袁磊 孫立清 蘇勰

（北京理工大學(xué)）

基于AMESim的增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究

袁磊 孫立清 蘇勰

（北京理工大學(xué)）

針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池能量密度低、續(xù)駛里程短的問(wèn)題，基于BFC6110EV-2電動(dòng)公交車(chē)，設(shè)計(jì)了增程式電動(dòng)公交車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，并根據(jù)汽車(chē)設(shè)計(jì)方法對(duì)所匹配參數(shù)進(jìn)行了理論校核。在AMESim軟件中利用穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了增程式電動(dòng)公交車(chē)整車(chē)仿真模型，采用單點(diǎn)恒溫器控制策略，利用聯(lián)合仿真方法對(duì)所設(shè)計(jì)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，該增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)匹配較合理，與傳統(tǒng)純電動(dòng)公交車(chē)相比，其動(dòng)力性及續(xù)駛里程都具有一定的優(yōu)越性。

1 前言

電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)雖然能夠極大地減少燃油消耗和尾氣排放，但因其動(dòng)力電池能量密度低、車(chē)輛續(xù)駛里程短，所以制約了其發(fā)展[1]。而增程式電動(dòng)汽車(chē)（Range-Extended Electric Vehicle，REEV）是當(dāng)車(chē)載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提供電能時(shí)，以純電動(dòng)汽車(chē)模式運(yùn)行，同時(shí)帶有一個(gè)僅當(dāng)增程器能量不足時(shí)啟動(dòng)工作的附加能量裝置的車(chē)輛[2]，增程器的加入很好地解決了純電動(dòng)汽車(chē)存在的問(wèn)題。增程式電動(dòng)汽車(chē)具有低速扭矩大、高速運(yùn)行平穩(wěn)、制動(dòng)能量回收效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維修等優(yōu)勢(shì)。

以某公司生產(chǎn)的BFC6110EV-2電動(dòng)車(chē)為原型車(chē)，采用單點(diǎn)恒溫器控制策略，設(shè)計(jì)增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，并采用AMESIM與Matlab/ Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，以驗(yàn)證參數(shù)匹配的正確性及在該控制策略下車(chē)輛的動(dòng)力性與續(xù)駛里程。

2 動(dòng)力系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

選取發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)組成增程式電動(dòng)公交車(chē)的輔助動(dòng)力系統(tǒng)（APU），整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該增程式電動(dòng)公交車(chē)為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)[3]，以純電動(dòng)汽車(chē)為基礎(chǔ)，由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、整車(chē)控制系統(tǒng)和輔助動(dòng)力系統(tǒng)組成。其中發(fā)動(dòng)機(jī)能量可同時(shí)流向電池和電機(jī)，此時(shí)電池起能量緩沖器的作用。

增程式電動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)多電源電力總成系統(tǒng)，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了其傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配不同于純電動(dòng)汽車(chē)和內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)。在進(jìn)行增程式電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)參數(shù)匹配時(shí)，首先要以運(yùn)行工況為基礎(chǔ)，根據(jù)動(dòng)力性能指標(biāo)和部件自身的技術(shù)發(fā)展水平初步確定電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部件性能要求，再根據(jù)部件的性能對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能進(jìn)行校核，從理論上初步評(píng)估該方案是否符合設(shè)計(jì)要求和目標(biāo)，然后對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)部件參數(shù)進(jìn)行修正，重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。在上述工作的基礎(chǔ)上再開(kāi)展動(dòng)力源匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真，從而完成整車(chē)系統(tǒng)參數(shù)匹配過(guò)程。

3 動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)設(shè)計(jì)

BFC6110EV-2電動(dòng)車(chē)的整車(chē)參數(shù)及性能指標(biāo)要求如表1所列。

表1 整車(chē)參數(shù)及性能指標(biāo)要求

增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的功率容量取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率容量，其參數(shù)的確定以滿足車(chē)輛正常行駛和動(dòng)力性要求為準(zhǔn)則：以最高車(chē)速vmax勻速行駛；在要求的最大坡道αmax上以不低于最低要求車(chē)速vmin行駛；滿足車(chē)輛起步加速性能要求，在一定時(shí)間ta內(nèi)由0加速到要求車(chē)速vr。

