基于PSAT的Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車經(jīng)濟(jì)性能研究與驗(yàn)證一、引言1.1研究背景與意義在全球汽車工業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，石油短缺和環(huán)境惡化已成為兩個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。隨著汽車保有量的持續(xù)攀升，石油作為傳統(tǒng)汽車的主要能源，其儲(chǔ)量的有限性日益凸顯，供需矛盾愈發(fā)尖銳。與此同時(shí)，傳統(tǒng)燃油汽車在運(yùn)行過程中會(huì)排放大量的污染物，如一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）以及顆粒物（PM）等，這些污染物不僅對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，導(dǎo)致霧霾天氣頻發(fā)、空氣質(zhì)量下降，還對(duì)人類健康構(gòu)成了巨大威脅，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病等一系列健康問題。為了應(yīng)對(duì)這兩大挑戰(zhàn)，混合動(dòng)力汽車應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)為解決石油短缺和環(huán)境污染問題帶來了新的希望。混合動(dòng)力汽車融合了傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力源，通過合理的控制策略，在不同的行駛工況下靈活切換動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用和污染物的減排。在城市擁堵路況下，車輛頻繁啟停，此時(shí)純電動(dòng)模式可有效避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低效區(qū)運(yùn)行，減少燃油消耗和尾氣排放；在高速行駛等需要大功率輸出的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，既能保證車輛的動(dòng)力性能，又能提高能源利用效率。而在混合動(dòng)力汽車的眾多類型中，Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。它不僅具備傳統(tǒng)混合動(dòng)力汽車的節(jié)能和減排特性，還擁有更大容量的電池組，支持外接充電。這使得車輛在純電動(dòng)模式下能夠行駛更長的距離，進(jìn)一步降低了對(duì)燃油的依賴，減少了尾氣排放。在日常通勤中，若出行距離較短，用戶可完全依靠純電動(dòng)模式滿足出行需求，實(shí)現(xiàn)零排放出行；在長途旅行等需要長續(xù)航的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)則可介入工作，為車輛提供持續(xù)的動(dòng)力支持，有效解決了純電動(dòng)汽車的續(xù)航焦慮問題。因此，深入研究Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的經(jīng)濟(jì)性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。從能源角度來看，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性能的研究有助于進(jìn)一步挖掘車輛的節(jié)能潛力，降低對(duì)石油等不可再生能源的依賴，緩解能源短缺壓力，保障國家能源安全。通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制策略，提高能源利用效率，減少燃油消耗，從而降低車輛的使用成本，為用戶帶來實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)利益。從環(huán)境角度而言，降低燃油消耗意味著減少尾氣排放，有助于改善空氣質(zhì)量，減輕環(huán)境污染，對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有積極的推動(dòng)作用。研究成果還可為汽車制造商在車輛研發(fā)、生產(chǎn)過程中提供重要的參考依據(jù)，促進(jìn)混合動(dòng)力汽車技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，推動(dòng)整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)向綠色、節(jié)能、環(huán)保方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外在混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域起步較早，技術(shù)相對(duì)成熟。自20世紀(jì)90年代以來，隨著電池、電機(jī)和控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，混合動(dòng)力汽車逐漸進(jìn)入商業(yè)化階段。許多知名汽車企業(yè)如豐田、本田、通用、福特等，在混合動(dòng)力汽車的研發(fā)和生產(chǎn)方面取得了顯著成果。豐田普銳斯作為全球首款量產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車，自1997年推出以來，憑借其先進(jìn)的混合動(dòng)力系統(tǒng)和出色的燃油經(jīng)濟(jì)性，在全球市場(chǎng)上取得了巨大成功，累計(jì)銷量可觀，成為混合動(dòng)力汽車的經(jīng)典代表車型。其采用的行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)合雙電機(jī)所構(gòu)成的功率分流式混合動(dòng)力系統(tǒng)，能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)控制更加自由，燃油量最大可節(jié)省50%，排放達(dá)到超低水平。本田的Insight也是一款具有代表性的混合動(dòng)力車型，在市場(chǎng)上也有一定的份額。在混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)性能研究方面，國外學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)開展了大量的工作。他們運(yùn)用先進(jìn)的仿真軟件和試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配、能量管理策略以及不同行駛工況下的燃油消耗和排放特性等進(jìn)行了深入研究。通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、電機(jī)的功率、電池的容量等，使其在不同工況下都能達(dá)到較好的性能表現(xiàn)，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。在能量管理策略研究中，采用智能算法實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)之間的動(dòng)力優(yōu)化分配，以降低燃油消耗和排放。動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、模型預(yù)測(cè)控制算法等被廣泛應(yīng)用于能量管理策略的優(yōu)化中，這些算法能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)和工況，預(yù)測(cè)未來的需求，從而提前調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。國內(nèi)對(duì)混合動(dòng)力汽車的研究起步相對(duì)較晚，但近年來發(fā)展迅速。在國家政策的大力支持下，眾多高校、科研機(jī)構(gòu)和汽車企業(yè)積極投入到混合動(dòng)力汽車的研發(fā)中，取得了一系列的成果?！笆濉逼陂g，科技部組織北京理工大學(xué)、清華大學(xué)、東風(fēng)汽車公司等多家單位進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，確定了“三縱三橫”的研發(fā)布局，將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車作為重要的研究方向之一。此后，節(jié)能與新能源汽車的研發(fā)又被列入“十一五”863計(jì)劃重大項(xiàng)目，進(jìn)一步推動(dòng)了混合動(dòng)力汽車技術(shù)的發(fā)展。國內(nèi)企業(yè)在混合動(dòng)力汽車的研發(fā)和生產(chǎn)方面也取得了一定的成績(jī)。比亞迪的DM-i超級(jí)混動(dòng)技術(shù)，采用了以電為主的架構(gòu)，通過高效發(fā)動(dòng)機(jī)和大功率電機(jī)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了超低油耗和強(qiáng)勁動(dòng)力，在市場(chǎng)上獲得了較高的認(rèn)可度，相關(guān)車型銷量可觀。長城汽車的檸檬DHT混動(dòng)系統(tǒng)，具有多種工作模式，能夠根據(jù)不同的行駛工況自動(dòng)切換，有效提高了燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性能。在經(jīng)濟(jì)性能研究方面，國內(nèi)學(xué)者也開展了大量的工作，通過理論分析、仿真計(jì)算和試驗(yàn)研究等手段，對(duì)混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)匹配、能量管理策略、整車經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行了深入研究。針對(duì)國內(nèi)復(fù)雜的交通工況和用戶使用習(xí)慣，開發(fā)適合我國國情的能量管理策略，以提高混合動(dòng)力汽車在國內(nèi)實(shí)際行駛條件下的經(jīng)濟(jì)性能。盡管國內(nèi)外在混合動(dòng)力汽車的研究和發(fā)展方面取得了顯著的成果，但仍存在一些不足之處。部分研究在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和能量管理策略優(yōu)化時(shí)，對(duì)實(shí)際行駛工況的復(fù)雜性考慮不夠充分，導(dǎo)致理論研究成果與實(shí)際應(yīng)用存在一定的差距。一些研究側(cè)重于單一因素的優(yōu)化，如只關(guān)注燃油經(jīng)濟(jì)性或排放性能，而忽視了兩者之間的平衡以及與車輛動(dòng)力性能、駕駛舒適性等其他因素的綜合優(yōu)化。在試驗(yàn)研究方面，由于試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法的局限性，部分試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性有待提高。本文將針對(duì)上述不足，以Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車為研究對(duì)象，綜合考慮多種因素，深入研究其經(jīng)濟(jì)性能。通過對(duì)實(shí)際行駛工況的采集和分析，建立更加準(zhǔn)確的工況模型；運(yùn)用先進(jìn)的仿真軟件和優(yōu)化算法，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，并開發(fā)更加智能、高效的能量管理策略；結(jié)合試驗(yàn)研究，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，以期提高Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的經(jīng)濟(jì)性能，為其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)參考。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究以提高Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的經(jīng)濟(jì)性能為核心目標(biāo)，展開了一系列深入的研究工作，具體研究?jī)?nèi)容如下：動(dòng)力系統(tǒng)選型：選用哈飛賽豹汽車作為基礎(chǔ)車型，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)各部件進(jìn)行重新選型研究。在滿足國家863項(xiàng)目要求的前提下，精確分析計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池等關(guān)鍵部件的參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、功率、扭矩特性，電機(jī)的類型、功率、效率曲線，電池的容量、能量密度、充放電特性等。通過對(duì)這些參數(shù)的細(xì)致研究，提出適合Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力系統(tǒng)整體方案，確保各部件之間的良好匹配，為整車的經(jīng)濟(jì)性能奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。PSAT仿真軟件應(yīng)用：利用基于MATLAB的電力系統(tǒng)分析工具包PSAT對(duì)該車的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行仿真研究。PSAT具有開放源代碼、模塊化設(shè)計(jì)、友好用戶界面以及跨平臺(tái)兼容性等優(yōu)點(diǎn)，為研究提供了強(qiáng)大的支持。在仿真過程中，針對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)零部件建立SIMULINK模型，如發(fā)動(dòng)機(jī)模型、電機(jī)模型、電池模型以及車輛動(dòng)力學(xué)模型等。通過修改這些模型的主要參數(shù)，使其更貼近實(shí)際車輛的特性，從而提高仿真的準(zhǔn)確性。例如，根據(jù)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)模型中的燃油消耗率、輸出扭矩等參數(shù)進(jìn)行精確設(shè)置；依據(jù)電機(jī)的實(shí)際性能參數(shù)，調(diào)整電機(jī)模型的效率、轉(zhuǎn)速-扭矩關(guān)系等參數(shù)，確保仿真模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際車輛的運(yùn)行狀態(tài)?？刂撇呗匝芯亢头抡娼Y(jié)果分析：深入研究Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的控制策略，根據(jù)駕駛員意圖和行駛工況，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池之間的能量流動(dòng)，合理進(jìn)行動(dòng)力分配，以優(yōu)化車載能源利用，提高整車經(jīng)濟(jì)性，并適當(dāng)降低排放。