賈立進(jìn)，陳平，郭文劍

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汽車動力系統(tǒng)匹配功率平衡方程式加速項問題研究*

賈立進(jìn)1，陳平1，郭文劍2

（1.北京汽車研究總院有限公司新技術(shù)研究院，北京 101300；2.北京新能源汽車股份有限公司，北京 100176）

針對汽車科技文獻(xiàn)中汽車動力系統(tǒng)匹配功率平衡方程加速項的分歧，文章從理論上辨別了真?zhèn)危?gòu)思驗證方法，驗證辨別結(jié)果。從汽車設(shè)計角度為國家執(zhí)法機(jī)關(guān)治理超載車輛正常行駛現(xiàn)象提供科學(xué)依據(jù)。

功率平衡；加速項；分歧；辨別；驗證

前言

汽車動力系統(tǒng)匹配是汽車工程研發(fā)的重要環(huán)節(jié)，處于前端概念設(shè)計階段，若在此階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題，那么解決問題的成本最小，同時汽車動力系統(tǒng)匹配結(jié)果將影響后續(xù)各工程研發(fā)階段整車性能，匹配過程中，必須堅持夠用即可的原則，如果發(fā)動機(jī)或電機(jī)功率選小了，將會出現(xiàn)小馬拉大車現(xiàn)象，造成車輛動力性不足；如果發(fā)動機(jī)或電機(jī)功率選大了，將會出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象，這為超載車輛的正常行駛創(chuàng)造了便利條件。

從過去已發(fā)表的汽車動力系統(tǒng)匹配與部件選型文獻(xiàn)來看，大部分文獻(xiàn)[1-5]中，汽車行駛功率平衡方程如公式（1），加速項功率如公式（2）；但有極少數(shù)文獻(xiàn)[6]中，汽車行駛功率平衡方程如公式（3），加速項功率如公式（4）。

顯然，公式（2）與公式（4）有差異，二者肯定存在對錯，值得深入研究，辨別真?zhèn)危⒃O(shè)法驗證辨別真?zhèn)谓Y(jié)果。因此，本文的其余部分安排如下：第二節(jié)給出辨別真?zhèn)芜^程；第三節(jié)給出第二節(jié)所述的辨別真?zhèn)谓Y(jié)果的驗證方法，并驗證辨別真?zhèn)谓Y(jié)果的正確性；最后，第四節(jié)給出主要結(jié)論，并為未來研究人員給出建議。

1 真?zhèn)伪鎰e

基于參考文獻(xiàn)[1-6]，經(jīng)過以上分析與辨別，本文認(rèn)為公式（1）與公式（2）是錯的，公式（3）與公式（4）是正確的。

2 辨別結(jié)果驗證

為了驗證公式（1）、（2）、（3）、（4）真?zhèn)伪鎰e結(jié)果，本文結(jié)合某型電動汽車案例變換公式（1）與公式（3），見公式（5）與公式（6），計算加速時間，并繪制0~100km/h加速時間曲線圖，見圖1與圖2，并用同樣的電動汽車特征參數(shù)進(jìn)行動力性仿真，并繪制0~100km/h加速時間曲線仿真圖，見圖3。

注意，0~100km/h加速一般在平路上試驗，路面坡度i為0，因此公式（5）與公式（6）中無坡度項，v計算公式如下：

公式（5）、公式（6）及公式（7）中的參數(shù)見表1，表中參數(shù)也是動力性仿真輸入數(shù)據(jù)。

表1 某型電動汽車計算與仿真參數(shù)

根據(jù)公式（7），v計算結(jié)果為51.57km/h，根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]工作思路，把v~v區(qū)間劃分成10000個等長度小區(qū)間，小區(qū)間長度v計算公式見公式（8）；同理，把v~v區(qū)間劃分成10000個等長度小區(qū)間，小區(qū)間長度v計算公式見公式（9）。

則v與v計算公式分別為：

積分區(qū)間經(jīng)過劃分，則人類思維所能識別的公式（5）與公式（6）依據(jù)積分原始概念可轉(zhuǎn)換為計算機(jī)所能識別、處理的公式（12）與公式（13）。

根據(jù)上述公式，借助計算機(jī)微軟OFFICE軟件工具中的10000行EXCEL表格，可計算每一個小區(qū)間的加速時間，并依次累加，得到加速時間曲線圖的縱坐標(biāo)，同時，依次累加速度，得到加速時間曲線圖的橫坐標(biāo)，累加計算公式見公式（14）與公式（15）。

根據(jù)公式（12），計算結(jié)果為49.7s，0~100km/h加速時間曲線見圖1；根據(jù)公式（13），計算結(jié)果為13.81s，0~100km/h加速時間曲線見圖2；動力性0~100km/h加速時間仿真曲線見圖3，0~100km/h加速時間仿真結(jié)果為11.9s。