3.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是增程式電動(dòng)公交車(chē)唯一動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，電機(jī)的選擇既要滿足額定功率，又要滿足最大過(guò)載轉(zhuǎn)矩和瞬時(shí)功率的要求，其額定功率可以根據(jù)車(chē)輛的動(dòng)力性要求來(lái)初步確定[4]，即可由汽車(chē)動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率。

3.1.1 最高車(chē)速要求下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率

電動(dòng)汽車(chē)以最高車(chē)速vmax行駛時(shí)，所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率P1為：

式中，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；m為整車(chē)質(zhì)量；ηT為驅(qū)動(dòng)電機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)效率；A為迎風(fēng)面積；CD為風(fēng)阻系數(shù)。

由表1可知，vmax=80 km/h，由式（1）可得額定功率P1=99.447 9 kW。

3.1.2 最大爬坡度要求下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率

某給定車(chē)速vb下電動(dòng)汽車(chē)以最大爬坡能力行駛時(shí)所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率P2為：

式中，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，通過(guò)對(duì)照汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)表擬定該電動(dòng)公交車(chē)的δ=1.1[5]。

將表1中相關(guān)參數(shù)與δ值代入式（3），得到如圖2所示的加速時(shí)間-需求功率曲線，增程式電動(dòng)公交車(chē)滿足0～50 km/h的加速時(shí)間不大于55 s，由圖2所示曲線可得此增程式電動(dòng)公交車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率應(yīng)為P3=131.734 2 kW。

式中，α為設(shè)定的最大爬坡度。

在公交車(chē)工況下，電動(dòng)汽車(chē)以12 km/h的車(chē)速爬20%的坡度時(shí)，最大爬坡度下要求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率P2=141.214 7 kW。

3.1.3 最大加速度要求下的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率

在加速時(shí)間ta內(nèi)，電動(dòng)汽車(chē)由vb加速到vf所需的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率P3為：

需求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大功率為：

又因

式中，Pe為額定功率;λ為電機(jī)過(guò)載系數(shù)。

取λ=1.5，計(jì)算得Pe=94 kW，即需求的驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率Pe≥94 kW。

根據(jù)匹配要求選用JD132(A)交流異步電機(jī)作為增程式電動(dòng)公交車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，電機(jī)特性曲線如圖3所示。相應(yīng)選擇TGN14型電機(jī)控制器，其額定功率為100 kW，額定電壓為386 V，峰值功率為150 kW，峰值電壓為460 V。

表2 電機(jī)技術(shù)參數(shù)

3.2 動(dòng)力蓄電池參數(shù)匹配

3.2.1 功率與質(zhì)量要求

為保證車(chē)輛的動(dòng)力性，動(dòng)力蓄電池的最大放電功率Pbat_max須滿足：

式中，Pmax=150kW為電機(jī)峰值功率；PA為車(chē)輛附件（包括電動(dòng)空調(diào)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇等）總功率；ηmc為驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器效率，取值0.85。

經(jīng)對(duì)BFC6110EV-2電動(dòng)車(chē)實(shí)車(chē)檢測(cè)可知，車(chē)輛空調(diào)系統(tǒng)功率約為10kW，其它附件功率約為5 kW，則PA約為15 kW，將各數(shù)值代入式（6）得Pbat_max≥191.47 kW。

本文所選的動(dòng)力電池為鋰離子電池，當(dāng)其比能量We為130 Wh/kg、比功率Wp為350 W/kg時(shí)，滿足功率要求的電池組質(zhì)量參數(shù)547.06 kg，滿足能量容量要求的電池組質(zhì)量參數(shù)

3.2.2 能量要求

動(dòng)力蓄電池還要保證電動(dòng)汽車(chē)以va勻速行駛時(shí)的蓄電池純電動(dòng)續(xù)駛里程為d1，其能量EB須滿足:

式中，DOD為蓄電池放電深度，取為0.7；η為系統(tǒng)效率（包括傳動(dòng)效率、電機(jī)及控制器效率等），取值0.7。

JD132（A）交流異步電機(jī)的額定電壓為243 V，電機(jī)控制器的額定輸入電壓（DC）為386 V，電池組的電壓等級(jí)應(yīng)與電機(jī)控制器的額定輸入電壓一致。則根據(jù)式（7）可計(jì)算電池組容量CE為：