采用基于規(guī)則的邏輯門限值控制、動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制等常見控制策略，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析，研究不同控制策略下整車的燃油消耗、排放以及動(dòng)力性能等指標(biāo)?；谝?guī)則的邏輯門限值控制將車輛的運(yùn)行狀態(tài)劃分為不同的區(qū)間，在每個(gè)區(qū)間內(nèi)采取相應(yīng)的控制策略，如在低速行駛時(shí)采用純電動(dòng)模式，在高速行駛或需要大功率輸出時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式等；動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制則根據(jù)車輛的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的控制效果；自適應(yīng)控制能夠根據(jù)車輛的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境條件自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，以適應(yīng)各種復(fù)雜的變化條件。通過仿真分析，找出最適合該車的控制策略，為實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。整車試驗(yàn)驗(yàn)證：為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)該車進(jìn)行整車試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，采集車輛在不同行駛工況下的實(shí)際數(shù)據(jù)，如燃油消耗、電量消耗、排放數(shù)據(jù)以及動(dòng)力性能參數(shù)等。將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，評(píng)估仿真模型的準(zhǔn)確性和控制策略的有效性。若發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果存在差異，深入分析原因，對(duì)仿真模型和控制策略進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，確保研究結(jié)果的可靠性和實(shí)用性。在研究方法上，本研究采用理論分析、仿真模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式。通過理論分析，深入理解混合動(dòng)力汽車的工作原理、動(dòng)力系統(tǒng)特性以及控制策略的基本理論，為后續(xù)的研究提供理論基礎(chǔ)。利用PSAT仿真軟件進(jìn)行仿真模擬，能夠在虛擬環(huán)境中快速、高效地對(duì)不同的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制策略進(jìn)行測(cè)試和分析，節(jié)省時(shí)間和成本，同時(shí)可以對(duì)各種復(fù)雜工況進(jìn)行模擬，獲取豐富的數(shù)據(jù)，為研究提供全面的信息。整車試驗(yàn)驗(yàn)證則是對(duì)仿真結(jié)果的實(shí)際檢驗(yàn)，通過真實(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確保研究結(jié)果的可靠性和實(shí)用性，使研究成果能夠真正應(yīng)用于實(shí)際的汽車生產(chǎn)和使用中。二、混合動(dòng)力系統(tǒng)原理與選型2.1Plug-inHEV介紹Plug-in混合動(dòng)力汽車，即插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，簡(jiǎn)稱PHEV），是一種融合了傳統(tǒng)燃油汽車與純電動(dòng)汽車優(yōu)勢(shì)的新型汽車。它既配備了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、傳動(dòng)系統(tǒng)、油路和油箱，以滿足長距離行駛和高功率需求；又搭載了大容量的電池組和電動(dòng)機(jī)，支持外接充電，可實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)模式行駛。這一特性使得車輛在短途出行時(shí)，能夠以純電動(dòng)模式運(yùn)行，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗和尾氣排放，實(shí)現(xiàn)零排放出行，有效降低了對(duì)環(huán)境的污染。在長途行駛或電池電量不足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)則會(huì)啟動(dòng)，為車輛提供持續(xù)的動(dòng)力支持，同時(shí)還能為電池充電，確保車輛的續(xù)航能力，解決了純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程有限的問題。在全球積極推動(dòng)清潔能源汽車發(fā)展的大背景下，Plug-in混合動(dòng)力汽車扮演著重要的角色，是實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)燃油汽車向純電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵過渡車型。它的出現(xiàn)，為緩解能源短缺和環(huán)境污染問題提供了有效的解決方案。通過外接充電，車輛可以利用夜間低谷電價(jià)時(shí)段進(jìn)行充電，不僅降低了能源成本，還能充分利用電網(wǎng)的剩余容量，起到削峰填谷的作用，提高電網(wǎng)的整體運(yùn)行效率。在城市交通中，大量的Plug-in混合動(dòng)力汽車采用純電動(dòng)模式行駛，能夠顯著減少尾氣排放，改善城市空氣質(zhì)量，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。其靈活的動(dòng)力切換方式，也能更好地適應(yīng)不同用戶的出行需求，無論是日常通勤還是長途旅行，都能提供高效、便捷的出行體驗(yàn)，具有較高的實(shí)用性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2.2典型Plug-inHEV整車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2.2.1串聯(lián)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)是Plug-in混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的一種基本類型，其發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的連接方式較為獨(dú)特。在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)并不直接與驅(qū)動(dòng)輪相連，而是專門驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能，一部分通過逆變器直接輸送給電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)汽車行駛；另一部分則可以存儲(chǔ)到動(dòng)力電池中，以備后續(xù)使用。在不同工況下，串聯(lián)式結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出不同的動(dòng)力傳遞和能量轉(zhuǎn)換特性。在純電動(dòng)工況下，車輛僅依靠動(dòng)力電池儲(chǔ)存的電能為電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行。這種工況適用于城市中短距離出行、擁堵路況等，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在低效區(qū)運(yùn)行所帶來的高油耗和高排放問題，有效降低了能源消耗和環(huán)境污染。當(dāng)電池電量不足且車輛需要持續(xù)動(dòng)力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能直接供給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，同時(shí)多余的電能還可給電池充電，維持電池電量在合適的水平，確保車輛的續(xù)航能力。在加速、爬坡等需要大功率輸出的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電池會(huì)同時(shí)為電動(dòng)機(jī)提供電能，以滿足車輛對(duì)動(dòng)力的需求。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較為突出。發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪無直接機(jī)械連接，使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以工作在其速度-轉(zhuǎn)矩圖的任何點(diǎn)上，并且能夠始終保持在最低油耗區(qū)運(yùn)行，從而提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在電量充足時(shí)，車輛能夠完全實(shí)現(xiàn)零排放，有利于環(huán)境保護(hù)。其動(dòng)力總成的控制策略相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。該結(jié)構(gòu)也存在一些不足之處。為滿足汽車動(dòng)力性需要，往往需要匹配較大功率的電動(dòng)機(jī)，這增加了成本和車輛的重量。在車輛需求功率較大的工況行駛時(shí)，動(dòng)力電池需要高電流放電，這會(huì)導(dǎo)致電能損耗增大。當(dāng)電量低需要充電時(shí)，能量總體損失比較大，從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能到電能再到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率較低。2.2.2并聯(lián)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)都與傳動(dòng)系統(tǒng)直接連接，它們可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，在不同的行駛工況下，既能夠單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，也可以聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輪。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)分屬兩套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，共同為車輛的行駛提供動(dòng)力支持。動(dòng)力合成方式主要通過機(jī)械耦合裝置來實(shí)現(xiàn)，常見的機(jī)械耦合方式有齒輪耦合、皮帶耦合等。在純電動(dòng)模式下，當(dāng)動(dòng)力電池的電量充足且車輛需求功率較小時(shí)，車輛由動(dòng)力電池單獨(dú)提供電能，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)從而驅(qū)動(dòng)汽車行駛。這種模式適用于車輛起步、低速行駛以及城市擁堵路況等，能夠有效避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低效區(qū)運(yùn)行，降低能耗和排放。在純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，當(dāng)動(dòng)力電池SOC下降到一定目標(biāo)值且車輛需求功率不大時(shí)，車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。這種模式一般適用于高速穩(wěn)定行駛工況，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在相對(duì)高效的狀態(tài)下工作，保證車輛的行駛效率。當(dāng)車輛需求功率較大，發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)無法滿足車輛需求功率時(shí)，就會(huì)進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)共同牽引驅(qū)動(dòng)車輛，以滿足車輛對(duì)動(dòng)力的要求。在行車充電模式下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率大于驅(qū)動(dòng)車輛所需的功率時(shí)，一部分功率直接驅(qū)動(dòng)車輛，另一部分供給電機(jī)使其工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，將多余的功率充入電池，實(shí)現(xiàn)能量的回收和儲(chǔ)存。在汽車制動(dòng)過程中，則進(jìn)入再生制動(dòng)模式，電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)使用，將一部分制動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在動(dòng)力電池中，提高能量的利用效率。2.2.3混聯(lián)式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)混聯(lián)式結(jié)構(gòu)巧妙地融合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，是一種更為復(fù)雜但高效的動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成。在混聯(lián)式結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率一部分通過機(jī)械傳動(dòng)直接輸送給驅(qū)動(dòng)橋，另一部分則驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能由控制器控制，既可以輸送給電動(dòng)機(jī)，也可以存儲(chǔ)到電池中。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩通過動(dòng)力復(fù)合裝置傳送給驅(qū)動(dòng)橋，與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)耦合。在不同工況下，混聯(lián)式結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種工作模式的靈活切換，以達(dá)到高效運(yùn)行的目的。