混合動力電動汽車動力性與經濟性的優化匹配

牛軍青

摘 要 萬有特性曲線是用來對發動機性能進行全面有效評價的一種很好的工具。本文結合自身的實踐經驗利用Matlab軟件，建立了混合動力電動汽車的發動機模型，同時相應的對發動機的萬有特性曲線進行了繪制，確定了兩個衡量的目標：第一，汽車原地起步進行換擋加速所用的時間；第二，等速行駛中汽車的油耗狀況，并且分別建立了經濟型、動力性的目標函數。運用線性加權組合方式又將兩個不同的目標函數合并轉換為一個單一的目標函數，利用Matlab軟件對其進行計算，找到混合動力電動汽車動力性與經濟型的最優化形式的匹配。

關鍵詞 混合動力 電動汽車 經濟型 動力型

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A

1建立混合動力電動汽車發動機的特性模型

混合動力電動汽車的動力源與傳統汽車不同，它是有兩個動力源，分別是：電動機和內燃機，并且將二者的優勢充分結合，充分發揮了其優勢?；旌蟿恿﹄妱悠嚫鶕洳煌膭恿ο到y結構及動力源數量，我們又將其分為三種：串聯、并聯、混聯這三種類型。

1.1建立發動機外特性的數學模型

運用曲線將發動機功率Pe、發動機曲軸的轉速n、發動機的轉矩Ttq及發動機的油耗率b的函數關系表示出來，這個曲線就被叫做發動機轉速的特性曲線。在具體的工作中，如果發動機的節氣門是全開的狀態，那么這個曲線也可以稱之為發動機外特想曲線，具體的函數公式是：Pe=。

評價動力汽車性能的標準是綜合了汽車的最高車速Uamax，最大爬坡度imax：，加速時間t這三個指標來對氣息和電動機的動力性能進行綜合評判的，可以運用以下公式：

，

在這個公式中，Tm表示的是電動機的轉矩，nm所表示是的是電動機的轉速，bo=443.52，b1= 0.16547，b2=3.160710-5，b3= 3.163510-9再結合汽車行駛阻力平衡力的有關方程方程：F1=Ff+Fi+Fw+Fj，我們可以得到：=Gfsin ++ m，我們可以最終推導出公式=[ Gfcos ]，其中Ff表示的是滾動阻力， Fi表示的是坡度阻力， Fw表示的是空氣阻力，Fj表示的是車輛加速阻力，表示的是整車的加速度，r為輪胎的半徑，Tm表示的是電動機的轉矩，Ttp表示的是發動機的轉矩，ig表示的是變速比，io表示的是減速比， T表示的是傳動率，G表示的是汽車的重力，f表示的是滾動阻力系數， 表示的是坡度，CD表示的是空氣阻力系數，A表示的是迎風面積，Ua表示的是車速， 表示的是旋轉質量的換算系數。所以就有f（x1）=TS=T0+du，（注：T0表示為汽車起步加速的時間，Uamax表示的是加速的初速度，Uamix表示的是加速完成的末速度）。根據函數測定，汽車最佳的動力性換擋的點是，加速度曲線焦點處所對應得汽車行駛車速，在遇到沒有交點的時候，一般在發動機轉速最大的時候切換高擋。根據繪制的曲線顯示，當車速低于20千米每小時的時候，驅動力是不變的，車速不斷的增加，驅動力開始下降。跟發動機一樣，電動機的轉速也是有限制的，最高車速限制為每小時71千米。

1.2混合動力電動汽車燃油經濟性的數學模型

我們在計算汽車燃油經濟指數的時候通常按照等速百里行駛燃油量來進行衡量的。按照相關的標準折算成等速行駛百公里耗油量為QS=，p表示的是燃油的密度，單位表示是kg/L，ua表示的是車載等速行駛過程中的速度，g表示的重力加速度，b表示的是燃油消耗率表示單位是：g/（km h）。根據我們用Matlab軟件繪制的曲線圖來看，車輛的等速百里燃油的油耗量月底，汽車的經濟性能就越好。但是，等速百里行車的燃油狀況并不能代表實際行車中的情況。在不同的地方各地設置了一些不同的評價標準。

2基于Matlab建模的優化匹配

2.1優化匹配的配置情況

從利用Matlab軟件建立的萬有特性曲線來看，汽車油耗量情況最好的時候是在發動機中等轉速、中等轉矩的情況下工作時。所以，我們應該在對汽車良好的性能保證的情況下，要經可能的將汽車的燃油消耗率降低，以此來提高車輛整體的性能。

2.2具體優化配置的控制方法

保證汽車有較好動力的情況下，我們要對發動機的功率進行提高，同時提高車輛的經濟性，以所建立的發動機數學模型為基礎，將車輛原地起步換擋所用的時間和車輛行駛百公里耗油作為對車輛動力性、燃油經濟性衡量的兩個條件。然后再將其轉化為單一的函數目標。（1）我們要建立汽車動力性目標函數為：=[ Gfcos ]，（2）我們要建立燃油經濟性的目標函數為：QS=，（3）我們要將二者轉化為單一目標函數的公式為f（x）=w1f（x1）+w2f（x2），w1，w2分別表示的是動力性加權因子和經濟性加權因子，f（x1）=TS=T0+du，f（x2）=QS，（4）建立一定的約束條件：，代表的是要求最高車速，表示實際最高車速， *max表示的是要求爬的最大坡度， max表示實際爬的最大坡度。（5）根據函數公式，利用Matlab軟件進行繪圖。根據圖象顯示，優化匹配后，發動機在中等轉速、中等轉矩范圍內運行的時候，耗油量相比以前而言是降低的，大約降低了13，汽車的經濟性能也有明顯的好轉。在此區域內，發動機的功率比優化前是增加了，大約增加了12kw左右，因此，我們可以說這個區域內是發動機工作的最優區域。

3結語

本文僅結合自身的實踐經驗對混合動力電動汽車動力性與經濟型的優化匹配進行了簡要的探究。其中利用了Matlab軟件進行了萬有特性曲線的繪制，方法簡單易行，希望可以為混合動力汽車的發展做出貢獻。

參考文獻

[1] 宮喚春，孟靜.混合動力電動汽車動力性與經濟性的優化匹配[J].北京汽車，2013（06）.