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汽车|48VP2混动系统匹配设计及仿真验证


来源 |电动学堂
1前言
为了提高汽车燃油经济性 ， 满足日益严苛的排放法规 ， 在传统燃油车动力总成结构基础上增加驱动电机构成了并联混动系统 ， 达到节能减排目标 。 根据电机布置位置不同可分为P0、P1、P2、P2.5、P3、P4及组合方案 。 并联混动系统在原总动基础上进行开发 ， 开发成本及开发风险大幅降低 。 其中 ， P2混动方案的结构如图1所示 ， 电机布置在发动机与变速器之间 ， 可实现纯电驱动、启动发动机、制动能量回收及发动机工况点调节等功能 ， 单电机P2方案在燃油经济性、开发成本及系统改动等方面综合优势明显 ， 是目前应用最广泛的并联混动方案 。
汽车|48VP2混动系统匹配设计及仿真验证
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P2电机布置有偏置布置和同轴布置两种方案（图2） ， 其中偏置布置的动总轴向尺寸较小 ， 有利于动总在整车上搭载 ， 链传动或带传动速比可适当降低电机扭矩需求；同轴布置方案更方便与变速器集成 ， 如基于AT的P2混动变速器在原液力变矩器的位置集成P2电机 ， 基于DCT的P2混动变速器把C0离合器、双离合器及电机集成为一个模块等 ， 因此 ， P2电机同轴布置方案集成度更高 ， 有利于提升混动变速器传动效率等 。
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燃油车及纯电动车的动总匹配通过最高车速、最大爬坡度、加速性能等指标 ， 确定动力源的额定功率扭矩、变速器速比等 。 P2混动车型发动机和电机协同工作 ， 包括发动机、电机单独驱动、电机行车充电、电机助力、电机启动发动机等多种工作模式 ， 发动机与电机参数选择直接决定不同模式下整车动力性能、经济性能及驾驶性能 。 48V系统具有成本低、系统成熟等优点 ， 广泛应用于P0混动系统上 。 同时 ， 相比高压系统 ， 48V系统在额定功率扭矩上性能有限 ， 当其应用于P2混动时 ， 应着重考虑48V电机电池与动总发动机、变速器的匹配性 ， 使之满足整车动力性经济性及驾驶性要求 。
本文针对某A级P2混动车型 ， 从纯电模式下最高车速、最大爬坡度及加速性能等指标出发 ， 制定P2混动电机、电池匹配设计方案 ， 结合WLTC工况需求功率扭矩统计数据 ， 完成电机电池参数修正；通过搭建整车动力学模型 ， 完成48VP2混动动力总成匹配验证 。
2 48VP2混动动总匹配设计
P2混动车型一般在燃油车型的基础上进行改型：增加电机、电池组及相关控制模块等 。 P2混动车辆发动机与电机最大输出扭矩超过了变速器限扭 ， 因此 ， P2混动的最高车速及爬坡性能不低于对应的燃油车版本 ， 不能作为电机选型依据 ， 在此以纯电模式相关指标确定电机参数 ， 在结合整车WLTC工况需求功率扭矩统计数据最终确定电机及电池参数 。
2.1WLTC工况需求功率扭矩统计分析
在此以搭载1.5TG发动机、7速湿式双离合变速器某A级轿车为基础 ， 进行P2混动车型电机、电池的匹配设计研究 。 发动机、变速器及整车参数如表1所示 。 发动机特性数据、变速器传动效率通过效率试验实测得到 。
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通过对燃油车型仿真分析获得WLTC工况下动力源的需求功率及需求扭矩 ， 如图3所示 。 低速工况（车速小于100km/h）统计数据如表2所示 ， 可以发现 ， WLTC工况对动力端功率需求敏感性更高 ， 输出功率大于20kW、输出扭矩大于100Nm才能满足90%以上工况点功率扭矩需求 。
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2.2电机参数匹配设计
电机主要用于纯电驱动、启动发动机、辅助发动机工作及制动能量回收 。 通过纯电最高车速、纯电最大爬坡度及制动能量回收性能确定电机参数 。


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