在純電驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛僅由電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力合成器提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行，適用于城市中短距離出行、低速行駛等工況。在純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)關(guān)閉，車輛驅(qū)動(dòng)力僅由發(fā)動(dòng)機(jī)提供，此時(shí)動(dòng)力蓄電池既不供能也不從系統(tǒng)中獲取任何能量，一般適用于高速穩(wěn)定行駛且電池電量充足的情況?；旌向?qū)動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作，通過動(dòng)力合成器向機(jī)械傳動(dòng)裝置提供動(dòng)力，滿足車輛在加速、爬坡等需要大功率輸出的工況下的動(dòng)力需求。在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力蓄電池充電模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)保持工作，除了提供車輛行駛的動(dòng)力以外，還通過發(fā)電機(jī)向動(dòng)力蓄電池充電，維持電池電量。在再生制動(dòng)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，通過消耗車輛的動(dòng)能產(chǎn)生電能向動(dòng)力蓄電池充電，回收制動(dòng)能量。混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于其能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，在更復(fù)雜的工況下使系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)，從而更容易實(shí)現(xiàn)排放和油耗的控制目標(biāo)。它綜合了串聯(lián)式和并聯(lián)式的優(yōu)點(diǎn)，既可以在純電模式下實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行，又可以在需要時(shí)充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，保證車輛的動(dòng)力性能和續(xù)航能力。混聯(lián)式結(jié)構(gòu)也存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、控制難度大等缺點(diǎn)，對(duì)技術(shù)研發(fā)和系統(tǒng)集成要求較高。2.3Plug-inHEV工作模式和控制策略2.3.1工作模式純電動(dòng)模式：當(dāng)動(dòng)力電池電量充足（通常電池荷電狀態(tài)SOC大于某一設(shè)定值，如70%）且車輛行駛需求功率較低時(shí)，如車輛在城市道路中低速行駛、起步、短距離通勤等工況下，車輛僅由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。在該模式下，車輛依靠動(dòng)力電池儲(chǔ)存的電能為電動(dòng)機(jī)供電，電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，實(shí)現(xiàn)零排放運(yùn)行，有效降低了能源消耗和尾氣排放，減少對(duì)環(huán)境的污染。純?nèi)加湍Ｊ剑寒?dāng)動(dòng)力電池SOC下降到一定的較低目標(biāo)值（例如低于30%），且車輛行駛工況對(duì)動(dòng)力需求相對(duì)穩(wěn)定，如在高速公路上穩(wěn)定行駛時(shí)，車輛切換至純?nèi)加湍Ｊ剑藭r(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛。發(fā)動(dòng)機(jī)通過燃燒燃油產(chǎn)生動(dòng)力，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞至車輪，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。在這種模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在相對(duì)高效的工況下運(yùn)行，保證車輛的行駛效率?；旌蟿?dòng)力模式：當(dāng)車輛行駛需求功率較大，如在加速、爬坡、高速超車等工況下，僅靠發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)無法滿足車輛動(dòng)力需求時(shí)，進(jìn)入混合動(dòng)力模式。在該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，共同為車輛提供動(dòng)力。發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過動(dòng)力耦合裝置進(jìn)行合成，然后傳遞至驅(qū)動(dòng)輪，以滿足車輛對(duì)大功率的需求，確保車輛具有良好的動(dòng)力性能。行車充電模式：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大于車輛行駛所需功率時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)車輛的同時(shí)，將多余的功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，產(chǎn)生的電能充入動(dòng)力電池。這種模式常見于車輛在高速行駛且路況較為平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定輸出較大功率的情況下。通過行車充電，能夠增加電池的電量?jī)?chǔ)備，為后續(xù)的純電動(dòng)行駛或混合動(dòng)力行駛提供更多的能量支持。再生制動(dòng)模式：在車輛減速或制動(dòng)過程中，電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)的角色。車輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲(chǔ)到動(dòng)力電池中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收。這種模式不僅提高了能量的利用效率，減少了能量的浪費(fèi)，還在一定程度上減輕了制動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，延長了制動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。各工作模式之間的切換通?；谲囕v的行駛工況、動(dòng)力電池的SOC值以及駕駛員的操作等因素。例如，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板，車輛需求功率增加，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前電池SOC和發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，判斷是否需要從純電動(dòng)模式切換到混合動(dòng)力模式；當(dāng)電池SOC低于設(shè)定的下限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到純?nèi)加湍Ｊ交蚧旌蟿?dòng)力模式，以保證車輛的正常行駛。合理的工作模式切換能夠使車輛在不同工況下都能實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。2.3.2控制策略邏輯門限控制策略：邏輯門限控制策略是一種基于規(guī)則的控制方法，它將車輛的運(yùn)行狀態(tài)劃分為不同的區(qū)間，并根據(jù)預(yù)設(shè)的門限值來決定發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和能量分配。在該策略中，通常以動(dòng)力電池的SOC值和車輛的需求功率作為主要的判斷依據(jù)。當(dāng)SOC高于某一較高門限值（如70%）且需求功率較低時(shí)，車輛進(jìn)入純電動(dòng)模式，由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)SOC低于某一較低門限值（如30%）時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，車輛進(jìn)入純?nèi)加湍Ｊ交蚧旌蟿?dòng)力模式。在混合動(dòng)力模式下，根據(jù)需求功率的大小，通過預(yù)設(shè)的功率分配規(guī)則，確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)各自輸出的功率。這種控制策略的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，易于實(shí)現(xiàn)，計(jì)算量小，對(duì)控制器的性能要求較低，能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的合理工作分配。它的缺點(diǎn)是門限值的設(shè)定較為固定，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況，無法充分發(fā)揮混合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，可能導(dǎo)致能源利用效率不夠高。模糊控制策略：模糊控制策略是一種智能控制方法，它模仿人類的思維方式，通過模糊推理來確定控制量。在Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車中，模糊控制策略以車輛的行駛速度、加速度、電池SOC等作為輸入變量，經(jīng)過模糊化處理、模糊推理和去模糊化處理后，輸出發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和功率分配指令。將行駛速度劃分為低速、中速、高速等模糊子集，將加速度劃分為加速、勻速、減速等模糊子集，將電池SOC劃分為高、中、低等模糊子集。根據(jù)這些模糊子集之間的關(guān)系和預(yù)設(shè)的模糊規(guī)則，確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作模式和功率分配比例。模糊控制策略的優(yōu)點(diǎn)是能夠較好地適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況，不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，具有較強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性。它能夠綜合考慮多個(gè)因素對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的影響，實(shí)現(xiàn)更加合理的能量分配，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能。其缺點(diǎn)是模糊規(guī)則的制定需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有一定的主觀性，且計(jì)算過程相對(duì)復(fù)雜，對(duì)控制器的性能要求較高。動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略：動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略是一種基于全局優(yōu)化的方法，它通過對(duì)車輛未來一段時(shí)間內(nèi)的行駛工況進(jìn)行預(yù)測(cè)，以整個(gè)行駛周期內(nèi)的燃油消耗或能量消耗最小為目標(biāo)，求解出發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)工作軌跡和能量分配方案。在應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略時(shí)，首先需要建立車輛的動(dòng)力學(xué)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、電動(dòng)機(jī)模型和電池模型等，然后將行駛工況離散化，將時(shí)間或行駛距離劃分為多個(gè)小段。對(duì)于每個(gè)小段，根據(jù)車輛的當(dāng)前狀態(tài)和未來的行駛需求，計(jì)算出所有可能的控制決策下的能量消耗，并通過遞歸算法尋找出全局最優(yōu)的控制策略。動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)全局最優(yōu)的能量分配，有效降低燃油消耗和能量損耗，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。它需要對(duì)未來行駛工況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，這在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的難度，且計(jì)算量非常大，實(shí)時(shí)性較差，難以直接應(yīng)用于實(shí)際車輛的控制中，通常作為一種理論最優(yōu)解，用于與其他控制策略進(jìn)行對(duì)比分析，為其他控制策略的優(yōu)化提供參考。2.4Plug-inHEV優(yōu)點(diǎn)和挑戰(zhàn)2.4.1優(yōu)點(diǎn)減少燃油消耗：在城市擁堵路況下，車輛頻繁啟停，發(fā)動(dòng)機(jī)效率極低，而Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車可以在這些工況下切換到純電動(dòng)模式，避免發(fā)動(dòng)機(jī)在低效區(qū)運(yùn)行，從而大幅減少燃油消耗。在純電動(dòng)模式下，車輛完全依靠電能驅(qū)動(dòng)，無需消耗燃油，有效降低了能源成本。據(jù)相關(guān)研究表明，在城市綜合工況下，與傳統(tǒng)燃油轎車相比，Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的燃油消耗可降低30%-50%，節(jié)能效果顯著。降低排放：由于在純電動(dòng)模式下能夠?qū)崿F(xiàn)零尾氣排放，即使在混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間和負(fù)荷也相對(duì)減少，從而減少了有害氣體的排放。尾氣中的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NOx）以及顆粒物（PM）等污染物的排放量明顯降低，有助于改善空氣質(zhì)量，減輕環(huán)境污染。研究數(shù)據(jù)顯示，與同級(jí)別傳統(tǒng)燃油轎車相比，Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的CO排放量可降低70%-90%，HC排放量可降低50%-70%，NOx排放量可降低30%-50%，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。提高能源利用效率：通過合理的能量管理策略，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池之間能夠?qū)崿F(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和協(xié)同工作。