圖2 公式（13）所對應(yīng)的0~100km/h加速時間曲線圖

圖3 動力性0~100km/h加速時間仿真曲線圖

從圖1、圖2、圖3來看，圖1與圖3加速曲線及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)，偏差太大，圖1的最終結(jié)果是49.7s，圖3的最終結(jié)果是11.9s；圖2與圖3加速曲線及其對應(yīng)的數(shù)據(jù)相近，偏差較小，圖2的最終結(jié)果是13.81s，圖3的最終結(jié)果是11.9s。這充分驗證了真?zhèn)伪鎰e結(jié)果的正確性，即公式（1）、公式（2）、公式（5）與公式（12）是錯的，公式（3）、公式（4）、公式（6）與公式（13）是正確的。

從圖1來看，如果車輛要實現(xiàn)13.81s的加速時間，必須加大發(fā)動機(jī)或電機(jī)的輸出功率，選擇大功率發(fā)動機(jī)或電機(jī)，但這種錯誤的設(shè)計必將導(dǎo)致大馬拉小車現(xiàn)象，為超載車輛的正常行駛提供了足夠的驅(qū)動功率。

3 結(jié)論

本文首先從所研究的參考文獻(xiàn)中覺察到不同參考文獻(xiàn)功率平衡方程的差異，加速項需求功率有3.6倍差距，進(jìn)而辨別公式的真?zhèn)螌﹀e，并構(gòu)思有說服力的驗證方法驗證辨別結(jié)果，并將正確的公式（3）呈現(xiàn)給讀者。

本文工作已經(jīng)辨別、驗證了公式（3）為正確的汽車動力系統(tǒng)匹配功率平衡方程式。如果持續(xù)進(jìn)行跟進(jìn)研究及系列性更正、糾錯，必將從汽車設(shè)計源頭上為國家執(zhí)法機(jī)關(guān)治理超載車輛正常行駛現(xiàn)象提供科學(xué)依據(jù)。

4 致謝

在本研究過程中，北京汽車研究總院有限公司新技術(shù)院副院長、教授級高工、燃料電池汽車項目總負(fù)責(zé)人陳平博士創(chuàng)建了燃料電池汽車整車研究平臺，給予本研究全方位的支持與幫助，在此表示衷心感謝！北京新能源汽車股份有限公司工程研究院郭文劍工給予本研究關(guān)于仿真驗證支持與幫助，在此表示衷心感謝！本文是在家人鼓勵下完成，在她們關(guān)懷、照顧下，得以全身心的投入本文創(chuàng)作中，在此我向她們表示衷心感謝！同時，向所有在本文寫作過程中關(guān)心過我的朋友們表示感謝！

[1] 楊陽,李耀華,劉鵬.基于西安高新區(qū)循環(huán)工況的純電動城市客車動力系統(tǒng)匹配及仿真研究[J].西華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2018, 37（2）:87-93.

[2] 崔淑華,馬煜森. PHEV動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及Cruise性能仿真研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)）,2018（4）:14-20.

[3] 岳鳳來,張俊紅,林杰威,等.純電動機(jī)場擺渡車動力系統(tǒng)匹配與性能仿真[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2014（7）:120-122.

[4] 季新杰,李聲晉,方宗德.單軸并聯(lián)式混合動力汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配的研究.汽車工程,2011,33（3）:188-193.

[5] 魏躍遠(yuǎn),詹文章,林逸.燃料電池混合動力汽車動力系統(tǒng)匹配與優(yōu)化研究[J].汽車工程,2008,30（10）:918-922.

[6] 萬亮,張俊智,王麗芳,等.串聯(lián)式燃料電池混合動力汽車零部件選型和匹配優(yōu)化研究[J].汽車工程,2008,30（5）:748-752.

[7] 賈立進(jìn).基于PID控制的新能源汽車空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計與試驗研究[J].汽車科技,2019,269（1）:77-81.

A Research on the Acceleration Terms in the Power Balance Equation about the Matching for the Vehicle Powertrain

Jia Lijin1, Chen Ping1, Guo Wenjian2

（1.New Technology Institute, Beijing Automobile Technology Center Co., Ltd, Beijing 101300; 2.Beijing New Energy Automobile Co., Ltd., Beijing 100176 )

In the automotive science and technology literature, aiming at the disagreement of the acceleration terms in the power balance equation of the matching for automotive power system, this paper distinguishes the true from the false in theory, designs a verification method, verifies the identification results. From the perspective of the automotive design, this paper provides a scientific basis for the national law enforcement agencies to control the normal driving of the overloaded vehicles.

power balance; acceleration terms; disagreement; distinguishes; verify

A

1671-7988(2019)05-71-03

U462

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1671-7988(2019)05-71-03

U462

賈立進(jìn)（1980-)，男，南京大學(xué)計算機(jī)技術(shù)碩士學(xué)位，現(xiàn)任職于北汽集團(tuán)新技術(shù)研究院，負(fù)責(zé)整車電控系統(tǒng)設(shè)計與集成及整車動力系統(tǒng)性能匹配業(yè)務(wù)，主要研究方向為電動汽車整車電控系統(tǒng)設(shè)計與集成。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.021