增程式汽車(chē)要求電池具有較大的比能量和比功率。鋰離子電池的比能量為100～150Wh/kg，比功率為200～450W/kg，循環(huán)壽命為800～1200@80%DOD，較適合用作電動(dòng)汽車(chē)和增程式電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池。

基于以上計(jì)算和分析，采用錳酸鋰電池作為該車(chē)動(dòng)力電池，其單體額定電壓為3.7 V，單體額定容量為100 Ah，單體質(zhì)量為3.3 kg；4節(jié)單體電池并聯(lián)為一組，108組串聯(lián)，總質(zhì)量為1 425.6 kg，總電壓為388.8 V，總?cè)萘繛?00 Ah。

3.3 增程器參數(shù)匹配

發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)組成的輔助動(dòng)力系統(tǒng)在蓄電池出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)能保證車(chē)輛以va勻速行駛，即給驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供冗余功率。

增程器標(biāo)定輸出功率PRE計(jì)算式為:

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在北京城市工況下，非環(huán)路公交車(chē)輛的最高車(chē)速為50km/h[6]。為保證增程器有足夠的功率容量，并可快速地給電池組充電，以滿足進(jìn)入鬧市區(qū)或限排區(qū)零排放純電動(dòng)行駛的要求，選擇此最高車(chē)速代入式（9）來(lái)確定增程器輸出功率。通過(guò)計(jì)算可得該車(chē)以va=50 km/h行駛時(shí)增程器的功率PRE≥44.1 kW。

選擇永磁同步發(fā)電機(jī)作為輔助動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)，其額定功率為63kW，最大電流為270A，最低電壓為130 V，額定效率為88%，質(zhì)量為45 kg。發(fā)電機(jī)效率特性如圖4所示。

增程式電動(dòng)公交車(chē)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)而不是發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提供加速或爬坡的峰值功率，因此可以在減小發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率和尺寸的同時(shí)，使車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地運(yùn)行在高效區(qū)。綜上所述，增程式電動(dòng)公交車(chē)仍需沿用技術(shù)成熟的先進(jìn)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。

本文選用2.2 L四沖程柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，其峰值功率為92 kW，最大轉(zhuǎn)矩為305 N·m，最低燃油消耗率為203 g/kW·h，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)功率為50.5 kW，其萬(wàn)有特性如圖5所示。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速在2 000 r/min附近、負(fù)荷率約為80%時(shí)具有較低的燃油消耗率[7]。根據(jù)圖5可得到發(fā)動(dòng)機(jī)高效工作點(diǎn)，由查表計(jì)算可得最低燃油消耗率點(diǎn)處油耗f為12.17 L/h，則滿足增程式電動(dòng)公交車(chē)增程式續(xù)駛里程d所需的油箱容積V為：

由式（10）可得增程式續(xù)駛里程200 km所需油箱容積V=48.68 L，故選擇油箱容積為50 L。

4 參數(shù)校核及匹配結(jié)果

4.1 整車(chē)質(zhì)量驗(yàn)算

增程式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)質(zhì)量計(jì)算式為：

式中，mch為整車(chē)底盤(pán)與車(chē)身質(zhì)量；mB為電池質(zhì)量；mRE為增程器質(zhì)量；mmot為驅(qū)動(dòng)電機(jī)質(zhì)量。

增程式電動(dòng)公交車(chē)采用BFC6110EV-2電動(dòng)車(chē)的底盤(pán)、車(chē)身等整車(chē)參數(shù)，經(jīng)過(guò)匹配后的電機(jī)與原電機(jī)相同，變速器選用2擋變速器，mB=3.3×108×4= 1 425.6 kg；增程器中發(fā)電機(jī)質(zhì)量為45 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量為307 kg，發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組的連接件和支撐件質(zhì)量約為10 kg，則mRE=45+307+10=362 kg；原車(chē)電池質(zhì)量mB1=5.5×3×108=1 782 kg。

匹配的增程式電動(dòng)公交車(chē)與原車(chē)質(zhì)量差為Δm=1 425.6+362-1 782=5.6 kg，即增程式電動(dòng)公交車(chē)質(zhì)量與BFC6110EV-2電動(dòng)車(chē)質(zhì)量基本相等。