在車輛制動(dòng)過程中，電機(jī)能夠?qū)④囕v的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)到電池中，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收利用，提高了能源的利用效率。當(dāng)車輛需求功率較低時(shí)，優(yōu)先使用電能驅(qū)動(dòng)，充分發(fā)揮電機(jī)在低功率工況下的高效特性；當(dāng)需求功率較大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)協(xié)同工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在更高效的工況下運(yùn)行，從而提高整車的能源利用效率。增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)：電動(dòng)機(jī)具有扭矩響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，在車輛起步和加速過程中，能夠提供即時(shí)的動(dòng)力輸出，使駕駛更加平順、敏捷，提升了駕駛的舒適性和樂趣。與傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度更快，幾乎可以瞬間達(dá)到最大扭矩，讓駕駛者感受到強(qiáng)烈的推背感。在混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作也能夠保證車輛在不同工況下都具有良好的動(dòng)力性能，無論是城市道路的頻繁啟停還是高速公路的快速行駛，都能輕松應(yīng)對(duì)。利用夜間低谷電價(jià)充電：用戶可以利用夜間低谷電價(jià)時(shí)段為車輛充電，此時(shí)電價(jià)相對(duì)較低，能夠有效降低充電成本。谷電價(jià)格通常比峰電價(jià)格低30%-50%，通過合理安排充電時(shí)間，用戶可以節(jié)省大量的能源費(fèi)用。夜間充電還能夠充分利用電網(wǎng)的剩余容量，起到削峰填谷的作用，提高電網(wǎng)的整體運(yùn)行效率。2.4.2挑戰(zhàn)電池技術(shù)限制：目前的電池技術(shù)仍存在一些瓶頸，如能量密度較低、充電速度較慢、使用壽命有限等。較低的能量密度限制了車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程，使得車輛在長途行駛時(shí)仍需依賴發(fā)動(dòng)機(jī)，無法充分發(fā)揮其節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)。充電速度較慢也給用戶帶來了不便，一次完整的充電過程可能需要數(shù)小時(shí)，遠(yuǎn)不及加油快捷。電池的使用壽命有限，隨著充放電次數(shù)的增加，電池的容量和性能會(huì)逐漸下降，需要定期更換電池，這不僅增加了用戶的使用成本，還對(duì)環(huán)境造成了一定的壓力。成本較高：與傳統(tǒng)燃油轎車相比，Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車由于增加了電池、電機(jī)、電控系統(tǒng)等部件，導(dǎo)致其制造成本較高。高昂的售價(jià)使得部分消費(fèi)者望而卻步，限制了其市場(chǎng)普及。電池成本在整車成本中占據(jù)較大比例，隨著電池技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，電池成本雖有下降趨勢(shì)，但仍處于較高水平。后期的維護(hù)和保養(yǎng)成本也相對(duì)較高，如電池的檢測(cè)、維護(hù)和更換等，都增加了用戶的使用成本。充電設(shè)施不完善：盡管近年來充電樁等充電設(shè)施的建設(shè)取得了一定的進(jìn)展，但在許多地區(qū)，充電設(shè)施的覆蓋范圍仍然有限，尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，充電設(shè)施嚴(yán)重不足。這使得用戶在長途旅行或在沒有充電設(shè)施的區(qū)域行駛時(shí)，會(huì)面臨充電困難的問題，增加了用戶的使用顧慮，限制了車輛的使用范圍。充電設(shè)施的布局不合理，部分地區(qū)充電樁分布過于集中，而一些需求較大的區(qū)域卻缺乏充電樁，也影響了充電設(shè)施的使用效率和用戶的充電體驗(yàn)。電池回收和環(huán)保問題：隨著Plug-in混合動(dòng)力汽車保有量的增加，廢舊電池的數(shù)量也將相應(yīng)增多。如果廢舊電池得不到妥善的回收和處理，其中的重金屬和化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)土壤和水源造成污染，對(duì)環(huán)境和人類健康構(gòu)成威脅。目前，我國的電池回收體系尚不完善，回收渠道不暢通，回收技術(shù)和處理能力有待提高，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)政策的制定和執(zhí)行，完善電池回收產(chǎn)業(yè)鏈，確保廢舊電池能夠得到安全、有效的回收和處理。2.5本章小結(jié)本章深入探討了Plug-in混合動(dòng)力汽車的相關(guān)知識(shí)，涵蓋動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作模式、控制策略以及優(yōu)缺點(diǎn)等多個(gè)方面。在動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串聯(lián)式結(jié)構(gòu)中發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪無直接機(jī)械連接，能使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效區(qū)，但存在能量轉(zhuǎn)換效率低等問題；并聯(lián)式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可分別或聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輛，能量損失小、成本較低，但發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)難以始終處于最佳區(qū)域；混聯(lián)式結(jié)構(gòu)融合了串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)勢(shì)，能在復(fù)雜工況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)工作狀態(tài)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。在工作模式方面，Plug-in混合動(dòng)力汽車具備純電動(dòng)、純?nèi)加?、混合?dòng)力、行車充電和再生制動(dòng)等多種模式，各模式依據(jù)車輛行駛工況、電池SOC值以及駕駛員操作等因素靈活切換，以此實(shí)現(xiàn)能源的高效利用?？刂撇呗灾饕羞壿嬮T限控制、模糊控制和動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制等。邏輯門限控制簡(jiǎn)單直觀但適應(yīng)性差，模糊控制能較好適應(yīng)復(fù)雜工況但規(guī)則制定有主觀性，動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制可實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)能量分配但計(jì)算量大、實(shí)時(shí)性差。盡管Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車具有減少燃油消耗、降低排放、提高能源利用效率、增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)以及利用夜間低谷電價(jià)充電等優(yōu)點(diǎn)，但也面臨電池技術(shù)限制、成本較高、充電設(shè)施不完善以及電池回收和環(huán)保等挑戰(zhàn)。這些結(jié)構(gòu)和控制策略對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性能有著至關(guān)重要的影響，合理的結(jié)構(gòu)選型和高效的控制策略能夠有效提高能源利用效率，降低燃油消耗和排放，從而提升整車的經(jīng)濟(jì)性能。后續(xù)研究將圍繞這些關(guān)鍵因素展開，通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略，進(jìn)一步提升Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的經(jīng)濟(jì)性能。三、哈飛賽豹Plug-inHEV部件選型3.1混合動(dòng)力轎車整車方案確定本研究選用哈飛賽豹汽車作為基礎(chǔ)車型進(jìn)行Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的研發(fā)。哈飛賽豹是一款具有一定市場(chǎng)保有量和技術(shù)成熟度的轎車，其車身結(jié)構(gòu)、底盤系統(tǒng)等為混合動(dòng)力系統(tǒng)的集成提供了良好的基礎(chǔ)。在確定整車方案時(shí)，充分考慮了車輛的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能、排放性能以及整車的可靠性和耐久性等多方面因素?；趯?duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合哈飛賽豹轎車的特點(diǎn)，最終確定采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并聯(lián)式結(jié)構(gòu)具有能量損失小、成本相對(duì)較低、動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好地滿足哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的設(shè)計(jì)要求。在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)通過動(dòng)力耦合裝置與傳動(dòng)系統(tǒng)相連，它們可以分別獨(dú)立地向汽車傳動(dòng)系提供扭矩，也能夠聯(lián)合驅(qū)動(dòng)車輪。這種結(jié)構(gòu)使得車輛在不同行駛工況下，能夠靈活地切換動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。對(duì)于動(dòng)力系統(tǒng)各部件的初步選型，發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要的動(dòng)力源之一，其性能對(duì)整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。經(jīng)過對(duì)多種發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放特性等進(jìn)行綜合分析和比較，初步選擇了一款排量為1.6L的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、升功率大、燃油經(jīng)濟(jì)性較好等特點(diǎn)，能夠滿足城市日常駕駛和一定程度的高速行駛需求。在城市綜合工況下，其燃油消耗相對(duì)較低，能夠?yàn)檎嚨慕?jīng)濟(jì)性能提供一定的保障。其采用的單頂置凸輪軸和16氣門結(jié)構(gòu)，使得氣門開閉準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。電機(jī)作為另一個(gè)重要的動(dòng)力源，在混合動(dòng)力系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。根據(jù)整車的動(dòng)力性能要求和電池組的電壓平臺(tái)，初步選擇了一款永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)具有效率高、功率密度大、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，能夠在純電動(dòng)模式下為車輛提供高效的動(dòng)力輸出。其較高的效率特性有助于降低車輛在純電動(dòng)模式下的能耗，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。在車輛起步和低速行駛時(shí)，永磁同步電機(jī)能夠迅速響應(yīng)駕駛員的操作，提供平穩(wěn)且強(qiáng)勁的動(dòng)力，提升駕駛的舒適性和便捷性。其良好的調(diào)速性能也使得車輛在不同行駛工況下，能夠根據(jù)需求靈活調(diào)整電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好配合。電池組作為儲(chǔ)存電能的部件，其容量、能量密度、充放電特性等參數(shù)直接影響著車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)性能。經(jīng)過對(duì)多種電池類型的比較和分析，初步選用了鋰離子電池作為哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力電池。鋰離子電池具有能量密度高、充放電效率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足車輛對(duì)高能量密度和長續(xù)航里程的需求。較高的能量密度使得電池組在較小的體積和重量下，能夠儲(chǔ)存更多的電能，從而增加車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程。其高充放電效率有助于提高電池的使用效率，減少能量損耗，進(jìn)一步提升整車的經(jīng)濟(jì)性能。在實(shí)際應(yīng)用中，鋰離子電池的長循環(huán)壽命也降低了電池的更換成本，提高了車輛的使用經(jīng)濟(jì)性。3.2動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)方案初步分析在確定采用并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，對(duì)其動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行初步分析，重點(diǎn)關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變速器等部件的連接和協(xié)同工作方式，這對(duì)于評(píng)估方案的可行性以及整車的經(jīng)濟(jì)性能具有重要意義。發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器通過離合器相連，這種連接方式能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間動(dòng)力的平穩(wěn)傳遞和切斷。在車輛啟動(dòng)、換擋等操作時(shí)，離合器可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的連接狀態(tài)，避免動(dòng)力的沖擊，保證車輛的平穩(wěn)運(yùn)行。