军用增程式电动汽车增程器工作点选取策略设计

军用增程式电动汽车增程器　工作点选取策略设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｅｘｔｅｎｄｅｒ　ｏｆ　ａ　ｍｉｌｉｔａｒｙ　ｒａｎｇｅ—ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　朱辰宇，余卓平，熊璐，张培志，曾德全　ＺＨＵ　Ｃｈｅｎ—ｙｕ，ＹＵ　Ｚｈｕｏ—ｐｉｎｇ，ＸｌＯＮＧ　Ｌｕ，ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｉ—ｚｈｉ，ＺＥＮＧ　Ｄｅ—ｑｕａｎ　（同济大学，上海２０１８０４）　摘要：在军事领域，增程式电动汽车由于其噪声／．Ｉ＼、机动性强、续驶里程高、高压电源可为伺服武器　提供动力等优点．具有广阔的应用前景。针对一军用增程式混合动力差动转向汽车平台，搭　建了包括发动机模型、发电机模型、增程器模型在内的增程式混合动力系统模型，设计了旨　在提高整车经济性的增程器不同输出功率下的工作点选取策略，通过实车试验验证了策略的　有效性。　关键词：增程式电动汽车；增程器；混合动力系统；经济性；工作点选取　中图分类号：ｕ４６１．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１　８）ｏｌ一００１　０　０６　

０增程式电动汽车概述　增　Ｊ　电动汽　足混合动力汽车的一种。它既能够　】　作　纯ＩＵ动行驶模式，又能够通过增　器发电为乍辆　提供动力、为动力电池充　。该种　辆仪需较小的电池　容｝　就能够　剑ＩＪ　常的续驶　。　ｆ　，　Ｉ　劫　１ｉ果Ｊ】Ｊｌ『』＿】Ｉ冬】ｌ』　『】，ｊ｝ｆＩＨ艾　ｊ　介动力　系统　构。发动机’ｊ技ＪＬｔ，￥Ｊ　Ｌｆｌｌ＋成增　器，１　辆　Ｉ　能驱　动ＩＵ础机　动　驶。１　｝　以动　箭ｆＩｚｉ也作为卜　动　渊，以增　作为轴ｌＩＪｊ动　源。　１增　汽　ｆｉ－：１＂ｔ！纯　动　驶十Ｉ！』　卜，埔　１：作，动力ｌ乜池作为唯一的　ｚ｝】￣ｂｌ－，一ｌｔ　，此¨０』　ｊ　ＩＵ　１　Ｉ　ｆ１ｊ原Ｉ＿｛Ｉ　个｝Ｕ　Ｊ・ｄ，　｝仃　ｉｉ　ｌ　１　ｍ联　混合动力系统结构　汕牦、岑摊放、噪声小和舒适性好等特点。　动力电　池ｆＵ　低或行动力电池输卜“功率小于需求功率时，增程　器　始Ｊ　作，发；｝Ｉ的电能～部分可用于给动力电池充　叱，　分可直接提供给电动机驱动车辆行驶。增程　ｆ，『（Ｊ『ＪｌＪ入人人延长ｒ车辆的续航里程，减少　纯电动汽　１一川ｔ　埘此的担忧。　Ｊ｛ｉ｝　式电动汽车的诸多优点也引起了　方芙沣。军　川特种牛ｊ＝ｌｉＩｊ具宵输出功率人、机动性和通过性强、工作　等特点。将增程式混合动力系统引入，车用车辆中，　町以仃效提　军用车辆的各种性能，如增强动力性、隐　敞　、通过性、降低油耗、成为移动电站等，使得其能　ｑ　适　战场　境。　小义研究埘象址　辆增程式混合动力、轮边电机驱　√Ｊ、芥动转　的水陆两ｌ柄汽１ｌ。其底盘传动系统机械结　｛＝｛＝Ｊ、１ｌ辆实物分刖如罔２、　３所示。车辆　仃两个动　源，发动机与发电机通过机械连接组成增程器，电机控　制　为　Ｕ合一控制器，同时控制散热风扇电机、发电机　Ｉ　个轮边电机，动力电池给电机控制器供电。　

１增程式混合动力系统模型建立　为了设计旨　提高整　经济性的增程器不同输出功　

收稿日期：２０１７—０７—３１　基金项目：　家科技是拌计划——电动汽１ｉ分　式＿Ｊｕ轮　动系统研发（２０１５ＢＡＧＩ７Ｂ０Ｉ）　作吉简介：朱　ｊ　（１９９３一），＿Ｊｊ，　缸人，坝Ｉ　『究　，　ｆ究方向为整车管婵策略开发、无人驾驶车辆行为决策　系统　动玄　系统）ｆ：发。　

【１Ｏ】　第４Ｏ卷第１期２０１８—０１　图２试验车底盘传动系统机械结构　图３试验车实物图　率下的工作点选取策略，本文搭建了增程式混合动力系　统模型，包括发动机模型、发电机模型和增程器模型。　