4.2 動(dòng)力性能校核

4.2.1 最高車(chē)速

最高車(chē)速應(yīng)滿足：

式中，nmax為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速；r為輪胎半徑；ig2·i0為最小傳動(dòng)比。

經(jīng)計(jì)算得最高車(chē)速vmax≤95 km/h時(shí)滿足要求。

4.2.2 最大爬坡度

當(dāng)車(chē)輛具有最大爬坡能力時(shí)，電機(jī)處于短時(shí)過(guò)載狀態(tài)，其轉(zhuǎn)矩與功率均為峰值。由表2可知最大爬坡時(shí)電機(jī)短時(shí)過(guò)載工作轉(zhuǎn)矩Tαmax=850 N·m，電機(jī)短時(shí)過(guò)載功率Pαmax=150 kW。車(chē)輛爬坡行駛時(shí)應(yīng)滿足以下方程：

式中，F(xiàn)α為車(chē)輛勻速爬坡時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力。

由式（13）計(jì)算可得該增程式電動(dòng)公交車(chē)的最大爬坡度imax=tanαmax=20.64%，此時(shí)爬坡車(chē)速為10.89km/h。圖6為該車(chē)的驅(qū)動(dòng)力—行駛阻力平衡圖，圖中行駛阻力曲線僅考慮滾動(dòng)阻力Ff和空氣阻力Fw。

從圖6可看出，該車(chē)的最高車(chē)速為93.9 km/h，則對(duì)應(yīng)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為4 373.4 r/min。

4.2.3 起步加速性能

車(chē)輛的加速性能以車(chē)輛從低速v1加速到較高車(chē)速時(shí)所需的時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)，車(chē)輛從靜止起步加速到50 km/h時(shí)的加速時(shí)間計(jì)算方法如下。

在車(chē)輛起步階段驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為電機(jī)基速，此時(shí)對(duì)應(yīng)的車(chē)速應(yīng)滿足：

式中，nm1為電機(jī)基速。0～vr加速時(shí)間為：

式中，Tmmax為電機(jī)瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩；Tv為電機(jī)最大功率時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，Tv=9549Pmmax/n，n=v·ig·i0/（0.377r）。

由式（15）計(jì)算得到0～50 km/h加速時(shí)間t= 2.087+23.817=25.904 s＜55 s，2.087 s和23.817 s分別是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)的加速時(shí)間，因此，電機(jī)的機(jī)械特性滿足加速性能要求。

4.3 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配結(jié)果

通過(guò)以上計(jì)算分析與校核，得到的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配結(jié)果如表3所列。

表3 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配結(jié)果

5 控制策略仿真驗(yàn)證與結(jié)果分析

利用仿真平臺(tái)AMESIM建立增程式電動(dòng)公交車(chē)的動(dòng)力總成，利用仿真集成環(huán)境Simulink建立整車(chē)控制器模型，并將Simulink控制模塊導(dǎo)入AMESIM中，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整車(chē)聯(lián)合仿真。仿真模型如圖7所示。

5.1 控制策略

5.1.1 能量管理策略

仿真所用控制策略為單點(diǎn)恒溫器控制策略，只針對(duì)我國(guó)典型城市公交工況進(jìn)行增程式電動(dòng)公交車(chē)能量管理策略研究，控制策略基本參數(shù)如表4所列[8，9]。

表4 控制策略基本參數(shù)

5.1.2 制動(dòng)能量回收策略

電機(jī)最低回收轉(zhuǎn)速為500 r/min。電機(jī)制動(dòng)能量回收系數(shù)為：當(dāng)SOC＜40%時(shí)，回收系數(shù)為1；當(dāng)40%＜SOC＜80%時(shí)回收系數(shù)為0.6；當(dāng)SOC＞80%時(shí)回收系數(shù)為0。

5.2模型驗(yàn)證

用BFC6110EV-2電動(dòng)公交車(chē)的技術(shù)參數(shù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證，其中續(xù)駛里程和能量消耗是在半載質(zhì)量和電池組放電深度為70%的條件下得出的。試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果如表5所列。