當(dāng)車輛需要起步時(shí)，駕駛員踩下離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器暫時(shí)分離，此時(shí)可以將變速器掛入合適的擋位；然后緩慢松開離合器踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力逐漸傳遞到變速器，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。在換擋過程中，同樣需要通過離合器切斷發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的連接，以便順利完成擋位的切換，然后再重新連接，確保動(dòng)力的持續(xù)輸出。電動(dòng)機(jī)與變速器的連接方式有多種，本方案采用通過行星齒輪機(jī)構(gòu)與變速器輸入軸相連的方式。行星齒輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、可實(shí)現(xiàn)多種傳動(dòng)比等優(yōu)點(diǎn)。它能夠靈活地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的動(dòng)力合成與分配，使車輛在不同工況下都能獲得良好的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能。在純電動(dòng)模式下，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過行星齒輪機(jī)構(gòu)直接傳遞到變速器輸入軸，驅(qū)動(dòng)車輛行駛；在混合動(dòng)力模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力在行星齒輪機(jī)構(gòu)中進(jìn)行合成，然后傳遞到變速器，共同驅(qū)動(dòng)車輛。行星齒輪機(jī)構(gòu)還可以根據(jù)車輛的行駛工況和需求，自動(dòng)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的輸出比例，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的優(yōu)化分配。在不同工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的協(xié)同工作方式如下：車輛起步工況：當(dāng)車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)需要起步時(shí)，若電池電量充足，系統(tǒng)優(yōu)先選擇純電動(dòng)模式。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，電動(dòng)機(jī)通過行星齒輪機(jī)構(gòu)和變速器將動(dòng)力傳遞至車輪，驅(qū)動(dòng)車輛平穩(wěn)起步。電動(dòng)機(jī)具有良好的低速扭矩特性，能夠在起步瞬間提供較大的扭矩，使車輛迅速且平穩(wěn)地啟動(dòng)，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)效率較低的問題，有效降低了能耗和排放。低速行駛工況：在城市低速行駛工況下，如車速低于60km/h且電池SOC較高時(shí)，車輛仍保持純電動(dòng)模式運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)駕駛員的加速或減速需求，靈活調(diào)整輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，保證車輛的平穩(wěn)行駛。由于電動(dòng)機(jī)在低速工況下效率較高，且無需發(fā)動(dòng)機(jī)參與工作，因此可以顯著降低燃油消耗和尾氣排放。高速行駛工況：當(dāng)車輛在高速公路等路況下高速行駛時(shí)，若電池SOC較高，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)車輛的需求功率和發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)的工作效率，選擇合適的工作模式。在需求功率較小時(shí)，車輛可以繼續(xù)以純電動(dòng)模式行駛；當(dāng)需求功率較大時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，與電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作。發(fā)動(dòng)機(jī)在高速行駛時(shí)能夠發(fā)揮其高效的特點(diǎn)，提供穩(wěn)定的動(dòng)力輸出，電動(dòng)機(jī)則可以在需要時(shí)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)，提供額外的動(dòng)力支持，確保車輛在高速行駛時(shí)具有良好的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。加速工況：在車輛需要加速時(shí)，如超車、爬坡等情況，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)駕駛員的加速意圖和車輛的當(dāng)前狀態(tài)，迅速調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。當(dāng)電池電量充足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)同時(shí)輸出動(dòng)力，通過行星齒輪機(jī)構(gòu)和變速器將動(dòng)力傳遞至車輪，實(shí)現(xiàn)快速加速。電動(dòng)機(jī)的快速響應(yīng)特性能夠使車輛在加速瞬間獲得較大的扭矩，與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，提供強(qiáng)勁的動(dòng)力，提升車輛的加速性能。減速和制動(dòng)工況：在車輛減速或制動(dòng)過程中，電機(jī)進(jìn)入再生制動(dòng)模式。車輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)將車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并通過行星齒輪機(jī)構(gòu)和控制器將電能存儲(chǔ)到電池中。在這個(gè)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，通過再生制動(dòng)回收能量，不僅提高了能量的利用效率，減少了能量的浪費(fèi)，還在一定程度上減輕了制動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，延長了制動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。通過上述發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變速器之間的連接方式和協(xié)同工作方式，本并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案能夠在不同行駛工況下，充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的合理分配和高效利用，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。該方案還具有結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、成本較低、可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都具有較高的可行性，為后續(xù)的研究和開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。3.3單向離合器選型單向離合器在混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的單向傳遞，確保發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)在不同工況下協(xié)同工作時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。在車輛起步、加速等過程中，單向離合器能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力順利傳遞至驅(qū)動(dòng)輪，保證車輛的正常行駛；在車輛減速或制動(dòng)時(shí)，單向離合器又能防止動(dòng)力的反向傳遞，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)不受損壞。常見的單向離合器類型有楔塊式單向離合器和滾柱式單向離合器。楔塊式單向離合器由外圈、內(nèi)圈、楔塊和保持架等組成。當(dāng)內(nèi)圈固定，外圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊在離心力和彈簧力的作用下，處于自由狀態(tài)，外圈可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，楔塊在摩擦力的作用下，被楔入內(nèi)圈和外圈之間的狹小空間，從而鎖死外圈，使其無法轉(zhuǎn)動(dòng)。楔塊式單向離合器具有傳遞扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于需要傳遞較大扭矩的場(chǎng)合，如混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)中。它的缺點(diǎn)是楔塊的制造精度要求較高，成本相對(duì)較高。滾柱式單向離合器則由內(nèi)圈、外圈、滾柱和彈簧等組成。當(dāng)內(nèi)圈固定，外圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾柱在彈簧力的作用下，被推向楔槽的寬端，外圈可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾柱在摩擦力的作用下，被推向楔槽的窄端，從而鎖死外圈，使其無法轉(zhuǎn)動(dòng)。滾柱式單向離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其傳遞扭矩相對(duì)較小，適用于傳遞扭矩要求不高的場(chǎng)合。對(duì)于哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力系統(tǒng)，由于需要在不同工況下傳遞較大的扭矩，且對(duì)離合器的可靠性和耐久性要求較高，因此選擇楔塊式單向離合器更為合適。楔塊式單向離合器能夠滿足車輛在起步、加速、爬坡等工況下對(duì)扭矩的需求，確保發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力能夠有效地傳遞至驅(qū)動(dòng)輪，同時(shí)其結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠的特點(diǎn)，也能夠提高動(dòng)力系統(tǒng)的整體性能和可靠性。在選擇楔塊式單向離合器時(shí)，還需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的扭矩特性、車輛的行駛工況等因素，合理確定離合器的型號(hào)和參數(shù)，以保證其在實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮最佳的性能。3.4電機(jī)選型電機(jī)作為混合動(dòng)力轎車的重要?jiǎng)恿υ粗唬湫阅苤苯佑绊懻嚨膭?dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放性能。在電機(jī)選型過程中，需要綜合考慮多個(gè)關(guān)鍵因素，以確保所選電機(jī)能夠與整車動(dòng)力系統(tǒng)完美匹配，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能表現(xiàn)。功率是電機(jī)選型的關(guān)鍵參數(shù)之一，它直接決定了電機(jī)能夠輸出的動(dòng)力大小。電機(jī)功率需滿足車輛在各種行駛工況下的動(dòng)力需求，包括車輛的最高車速、加速性能、爬坡能力等。根據(jù)哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的設(shè)計(jì)要求，車輛的最高車速需達(dá)到160km/h以上，0-100km/h加速時(shí)間應(yīng)控制在12s以內(nèi)，最大爬坡度不低于25%。通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算和分析，結(jié)合不同行駛工況下的功率需求，初步確定電機(jī)的額定功率應(yīng)不低于30kW，峰值功率不低于60kW。在車輛以最高車速行駛時(shí)，電機(jī)需要輸出足夠的功率來克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力等，確保車輛能夠穩(wěn)定運(yùn)行；在加速和爬坡工況下，電機(jī)則需要提供更大的峰值功率，以滿足車輛對(duì)動(dòng)力的瞬間需求。扭矩也是電機(jī)選型的重要考量因素，它反映了電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力大小。電機(jī)的扭矩特性應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性相互配合，在不同轉(zhuǎn)速下能夠提供合適的扭矩輸出，以保證車輛的動(dòng)力性能和駕駛舒適性。對(duì)于哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車，在低速行駛時(shí)，電機(jī)應(yīng)能夠提供較大的扭矩，確保車輛起步平穩(wěn)、加速迅速；在高速行駛時(shí)，電機(jī)的扭矩應(yīng)能夠滿足車輛的巡航需求，保持穩(wěn)定的動(dòng)力輸出。根據(jù)車輛的行駛工況和動(dòng)力性能要求，確定電機(jī)的額定扭矩不低于100N?m，峰值扭矩不低于200N?m。在車輛起步時(shí)，電機(jī)的大扭矩輸出可以使車輛迅速擺脫靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起步；在爬坡過程中，電機(jī)的高扭矩能夠保證車輛有足夠的動(dòng)力克服坡度阻力，順利完成爬坡。效率是衡量電機(jī)性能的重要指標(biāo)，高效的電機(jī)能夠降低能量損耗，提高整車的能源利用效率，從而提升經(jīng)濟(jì)性能。在不同工況下，電機(jī)的效率會(huì)有所變化，因此需要選擇在常用工況下效率較高的電機(jī)。一般來說，電機(jī)的效率在額定工況附近較高，因此在選型時(shí)應(yīng)使電機(jī)的額定工況與車輛的常用行駛工況相匹配。根據(jù)對(duì)市場(chǎng)上不同類型電機(jī)的調(diào)研和分析，永磁同步電機(jī)在常用工況下的效率普遍能夠達(dá)到90%以上，最高效率甚至可以達(dá)到95%左右，因此在本項(xiàng)目中優(yōu)先考慮永磁同步電機(jī)。在城市綜合工況下，車輛的行駛速度和功率需求變化頻繁，永磁同步電機(jī)能夠在這些工況下保持較高的效率，減少能量損耗，降低燃油消耗。