了驱动电机为1PV5138-4WS24单电机，动力电池组为电池组电压621.6 V、电池组容量32 A·h的锰系高功率锂离子电池组，发动机为SC4H140.1Q5，发电机为1FV5139-6WS28。控制策略选择功率为80 kW、100 kW。

4.2 发动机功率随时间变化

驱动电机选择的是西门子1PV5138-4WS24的单电机配4.05减速箱方案。根据该方案，使用仿真软件仿真的加速性能曲线（如图3所示）。红色曲线为最大扭矩下，增程式混合动力公交车（SXC6110GSHEV）满载时的加速曲线，持续时间2 min。绿色曲线为额定扭矩下，SXC6110GSHEV客车满载时的加速曲线，持续时间1 h。由红色曲线可以得出0～50 km/h的加速时间为15 s，满足整车25 s的设计需求。

  

图7 发动机功率随时间的运行曲线(80 kW)

  

图8 发动机功率随时间的运行曲线(100 kW)

  

图9 功率分布图

  

图10 SOC随时间的运行曲线

4.3 SOC变化

根据选择的路谱，仿真计算初步的能耗、功率分布曲线、扭矩-T曲线、功率-T曲线等。

浅谈电力工程建设中输电线路施工质量的技术控制经验……………………………………………………… 韩昊霖（6-66）

动力仿真主要有加速性能仿真曲线、爬坡性能仿真曲线。

4.4 油耗仿真

目前国家政策认定“插电式混合动力（含增程式）客车节油率水平要高于40%”方可被认为是新能源车辆。以目前上海地方同等10.5 m常规柴油公交车成本规制中要求的百公里油耗34～36 L/100 km算，符合要求的10.5米级增程式车辆的百公里油耗应当小于20.4 L/100 km。从表3可以看出，发动机最大功率分别设置为80 kW、100 kW情况下，整车综合油耗分别是18.4 L/100 km、18.79 L/100 km，均满足油耗≤20.4 L/100 km的要求，且与常规柴油公交车相比，其油耗可以减低50%。

 

表3 油耗仿真结果

 

5 结 论

1）通过仿真软件的分析可知：在城市道路爬坡度要求不高（坡度≤15%），急加速或急减速要求不太频繁的工况下，此方案的增程式混合动力城市公交车动力系统的油耗指标已满足2016年新版国家新能源车辆补贴标准要求。

从图8中可以看出，当试验值取值较小时，各国规范取值基本一致，当试验值取值较大时，各国规范取值的差异性较为明显。中国规范更趋近于试验值，美国规范和欧洲规范的理论设计值偏于保守。

2）经过对于发动机不同功率（80 kW和100 kW）的仿真试验，在兼顾燃油经济性、车辆急加速性能和发动机使用寿命的前提下，在选择增程式动力系统的发动机功率时，可在根据公式估算的发动机输出功率基础上，略作适当上浮。油耗虽有小幅上升，但在车辆急加速性能和延长使用寿命方面更为合理。

3）对仿真结果进行分析，可以发现系统匹配还有需要优化的地方：（1）控制策略不完善，导致仿真结果存在一定的偏差；（2）动力电池组的容量或发电机组的功率匹配偏低，导致在加速时，有个别工况不能满足需求。

 

参考文献

[1]刘嘉，吴志军，李理光，等. 微型混合动力车的研究概况与趋势[J]. 北京汽车，2008（1）: 18-24.

[2]Waldner J, Wise J, Crawford C, et al.Development and testing of an advanced extended range electric vehicle. SAE Technical Paper. 2011-01-0913, 2011.

[3]姬芬竹，高峰. 电动汽车驱动电机和传动系统的参数匹配[J]. 华南理工大学学报（自然科学版），2006,34(4): 33-37.

[4]刘雪梅，周云山，黄伟. 插电式混合动力汽车动力系统参数设计[J]. 计算机仿真，2009（10）：302-306.

[5]李俊，赵子亮. 插电式双电机强混合动力轿车的参数匹配[J]. 吉林大学学报，2011，41(2): 299-302.

[6]武小兰，王军平，曹秉刚，等. 充电式混合动力电动汽车动力系统的参数匹配[J].汽车工程，2008，30(12)：1095-1098.

[7]李涛，陈猛. 增程式公交车动力系统设计及实例化研究[J]. 中国机械工程，2011，22(14): 1758-1763.

[8]贾辉，占泽民. 混合动力汽车传动系统能量流分析[J]. 汽车工程师，2010 (7) : 39-41.

[9]夏小华，吴小清. 混合动力汽车电动机的选择与仿真比较[J]. 汽车技术，2005 (6) :17-20.