表5 試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果

由表5可知，模型仿真結(jié)果和電動(dòng)公交車(chē)實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果誤差較小，說(shuō)明所建立的模型是可靠的，可通過(guò)該模型來(lái)進(jìn)行性能驗(yàn)證。

5.2.1 動(dòng)力性能驗(yàn)證

通常動(dòng)力性能評(píng)價(jià)考察的是車(chē)輛能夠達(dá)到的最高車(chē)速和加速性能（由低速v1加速到較高車(chē)速時(shí)所需的時(shí)間），在仿真過(guò)程中主要通過(guò)驗(yàn)證整車(chē)在循環(huán)工況下車(chē)速跟隨工況的接近程度來(lái)確定。仿真時(shí)采用NEDC工況與我國(guó)典型城市公交工況進(jìn)行動(dòng)力性驗(yàn)證，同時(shí)也可驗(yàn)證動(dòng)力系統(tǒng)控制的有效性。在我國(guó)典型城市公交工況下速度跟隨情況、實(shí)際車(chē)速與工況車(chē)速的偏差如圖8所示。

從圖8可看出，在我國(guó)典型城市公交工況下，模型的實(shí)際車(chē)速與工況車(chē)速偏差較小，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)選擇與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制都可滿足市區(qū)工況下的要求。

但是在我國(guó)典型城市公交工況下，最高車(chē)速?zèng)]有達(dá)到60 km/h，因此選擇模型在NEDC工況下運(yùn)行，NEDC工況下整車(chē)速度跟隨情況、實(shí)際車(chē)速與工況車(chē)速的偏差如圖9所示。

從圖9可看出，實(shí)際最高車(chē)速只能達(dá)到93.54km/h，與動(dòng)力性計(jì)算基本符合。由于公交車(chē)質(zhì)量較大，最高速度較低，高速段加速困難，在工況的最后階段速度跟隨情況較差。

由上述可知，整車(chē)的動(dòng)力性能與參數(shù)匹配計(jì)算結(jié)果一致，另外，建立的動(dòng)力系統(tǒng)控制模塊也滿足車(chē)輛控制要求。

5.2.2 控制策略與燃油經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證

在單點(diǎn)恒溫器控制策略下，增程器在電量維持階段開(kāi)啟，設(shè)置初始SOC為0.31，工況為我國(guó)典型城市公交工況，增程器工作區(qū)間為28%～30%，增程器輸出功率和電池組當(dāng)前SOC值如圖10所示。

從圖10可看出，按照控制規(guī)則增程器在電池組SOC下降到28%時(shí)開(kāi)啟，并輸出44 kW的功率；當(dāng)SOC重新為30%時(shí)增程器關(guān)閉。由于制動(dòng)能量回收的原因，增程器開(kāi)啟前電池SOC有上升趨勢(shì)。

增程式電動(dòng)公交車(chē)在電量消耗階段以純電動(dòng)模式運(yùn)行，為了最大限度地保證電池組穩(wěn)定可靠地工作，減少電池組不一致性對(duì)整個(gè)電池組系統(tǒng)工作的影響，提高電池組的壽命，在實(shí)際應(yīng)用中，電池組SOC應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)續(xù)駛里程的工作范圍，SOC取0.95～0.25。在仿真中，以0.70為動(dòng)力電池SOC初始值，連續(xù)仿真1 200 s后的結(jié)果如圖11所示。

由圖11可看出，SOC變化量為0.038 057，行駛距離為4.440 2 km，按照放電深度DOD=0.7計(jì)算，可得純電動(dòng)續(xù)駛里程為81.67 km。

在增程器與蓄電池并行供電模式下，當(dāng)蓄電池由初始值SOC0=0.4降低到設(shè)定下限值SOCmin=0.28時(shí)，啟動(dòng)增程器以44 kW的恒功率發(fā)電。根據(jù)當(dāng)時(shí)的功率需求，給電機(jī)供電的同時(shí)也會(huì)向蓄電池充電；當(dāng)蓄電池由SOCmin回升至SOCmax時(shí)關(guān)閉增程器，切換到純蓄電池供電模式。為了保證在選定的仿真工況下能觀察到增程器的啟動(dòng)過(guò)程，仿真時(shí)選擇初始值SOC0=0.4，比SOCmin稍大。圖12和圖13分別為我國(guó)10個(gè)典型城市公交工況下續(xù)駛里程和整車(chē)能耗的變化情況。