不同類型的電機(jī)在性能上存在一定差異。直流電機(jī)具有調(diào)速性能好、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在電刷和換向器，需要定期維護(hù)，且能量轉(zhuǎn)換效率較低，在混合動(dòng)力汽車中的應(yīng)用逐漸減少。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其效率相對(duì)較低，功率密度也不如永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)則以其高效率、高功率密度、良好的調(diào)速性能等優(yōu)勢(shì)，在混合動(dòng)力汽車中得到了廣泛應(yīng)用。它采用永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，無需勵(lì)磁電流，減少了能量損耗，提高了電機(jī)的效率和功率密度。其良好的調(diào)速性能能夠使車輛在不同行駛工況下，根據(jù)需求靈活調(diào)整電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)的良好配合。綜合考慮哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能以及電機(jī)的功率、扭矩、效率等因素，最終確定選用永磁同步電機(jī)。該電機(jī)具有較高的效率和功率密度，能夠滿足車輛在不同行駛工況下的動(dòng)力需求，同時(shí)其良好的調(diào)速性能也有助于提高整車的能源利用效率和駕駛舒適性。在后續(xù)的研究和開發(fā)過程中，還將對(duì)所選永磁同步電機(jī)的具體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以進(jìn)一步提升整車的性能。3.5發(fā)動(dòng)機(jī)選型發(fā)動(dòng)機(jī)作為Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的核心動(dòng)力源之一，其選型對(duì)于整車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能起著至關(guān)重要的作用。在發(fā)動(dòng)機(jī)選型過程中，需要全面、綜合地考慮多個(gè)關(guān)鍵因素，以確保所選發(fā)動(dòng)機(jī)能夠與整車的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際使用需求完美契合。功率是發(fā)動(dòng)機(jī)選型時(shí)首要考慮的關(guān)鍵參數(shù)之一。發(fā)動(dòng)機(jī)的功率直接決定了車輛在各種行駛工況下的動(dòng)力輸出能力，包括車輛的最高車速、加速性能以及爬坡能力等。根據(jù)哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的設(shè)計(jì)目標(biāo)，車輛需具備良好的動(dòng)力性能，最高車速要達(dá)到160km/h以上，0-100km/h加速時(shí)間應(yīng)控制在12s以內(nèi)，最大爬坡度不低于25%。通過對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)方程的深入計(jì)算和細(xì)致分析，結(jié)合不同行駛工況下的功率需求，初步確定發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)不低于70kW，峰值功率不低于100kW。在車輛高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要輸出足夠的功率來克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力等各種行駛阻力，確保車輛能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)行；在加速和爬坡等需要較大動(dòng)力的工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)則需提供強(qiáng)勁的峰值功率，以滿足車輛對(duì)動(dòng)力的瞬間需求，保證車輛能夠順利完成加速和爬坡等操作。扭矩同樣是發(fā)動(dòng)機(jī)選型的重要考量因素，它反映了發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力大小。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性應(yīng)與電機(jī)的扭矩特性相互配合、協(xié)同工作，在不同轉(zhuǎn)速下能夠提供合適的扭矩輸出，以保障車輛具備良好的動(dòng)力性能和駕駛舒適性。對(duì)于哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車，在低速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠輸出較大的扭矩，確保車輛起步平穩(wěn)、加速迅速，避免出現(xiàn)起步遲緩或動(dòng)力不足的情況；在高速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩應(yīng)能夠滿足車輛的巡航需求，保持穩(wěn)定的動(dòng)力輸出，使車輛能夠以穩(wěn)定的速度行駛。根據(jù)車輛的行駛工況和動(dòng)力性能要求，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的額定扭矩不低于150N?m，峰值扭矩不低于220N?m。在車輛起步時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的大扭矩輸出可以使車輛迅速擺脫靜止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起步；在爬坡過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的高扭矩能夠保證車輛有足夠的動(dòng)力克服坡度阻力，順利完成爬坡。燃油經(jīng)濟(jì)性是發(fā)動(dòng)機(jī)選型中不可忽視的重要因素，它直接關(guān)系到車輛的使用成本和能源利用效率。在不同工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率會(huì)有所不同，因此需要選擇在常用工況下燃油經(jīng)濟(jì)性較好的發(fā)動(dòng)機(jī)。一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)在中等負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下的燃油經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好，因此在選型時(shí)應(yīng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況與車輛的實(shí)際行駛工況相匹配。通過對(duì)市場(chǎng)上不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行調(diào)研和分析，發(fā)現(xiàn)一些采用先進(jìn)燃油噴射技術(shù)和可變氣門正時(shí)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在常用工況下的燃油消耗率較低，能夠有效降低車輛的燃油消耗，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。在城市綜合工況下，車輛的行駛速度和負(fù)荷變化頻繁，采用這些先進(jìn)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠更好地適應(yīng)工況變化，保持較低的燃油消耗。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)在性能上存在顯著差異。自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其動(dòng)力輸出相對(duì)較弱，尤其是在高海拔地區(qū)或高速行駛時(shí)，動(dòng)力會(huì)有所下降。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)則通過增加進(jìn)氣壓力，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出得到顯著提升，具有動(dòng)力強(qiáng)勁、加速性能好等優(yōu)點(diǎn)。它也存在渦輪遲滯現(xiàn)象，即在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器不能及時(shí)介入工作，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出不足。此外，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，后期的維護(hù)和保養(yǎng)難度也較大。綜合考慮哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能以及發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩、燃油經(jīng)濟(jì)性等因素，最終確定選用一款排量為1.6L的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、升功率大、燃油經(jīng)濟(jì)性較好等特點(diǎn)，能夠滿足城市日常駕駛和一定程度的高速行駛需求。在城市綜合工況下，其燃油消耗相對(duì)較低，能夠?yàn)檎嚨慕?jīng)濟(jì)性能提供有力保障。其采用的單頂置凸輪軸和16氣門結(jié)構(gòu)，使得氣門開閉準(zhǔn)確，運(yùn)行穩(wěn)定，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。在后續(xù)的研究和開發(fā)過程中，還將對(duì)所選發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，如進(jìn)一步優(yōu)化燃油噴射系統(tǒng)、改進(jìn)進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)等，以進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。3.6plug-in混合動(dòng)力電池參數(shù)計(jì)算電池作為Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的關(guān)鍵部件之一，其參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)于整車的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能具有重要影響。在確定電池參數(shù)時(shí)，需要綜合考慮車輛的多種需求，如純電動(dòng)續(xù)航里程、動(dòng)力性能以及成本等因素。電池容量是電池的重要參數(shù)之一，它直接影響車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程。根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)要求，哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的純電動(dòng)續(xù)航里程需達(dá)到50km以上。電池容量的計(jì)算可依據(jù)車輛在純電動(dòng)模式下的能量需求來確定。在純電動(dòng)模式下，車輛的能量消耗主要用于克服行駛阻力，包括空氣阻力、滾動(dòng)阻力以及爬坡阻力等。根據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)原理，車輛行駛時(shí)的阻力功率可表示為：P_{res}=\frac{1}{2}\rhov^3C_dA+mgfv+mgv\sin\theta其中，\rho為空氣密度，v為車輛行駛速度，C_d為空氣阻力系數(shù)，A為車輛迎風(fēng)面積，m為車輛質(zhì)量，g為重力加速度，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，\theta為道路坡度角。假設(shè)車輛在城市綜合工況下行駛，平均速度v_{avg}=30km/h，空氣密度\rho=1.225kg/m^3，空氣阻力系數(shù)C_d=0.3，車輛迎風(fēng)面積A=2m^2，車輛質(zhì)量m=1500kg，滾動(dòng)阻力系數(shù)f=0.01，道路坡度角\theta=0（忽略爬坡情況）。將這些參數(shù)代入阻力功率公式可得：P_{res}=\frac{1}{2}\times1.225\times(\frac{30\times1000}{3600})^3\times0.3\times2+1500\times9.8\times0.01\times\frac{30\times1000}{3600}+0\approx3.37kW車輛在純電動(dòng)模式下行駛50km所需的能量為：E=P_{res}\times\frac{s}{v_{avg}}=3.37\times\frac{50}{30}\approx5.62kWh考慮到電池的充放電效率\eta=0.9，則電池的實(shí)際容量Q為：Q=\frac{E}{U\times\eta}其中，U為電池組的額定電壓。假設(shè)電池組的額定電壓U=300V，則電池容量為：Q=\frac{5.62\times1000}{300\times0.9}\approx20.81Ah為了確保車輛在各種工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際選擇的電池容量會(huì)略大于計(jì)算值，最終確定電池容量為25Ah。電池組的電壓需與整車電氣系統(tǒng)和電機(jī)的工作電壓相匹配。電機(jī)的額定工作電壓為300V，為了保證電機(jī)能夠正常工作，電池組的額定電壓也確定為300V。通過選擇合適的電池單體串聯(lián)數(shù)量來實(shí)現(xiàn)所需的電壓。假設(shè)每個(gè)電池單體的額定電壓為3.7V，則電池單體的串聯(lián)數(shù)量n為：n=\frac{U}{U_{cell}}=\frac{300}{3.7}\approx81（取整數(shù)）電池內(nèi)阻會(huì)影響電池的充放電性能和能量損耗。在計(jì)算電池內(nèi)阻時(shí)，可參考電池廠家提供的技術(shù)參數(shù)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算。對(duì)于鋰離子電池，其內(nèi)阻R可表示為：R=R_0+k\frac{1}{Q}其中，R_0為電池的初始內(nèi)阻，k為與電池材料和結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)，Q為電池容量。假設(shè)電池的初始內(nèi)阻R_0=0.01\Omega，常數(shù)k=0.005，電池容量Q=25Ah，則電池內(nèi)阻為：R=0.01+0.005\times\frac{1}{25}=0.0102\Omega電池內(nèi)阻還會(huì)隨著電池的使用和老化而發(fā)生變化，在實(shí)際應(yīng)用中需要定期對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。