１．１柴油发动机数学模型　发动机是增程器的重要组成部件之一，发动机的　建模对增程器的控制策略设讨。有很大影响。发动机是一　个强非线性、强耦合、时变动力学系统，本文中提出的　对于发动机的控制是指通过控制发动机油门开度来改变　发动机的输出扭矩，故不考虑发动机缸内复杂的燃烧过　程，同时对发动机模型的输入、输出信号及内部参数进　行简化，选取利用试验数据建模和参数拟合的方法对其　建模。　在本文建立的模型中，输入信号为油门开度和负　载扭矩，输出变量为发动机输出扭矩、转速和燃油消耗　量。本文中车辆使用增程器中发动机为四缸柴油机，排　

量１．４Ｌ，采用涡轮增压，最大转速４８００ｒｐｍ，最大扭矩　２１２Ｎｍ，最大功率７０ｋＷ。　通过发动机在测功机上的台架测试并使用多项式　进行数据拟合，获得了如图４所示的发动机外特性与部　分负荷特性图，即将发动机稳态输出转矩表示为油门开　度、发动机曲轴转速的函数。　

２５０　—２００　弓１５０　１０ｏ　卑５Ｏ　

０　４０００　

图４发动机外特性与部分负荷特性图　１００　

发动机产生的能量部分需用来克服机械摩擦阻力，　其来源于内部各个部件的相互滑动和滚动。发动机内部　摩擦扭矩主要与转速、温度有关，本文使用的发动机内　部摩擦扭矩特性如图５所示。　

Ｏ　。３０　娶．６０　鞋　世　９０　

图５发动机ｆ＾】部摩擦扭矩特性图　发动机输出扭矩是发动机通过燃油燃烧产生有效转　矩克服机械摩擦阻力输出至飞轮的扭矩。可以得到发动　机输出扭矩特性图如图６所示。　

２５０　—２００　弓１５０　１　Ｄ０　５０　Ｏ　４０００　

图６发动机输出扭矩特性图　１００　

第４Ｏ卷第１期２０１８—０１　［１１１　２２０　２００　１８０　１６Ｏ　

一１４０　１２０　最１００　未　８０　

６０　４０　２０　１ＵＵＵ　ｌｂＵＵ　ＺＵＵＵ　ＺｂＵＵ　０ＵＵＵ　ｂＵＵ　４０ＵＵ　转速　ｒｐ￣１））　ＡＰＵ总做；　

【　）　

图１　１增程器最佳燃油经济性曲线图　

据最佳燃油　济性曲线，确定了每‘输“ｊ功率　ＰＡＰＵＯ最佳经济性对　的输出扭｛寸　Ｔ曲和输出转速ｒｌ。　。　根据　６所示的发动机输出扭矩特　图可以反推　不　同输出助率所对应的油门踏板开度。最终结果如图Ｉ２　所示。　

ｌ２最佳燃油经济性Ｆ的油　Ｊ　蓬一输出功率罔　３工作点选取策略实车试验验证　为Ｊ’验证ｆ　义　作点选取策ｆｆ【｝｝的仃效件，我们进行　了实年试验验证。验ｉｌＩ　结果分为以　三个部分：　３．１输出功率跟随验证　／ｆ　同时段给定系统的需求助牢的条件＿卜，系统输　出功率如图ｌ３所示。　Ｉ　的红线为需求功率，蓝线为输出功牢，巾式　（７）　剑。由　ｌ３ｌ叮知，在不　时『ＨＪ段下，系统输出功　率　需求功率±ｌｋｗ范围内振荡，这是由电机机械功率　与电磁功率不平衡，电机的电流、电压周期性变化引起　的，　ｒ正常现象。总体而言，系统的输出功率能够较　稳定地　随需求功率。　

３．２输出电机转速跟随验证　Ｄ，１　段系统的　求『乜机转速、输出『乜机转述如图　ｌ４所永。　

【１４】　第４Ｏ卷第１期２０１８　０１　

图Ｉ３系统输出功率跟随图　时ｎＪｊ（ｓ）　图１４系统输出电机转速跟随圈　

在给定系统需求功率后，可以通过图ｌｌ所示的增辊　器最佳燃油经济性曲线求ｍ系统的需求转速。由图ｌ４可　知，系统的输出电机转速除存需求功率跳变时有较大振　荡（图中　：线冉角处常伴随蓝色尖角）外，可以很好地　随需求电机转速，振荡幅度不超过±２０ｒｐｍ，系统响　应迅速。　

３．３输出油门开度跟随验证　不同时段系统的需求油门歼度、输出油门开度如图　ｌ５所示。　

时间（ｓ）　图ｌ５系统输出油门开度跟随图　在给定系统需求功率后，可以通过　ｌ２所示的增程　器最佳燃油经济性下的油门丌度一输…功率曲线求Ｌ｝ｊ系　统的需求油『ｊ开度。由图ｌ５可知，系统的输　油门开度　响应迅速，且只有±１％的振荡，这是由输出油门开度　步长为１％决定的，属于正常现象。　４结束语　本文搭建了针对军用增程式电动汽车的混合动力系　统模型，设计了旨在提高整车经济性的增程器不同输出　功率下的工作点选取策略，通过实车试验验证了策略的　有效性。该控制策略作为增程式电动汽车整车管理策略　的重要组成部分，对于提高整车经济性，提升整车的续　驶里程有重要意义。　

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