由圖12和圖13可看出，仿真總運(yùn)行時(shí)間為13 040 s，當(dāng)時(shí)間為3 128 s時(shí)，蓄電池SOC從0.40下降到0.28，總行駛里程為55.06 km，其中純電動(dòng)續(xù)駛里程為12.62km，純電動(dòng)電能消耗量為15.674kW·h；增程器開(kāi)啟了13次，總?cè)加拖牧繛?.46 L，循環(huán)后SOC為0.286 2。通過(guò)將蓄電池SOC的變化量換算成等效燃油消耗量，再加上發(fā)動(dòng)機(jī)在工況內(nèi)總的燃油消耗量，可計(jì)算出增程式電動(dòng)公交車(chē)的增程續(xù)駛里程。在我國(guó)典型城市公交工況下，增程式電動(dòng)公交車(chē)總的燃油消耗量、電能消耗量、純電動(dòng)行駛里程和總行駛里程計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 增程式電動(dòng)公交車(chē)油耗、電能消耗和續(xù)駛里程

經(jīng)計(jì)算，純電動(dòng)行駛時(shí)電能消耗量為1.12（kW·h）/km；電量維持階段的百公里油耗為22.29 L/100 km，可求得等效百公里燃油消耗為17.71 L/100 km（使用低谷電價(jià)時(shí)水平）。

通過(guò)上述分析可知，增程式電動(dòng)公交車(chē)在城市工況下節(jié)油效果明顯。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于BFC6110EV-2電動(dòng)公交車(chē)設(shè)計(jì)了一輛增程式電動(dòng)公交車(chē)，給出了增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與校核方法?；贏MESim-Simulink聯(lián)合仿真平臺(tái)搭建了該電動(dòng)公交車(chē)仿真模型，對(duì)定點(diǎn)恒溫器控制策略以及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，在我國(guó)典型城市公交工況和NEDC工況下，增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力性能良好，節(jié)油效果明顯。

1 Al-Adsani A S，Jarushi A M，Schofield N.An ICE/HPM Genera-tor Range Extender in a Series Hybrid Electric Vehicle.5th IET International Conference on Power Electronics，Machines and Drives，PEMD 2010.

2 Tate E D，Michael Harpster，Peter Savagian.The electrification of the automobile:From conventional Hybrid，to Plug-in Hybrids，to Extended-Range Electric Vehicles. SAE2008-01-0458

3宋珂，章桐.增程式純電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)研究.汽車(chē)技術(shù). 2011（7）:14～15.

4彭濤，陳全世，田光宇.并聯(lián)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39（2）:69.

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6 Wang Z P，Sun F C.Statistical analysis for the driving cycle of Beijing's bus.Journal of Beijing Institute of Technology，2004，13（4）:436-440

7汽車(chē)工程手冊(cè)編委會(huì).汽車(chē)工程手冊(cè)一設(shè)計(jì)篇.北京:人民交通出版社，2001.

8韓志杰.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制策略研究.北京:北京理工大學(xué)，2007.

9李曉英，于秀敏，李君，吳志新.串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)控制策略.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2005，35（2）:321～324.

（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2013年12月17日。

A Study on Design and Simulation of Powertrain for REEB Based on AMESim

Yuan Lei，Sun Liqing，Su Xie
（Beijing Institute of Technology）

To solve the problem of low capacity density of the battery pack and short driving range of battery electric vehicles，the powertrain and control strategy of a range-extended electric bus were designed based on the electric bus BFC6110EV-2.The parameters of the powertrain were verified according to vehicle design method.The bus simulation model was built with steady state database of Software AMESim.Single-point thermostat control strategy was implemented and the co-simulation method was adopted to verify the powertrain，The results show that the powertrain design and parameter matching are reasonable，they also show advantages in dynamic performance and driving range as compared with traditional battery electric bus.

Range-extended electric bus,Powertrain,Parameter design,Co-simulation

增程式電動(dòng)公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)聯(lián)合仿真

U469.72

A

1000-3703（2014）08-0056-07