通過上述計(jì)算方法，根據(jù)車輛的設(shè)計(jì)要求和實(shí)際行駛工況，確定了哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車的電池參數(shù)，包括電池容量為25Ah，電池組額定電壓為300V，電池內(nèi)阻約為0.0102\Omega。這些參數(shù)的確定為整車的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能提供了有力保障，在后續(xù)的研究和開發(fā)過程中，還將對(duì)電池參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以進(jìn)一步提升整車的性能。3.7傳動(dòng)系速比的選擇3.7.1最小傳動(dòng)比選擇最小傳動(dòng)比在汽車的運(yùn)行中扮演著關(guān)鍵角色，對(duì)汽車的最高車速和燃油經(jīng)濟(jì)性有著顯著影響。從理論上講，最小傳動(dòng)比與汽車的最高車速密切相關(guān)，當(dāng)汽車在水平路面上以最高車速行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的功率需全部用于克服行駛阻力。這些行駛阻力主要包括空氣阻力、滾動(dòng)阻力以及坡度阻力（在水平路面上坡度阻力為零）。根據(jù)汽車行駛的功率平衡方程：P_{e}=\frac{v_{max}}{3600}\times(\frac{1}{2}\rhov_{max}^2C_dA+mgf)其中，P_{e}為發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，v_{max}為汽車的最高車速，\rho為空氣密度，C_d為空氣阻力系數(shù)，A為汽車迎風(fēng)面積，m為汽車質(zhì)量，g為重力加速度，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)。通過上述方程可知，在其他條件不變的情況下，最小傳動(dòng)比的大小會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速。若最小傳動(dòng)比選擇過小，發(fā)動(dòng)機(jī)在最高車速時(shí)的轉(zhuǎn)速會(huì)過高，這不僅會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，降低燃油經(jīng)濟(jì)性，還可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損加劇，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，零部件的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷都會(huì)增大，從而加速零部件的磨損。此外，過高的轉(zhuǎn)速還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲和振動(dòng)增大，降低駕駛的舒適性。若最小傳動(dòng)比選擇過大，發(fā)動(dòng)機(jī)在最高車速時(shí)的轉(zhuǎn)速會(huì)過低，可能無法充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，導(dǎo)致汽車的最高車速無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下，其扭矩輸出可能不足以克服行駛阻力，使得汽車的動(dòng)力性能下降。因此，合理選擇最小傳動(dòng)比對(duì)于保證汽車的最高車速和燃油經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在實(shí)際選擇最小傳動(dòng)比時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素。要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性，選擇能使發(fā)動(dòng)機(jī)在最高車速時(shí)工作在較為經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間的最小傳動(dòng)比。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)具有不同的功率特性曲線，一般來說，發(fā)動(dòng)機(jī)在中等轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的燃油經(jīng)濟(jì)性較好。還需考慮汽車的使用場(chǎng)景和用戶需求。如果汽車主要在城市道路行駛，由于城市道路限速較低，對(duì)最高車速的要求相對(duì)不高，此時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整最小傳動(dòng)比，以提高汽車在城市工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性。若汽車經(jīng)常在高速公路行駛，則需要確保最小傳動(dòng)比能夠滿足汽車在高速行駛時(shí)的動(dòng)力需求，同時(shí)兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車，經(jīng)過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率特性、車輛行駛阻力以及實(shí)際使用場(chǎng)景的綜合分析和計(jì)算，初步確定其最小傳動(dòng)比為0.85。這個(gè)數(shù)值是在充分考慮了車輛在不同工況下的性能需求后得出的，能夠在保證車輛最高車速達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，盡可能提高燃油經(jīng)濟(jì)性。在后續(xù)的研究和開發(fā)過程中，還將結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)最小傳動(dòng)比進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)車輛性能的最優(yōu)化。3.7.2最大傳動(dòng)比選擇最大傳動(dòng)比在汽車的動(dòng)力性能方面起著決定性作用，對(duì)汽車的爬坡能力和加速性能有著重要影響。當(dāng)汽車在爬坡或加速時(shí)，需要較大的驅(qū)動(dòng)力來克服坡度阻力和加速阻力。根據(jù)汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力方程：F_t=\frac{T_tqi_1i_0\eta_t}{r}其中，F(xiàn)_t為汽車的驅(qū)動(dòng)力，T_tq為發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，i_1為變速器的傳動(dòng)比，i_0為主減速器的傳動(dòng)比，\eta_t為傳動(dòng)系的效率，r為車輪半徑。在爬坡工況下，汽車需要克服的坡度阻力為：F_{i}=mg\sin\alpha其中，\alpha為道路坡度角。為了保證汽車能夠順利爬上設(shè)計(jì)要求的坡度，最大傳動(dòng)比應(yīng)滿足：F_t\geqF_{i}+F_{f}+F_{w}其中，F(xiàn)_{f}為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)_{w}為空氣阻力。在加速工況下，汽車需要克服的加速阻力為：F_{j}=\deltama其中，\delta為汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，m為汽車質(zhì)量，a為加速度。最大傳動(dòng)比也應(yīng)滿足汽車在加速時(shí)的動(dòng)力需求。若最大傳動(dòng)比選擇過小，汽車在爬坡或加速時(shí)的驅(qū)動(dòng)力不足，將導(dǎo)致爬坡困難或加速緩慢。在爬坡時(shí)，車輛可能無法爬上陡坡，甚至?xí)霈F(xiàn)溜坡的危險(xiǎn)；在加速時(shí)，車輛的加速性能較差，無法滿足駕駛員對(duì)快速加速的需求，影響駕駛體驗(yàn)和行車安全。若最大傳動(dòng)比選擇過大，雖然汽車的爬坡能力和加速性能會(huì)得到提高，但會(huì)導(dǎo)致汽車在高速行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過高，增加燃油消耗和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，同時(shí)也會(huì)使車輛的最高車速受到限制。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速過高會(huì)使燃油消耗急劇增加，而且過高的轉(zhuǎn)速會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件造成較大的負(fù)荷，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。過高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還會(huì)導(dǎo)致車輛的噪聲和振動(dòng)增大，降低駕駛的舒適性。在確定最大傳動(dòng)比時(shí)，需要綜合考慮車輛的滿載重量、道路條件以及動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)等因素。對(duì)于哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車，該車的滿載重量為1500kg，設(shè)計(jì)要求的最大爬坡度為25%，加速性能要求0-100km/h加速時(shí)間在12s以內(nèi)。根據(jù)這些參數(shù)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性、電機(jī)的助力能力以及傳動(dòng)系的效率等因素，通過計(jì)算和分析，初步確定其最大傳動(dòng)比為4.5。在實(shí)際應(yīng)用中，還會(huì)根據(jù)車輛的實(shí)際運(yùn)行情況和用戶反饋，對(duì)最大傳動(dòng)比進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以確保車輛在各種工況下都能具有良好的動(dòng)力性能。3.8本章小結(jié)本章圍繞哈飛賽豹Plug-in混合動(dòng)力轎車展開了全面的部件選型工作，這對(duì)于提升整車的經(jīng)濟(jì)性能具有關(guān)鍵作用。在整車方案確定階段，基于哈飛賽豹轎車的基礎(chǔ)特性，選定并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)下發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器通過離合器相連，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的平穩(wěn)傳遞與切斷；電動(dòng)機(jī)經(jīng)行星齒輪機(jī)構(gòu)與變速器輸入軸相連，能靈活進(jìn)行動(dòng)力合成與分配。在不同工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，有效提高了能源利用效率。在關(guān)鍵部件選型方面，依據(jù)車輛動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能等多方面需求，選擇楔塊式單向離合器，以滿足傳遞大扭矩及高可靠性要求；選用永磁同步電機(jī)，利用其高效率、高功率密度和良好調(diào)速性能，保障車輛在不同工況下的動(dòng)力輸出與經(jīng)濟(jì)性能；確定1.6L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，因其結(jié)構(gòu)緊湊、燃油經(jīng)濟(jì)性好，能滿足城市及高速行駛需求。通過計(jì)算，確定電池容量為25Ah、額定電壓300V，以確保車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程和動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。傳動(dòng)系速比選擇至關(guān)重要，最小傳動(dòng)比為0.85，在保證最高車速的同時(shí)兼顧燃油經(jīng)濟(jì)性；最大傳動(dòng)比為4.5，滿足車輛爬坡和加速的動(dòng)力需求。合理的部件選型為整車經(jīng)濟(jì)性能的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，各部件相互匹配、協(xié)同工作，在不同工況下實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用，有效降低了燃油消耗和排放。后續(xù)研究將在此基礎(chǔ)上，利用仿真軟件和試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)一步優(yōu)化整車性能。四、PSAT仿真軟件在哈飛賽豹上的應(yīng)用4.1電動(dòng)汽車仿真軟件研究分析在電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車的研發(fā)過程中，仿真軟件發(fā)揮著不可或缺的作用。ADVISOR是一款廣為人知的電動(dòng)汽車仿真軟件，由美國能源部、密歇根大學(xué)以及底特律三大汽車公司聯(lián)合開發(fā)，其在電動(dòng)汽車研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。ADVISOR采用了獨(dú)特的以后向仿真為主、前向仿真為輔的混合仿真方法，這種方法集成了兩種仿真方法的優(yōu)點(diǎn)。后向仿真時(shí)，它沿著與實(shí)際功率流相反的方向，依據(jù)道路循環(huán)要求，向整車模塊發(fā)出速度和轉(zhuǎn)矩請(qǐng)求，整車模塊再向車輪和車軸模塊、主減速器模塊、變速器模塊等逐級(jí)發(fā)出請(qǐng)求，直至動(dòng)力源模塊，計(jì)算出動(dòng)力源所能提供的功率。前向仿真則沿著實(shí)際功率流方向，從動(dòng)力源模塊出發(fā)直至車輪與車軸模塊，逐級(jí)傳遞當(dāng)前部件能提供給下一級(jí)部件的速度值和扭矩值，最終計(jì)算出汽車的實(shí)際速度。這種混合仿真方法使仿真計(jì)算量較小，運(yùn)算速度較快，同時(shí)保證了仿真結(jié)果的精度。ADVISOR還具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，分模塊建立了發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、主減速器、車輪和車軸等部件的仿真模型，各個(gè)模塊都有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，便于模塊間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，而且各總成模塊都很容易擴(kuò)充和修改，各模塊也可以隨意地組合使用，用戶可以在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上根據(jù)需要對(duì)一些模塊進(jìn)行修改，然后重新組裝需要的汽車模型，這樣會(huì)大大節(jié)省建模時(shí)間，提高建模效率。PSAT則是基于MATLAB的電力系統(tǒng)分析工具包，最初由意大利比薩大學(xué)的學(xué)者開發(fā)，用于教學(xué)和研究目的。它是一個(gè)開放源代碼的MATLAB/Octave應(yīng)用程序，提供了一系列模塊化的功能，包括潮流計(jì)算、穩(wěn)定性分析、優(yōu)化和控制策略設(shè)計(jì)等。PSAT采用前向仿真算法，其內(nèi)部部件模型之間的聯(lián)系更加接近于車輛的實(shí)際情況。在這種仿真算法中，PSAT根據(jù)駕駛員輸入的需求（如加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置等），通過一系列的模型計(jì)算，逐步確定車輛各個(gè)部件的工作狀態(tài)和輸出參數(shù)。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，PSAT會(huì)根據(jù)踏板位置信號(hào)，結(jié)合車輛當(dāng)前的行駛狀態(tài)（如車速、檔位等），計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)需要輸出的扭矩和功率，然后通過動(dòng)力傳輸系統(tǒng)模型，計(jì)算車輪的驅(qū)動(dòng)力和車輛的加速度，最終得到車輛的行駛速度和行駛距離等結(jié)果。這種前向仿真算法能夠更真實(shí)地模擬駕駛員的操作對(duì)車輛性能的影響，在研究車輛的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和駕駛員行為對(duì)車輛性能的影響方面具有優(yōu)勢(shì)。與ADVISOR相比，PSAT具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。PSAT的開放性更高，其源代碼完全公開，用戶可以自由地獲取、使用、修改和分發(fā)這些代碼，這極大地促進(jìn)了學(xué)術(shù)交流和創(chuàng)新，用戶可以根據(jù)自己的研究需求和想法，對(duì)PSAT進(jìn)行定制化開發(fā)，實(shí)現(xiàn)特定的研究目標(biāo)。PSAT提供了更豐富的電力系統(tǒng)分析功能，如潮流計(jì)算、連續(xù)潮流、最優(yōu)潮流、小擾動(dòng)分析、時(shí)域仿真等。這些功能對(duì)于研究混合動(dòng)力汽車的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、能量流動(dòng)和優(yōu)化控制等方面具有重要意義。在研究混合動(dòng)力汽車的能量管理策略時(shí)，PSAT的最優(yōu)潮流功能可以幫助確定在不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的最佳工作點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)分配和利用，從而提高車輛的經(jīng)濟(jì)性能。PSAT還具有友好的用戶界面，包括直觀的圖形用戶界面以及命令行界面，方便用戶的操作使用，即使是對(duì)于初學(xué)者來說，也能夠相對(duì)容易地上手并進(jìn)行相關(guān)的仿真研究。不同類型的仿真軟件在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的研究中都有其適用場(chǎng)景。ADVISOR適用于對(duì)車輛整體性能進(jìn)行快速評(píng)估和初步設(shè)計(jì)，其混合仿真方法和模塊化設(shè)計(jì)能夠幫助研究人員快速搭建車輛模型并進(jìn)行多種工況下的性能分析。而PSAT則更適合于深入研究混合動(dòng)力汽車的電力系統(tǒng)特性和控制策略優(yōu)化，其前向仿真算法和豐富的電力系統(tǒng)分析功能能夠?yàn)檠芯咳藛T提供更詳細(xì)和準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，有助于開發(fā)更高效的能量管理策略和控制系統(tǒng)，提高車輛的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能。4.2PSAT軟件系統(tǒng)功能PSAT軟件具有強(qiáng)大且豐富的系統(tǒng)功能，在車輛建模、仿真分析以及參數(shù)優(yōu)化等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為混合動(dòng)力汽車的研究提供了全面而有力的支持。在車輛建模方面，PSAT提供了豐富的部件模型庫，涵蓋了混合動(dòng)力汽車動(dòng)力系統(tǒng)的各個(gè)關(guān)鍵部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器等。用戶可以根據(jù)研究需求，靈活選擇不同級(jí)別的部件模型進(jìn)行建模，以滿足不同精度的仿真要求。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)模型，既提供了簡(jiǎn)單模型，用戶只需設(shè)置ON/OFF參數(shù)即可運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)模型，適用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行初步分析和模擬的場(chǎng)景；也有詳細(xì)模型，需要用戶設(shè)置燃料流量、空氣流量、進(jìn)氣壓力、排氣壓力等參數(shù)，以滿足精確計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、功率以及燃油消耗等性能指標(biāo)的需求。這種多樣化的模型選擇，使得用戶能夠根據(jù)實(shí)際研究目的和數(shù)據(jù)獲取情況，構(gòu)建出符合要求的車輛模型。在研究混合動(dòng)力汽車的能量管理策略時(shí)，可能需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率輸出和燃油消耗進(jìn)行精確計(jì)算，此時(shí)就可以選用詳細(xì)的發(fā)動(dòng)機(jī)模型；而在對(duì)整車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和驗(yàn)證時(shí)，簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)機(jī)模型則可以快速搭建模型，提高研究效率。在仿真分析功能上，PSAT采用前向仿真算法，能夠真實(shí)地模擬駕駛員的操作對(duì)車輛性能的影響。根據(jù)駕駛員輸入的加速踏板位置、制動(dòng)踏板位置等信號(hào)，結(jié)合車輛當(dāng)前的行駛狀態(tài)（如車速、檔位、電池電量等），通過一系列的模型計(jì)算，逐步確定車輛各個(gè)部件的工作狀態(tài)和輸出參數(shù)。當(dāng)駕駛員猛踩加速踏板時(shí)，PSAT會(huì)根據(jù)踏板位置信號(hào)和車輛當(dāng)前狀態(tài)，迅速計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)需要輸出的扭矩和功率，以滿足車輛加速的動(dòng)力需求。然后，通過動(dòng)力傳輸系統(tǒng)模型，計(jì)算車輪的驅(qū)動(dòng)力和車輛的加速度，最終得到車輛的行駛速度和行駛距離等結(jié)果。這種仿真算法能夠更準(zhǔn)確地反映車輛在實(shí)際行駛過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為研究車輛的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能以及排放性能等提供了更真實(shí)的模擬環(huán)境。PSAT還具備對(duì)不同行駛工況下車輛性能進(jìn)行分析的能力，它內(nèi)置了多種標(biāo)準(zhǔn)行駛工況，如城市綜合工況、高速公路工況、市郊工況等，用戶也可以根據(jù)實(shí)際需求自定義行駛工況。通過在不同工況下進(jìn)行仿真分析，可以全面了解車輛在各種實(shí)際行駛條件下的性能表現(xiàn)，為車輛的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)估提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。在研究混合動(dòng)力汽車在城市擁堵工況下的燃油經(jīng)濟(jì)性時(shí)，可以利用PSAT模擬城市擁堵工況下車輛的頻繁啟停和低速行駛狀態(tài)，分析發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作模式以及能量消耗情況，從而找出優(yōu)化車輛在該工況下燃油經(jīng)濟(jì)性的方法。PSAT還提供了參數(shù)優(yōu)化功能，能夠幫助研究人員優(yōu)化汽車系統(tǒng)中各個(gè)部件的尺寸和控制策略。通過改變部件的參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、功率、扭矩特性，電機(jī)的功率、效率、轉(zhuǎn)速范圍，電池的容量、能量密度、充放電效率等，PSAT可以快速評(píng)估這些參數(shù)變化對(duì)整車性能的影響。在研究電池容量對(duì)混合動(dòng)力汽車純電動(dòng)續(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)性能的影響時(shí)，可以通過PSAT軟件調(diào)整電池容量參數(shù)，然后進(jìn)行仿真分析，得到不同電池容量下車輛的純電動(dòng)續(xù)航里程、燃油消耗以及能量利用效率等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究人員可以確定出最適合車輛設(shè)計(jì)目標(biāo)的電池容量，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池參數(shù)的優(yōu)化。PSAT還支持對(duì)控制策略的優(yōu)化。在混合動(dòng)力汽車中，控制策略決定了發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池之間的能量分配和協(xié)同工作方式，對(duì)整車的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能有著重要影響。PSAT提供了一系列的優(yōu)化算法和工具，研究人員可以利用這些工具對(duì)控制策略進(jìn)行優(yōu)化，如基于規(guī)則的邏輯門限值控制策略、模糊控制策略、動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制策略等。通過優(yōu)化控制策略，使發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)在不同工況下能夠更加合理地工作，實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)分配，從而提高整車的經(jīng)濟(jì)性能和動(dòng)力性能。4.3PSAT仿真方法意義PSAT仿真方法在Plug-in并聯(lián)混合動(dòng)力轎車的研發(fā)過程中具有重要意義，它為車輛性能的研究和優(yōu)化提供了一種高效、低成本且全面的手段。在車輛開發(fā)前期，PSAT仿真方法能夠?qū)囕v的經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，為車輛的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。通過建立精確的車輛模型，PSAT可以模擬車輛在各種不同行駛工況下的運(yùn)行狀態(tài)，包括城市擁堵路況、高速公路行駛、市郊工況等。在模擬城市擁堵工況時(shí)，PSAT可以根據(jù)該工況下車輛頻繁啟停、低速行駛的特點(diǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的工作模式、能量消耗以及燃油經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)。通過對(duì)這些指標(biāo)的分析，研發(fā)人員可以提前了解車輛在實(shí)際使用中的經(jīng)濟(jì)性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和優(yōu)化空間。若在仿真中發(fā)現(xiàn)車輛在城市擁堵工況下燃油消耗過高，研發(fā)人員可以通過調(diào)整動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)、優(yōu)化能量管理策略等方式，對(duì)車輛進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)，從而提高車輛在該工況下的經(jīng)濟(jì)性能。PSAT仿真方法能夠?qū)Σ煌膭?dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制策略進(jìn)行快速測(cè)試和評(píng)估。在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)方面，研發(fā)人員可以通過PSAT軟件輕松改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、功率、扭矩特性，電機(jī)的功率、效率、轉(zhuǎn)速范圍，電池的容量、能量密度、充放電效率等參數(shù)。通過改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，觀察車輛在不同工況下的動(dòng)力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性變化；調(diào)整電機(jī)的功率，分析其對(duì)車輛加速性能和純電動(dòng)續(xù)航里程的影響。在控制策略方面，PSAT支持對(duì)基于規(guī)則的邏輯門限值控制、模糊控制、動(dòng)態(tài)規(guī)劃控制等多種控制策略進(jìn)行仿真分析。通過比較不同控制策略下車輛的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)，如燃油消耗、能量利用效率等，研發(fā)人員可以找出最適合車輛的控制策略，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)和電池之間的能量最優(yōu)分配，提高整車的經(jīng)濟(jì)性能。在研究模糊控制策略時(shí)，PSAT可以模擬該策略在不同行駛工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)工作狀態(tài)的控制效果，評(píng)估其對(duì)燃油消耗和排放的影響，從而為模糊控制策略的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。采用PSAT仿真方法還能夠顯著降低車輛研發(fā)的成本和時(shí)間。在傳統(tǒng)的車輛研發(fā)過程中，需要進(jìn)行大量的物理試驗(yàn)來測(cè)試車輛的性能，這些試驗(yàn)不僅成本高昂，而且耗時(shí)較長。物理試驗(yàn)需要制造多輛樣車，進(jìn)行各種道路測(cè)試、臺(tái)架試驗(yàn)等，涉及到人力、物力和時(shí)間的大量投入。使用PSAT仿真方法，研發(fā)人員可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行大量的仿真試驗(yàn)，快速獲取車輛性能數(shù)據(jù)，減少對(duì)