增程式电动汽车利用驱动电机作为驱动车辆的动力源，以动力电池组为主要能源，而发动机—发电机组作为增程器，提供辅助动力。增程器的使用增加了整车的续航里程，但是不匹配的动力系统不仅无法降低能耗，反而增加车重，对整车的成本、能耗、动力性产生不利影响，违背设计初衷。因此，有必要对增程式电动汽车的动力系统参数匹配进行研究。本文以增程式电动汽车动力性为研究目标，分析加速能力、爬坡能力、最高车速和减速器速比、驱动电机参数之间的匹配关系，基于AVL CRUISE整车模型对纯电动模式下增程式电动汽车的动力性进行仿真验证，达成增程式电动汽车动力性的合理匹配。

整车性能参数输入

本文增程式电动汽车选定整车基本参数和性能目标，如表1 与表2 所示。

动力总成参数匹配

1. 电机功率计算

（1）最高车速确定电机功率

在增程车型中，驱动电机是唯一动力驱动装置，整车的动力性很大程度上取决于电机的峰值功率。按设计目标要求，半载时最高车速为140 km/h，30 min 最高车速为120 km/h，在平直道路上以最高车速行驶时，电机峰值功率应大于或等于以该车速行驶时的滚动阻力功率和空气阻力功率之和，见公式（1）：

式中，P max1 是电机峰值功率；η T 是传动系统效率；ƒ 是滚动阻力系数。取ƒ 为0.007 2，η T 为0.95，估算整车峰值功率应满足P max1 ≥ 42.31 kW ；以此类推，额定功率应满足P r ≥ 29.94 W。

（2）爬坡能力确定电机功率

考虑满载时以一定的行驶速度爬上既定坡度，电机峰值功率应满足公式（2）：

式中，P max2 是电机峰值功率；α =arctani，i 是坡度；ν 是一定的爬坡车速，取20 km/h。计算可得，P max2 ≥ 39.18 kW。

（3）加速性能确定电机功率

起步加速时间应满足公式（3）：

半载状态在平直路面上行驶时消耗的功率应满足公式（4）：

车辆从0 加速到100 km/h加速时间小于10.5 s，从而得出P max3 ≥ 86.92 kW。

综上所述， 电机峰值功率为P max ≥ max（P max1，P max2，P max3，）=86.92 kW， 考虑电机的后备功率，取电机峰值功率为P max=90 kW，P r31= kW。

2. 减速器速比计算

（1）速比上限计算

减速器速比的上限由电动机最高转速和最高行驶车速确定：

式中，i g 是减速器的速比；ν max是最高行驶车速；n max 是电机最大转速。根据整车的性能目标，得出i g ≤ 8.02。

（2）速比下限计算

根据最大爬坡度对应的行驶阻力和驱动电机低转速下对应的最大输出转矩来确定传动系速比下限为：

根据整车的性能目标，得出i g ≥ 7.50。综上所述，得出减速器速比范围。在此区间内进行配齿后及考虑经济性较优，得出减速器速比为7.50 ≤i g ≤ 8.02。

3. 增程器参数计算

（1） 发电机参数计算电机作为增程驱动行驶时的发电单元，主要作用是发电机耦合连接，完成发动机机械功率的转换，为车辆行驶提供驱动功率或为蓄电池充电。在发电机选型匹配中，考虑在增程模式，需要保证整车可以满足增程模式最高车速，则发电机功率应满足：

计算后发电机功率P G ≥ 37.5 kW。

（2）发动机参数计算

在发动机的选型匹配中，发动机输出功率除了能够满足发电机需求功率，还应使发动机的高效区间与发电机高效区间尽可能匹配，则发动机功率应满足P E ≥P G。其中，P E 为发动机功率，取P E ≥ 40 kW。

4. 动力总成选型

（1）电机选型

根据已确定的电机参数，最终选择市面已量产的一款电机产品，电机外特性曲线如图1 所示。

（2）减速器选型

通过计算得出减速器速比范围为2.50 ≤i g ≤ 8.02。综合考虑车辆的动力性和能量利用率、电机安装断面结构，结合市面上产品资源，本文设计速比选择7.55。

（3）增程器选型

发动机选型：根据已确定的发动机参数，结合供应商发动机的万有特性曲线，确定功率和转矩与燃油消耗率的最佳区域，最终选定的发动机产品万有特性曲线如图2 所示。发电机选型：根据已确定的发电机参数，结合供应商电机Maping 图，由转速、转矩与电机效率值确定最佳工作范围的Maping 图，如图3 所示。

基于Cruise 仿真验证

AVL-Cruise 软件可以用于车辆动力性仿真，其模块化的建模可使设计者根据不同要求，搭建不同结构的车辆模型。因此，仿真通过Cruise 完成，整车部件通过参数化建模完成，不同部件之间可以通过电气连接或者机械连接实现整车结构仿真，然后将相关信号用总线连接，控制信号与整车反馈信号得以在整车快速通讯。

在整车组件参数设置界面，输入整车结构参数及系统组成部件的基本参数，车辆整车组件参数输入窗口。主要输入参数有车身尺寸、整备质量、满载质量、迎风面积、空气风力系数、轴距、前后轮轮压及重心距前轴距离等。

1. 全负荷加速仿真结果

车辆全负荷百公里加速时间仿真，驱动电机负荷系数设置为1，驱动电机沿着外特性曲线工作，仿真结果如图4 所示。图中分别为车辆加速度、车辆速度、车辆加速行驶距离随仿真时间的变化曲线。在加速初期，驱动电机恒转矩工作，车辆加速度较大，在基速点之后，加速度逐渐减小，速度变化曲线逐渐平缓，百公里加速时间为11.06 s。在加速末时刻由于最高车速的限制，车速不再上升，最高车速为141.6 km/h。因此加速时间及最高速度满足目标设定。

2. 最大爬坡度仿真结果

增程式电动汽车的最大爬坡度通常在驱动电机恒转矩工作时取得，恒功率时爬坡度有所下降，仿真结果如图5 所示。由于只有主减速器， 加速仿真过程中一直为1 档，从图中可以得出在车速为25 km/h时，整车能达到的最大爬坡度为38.67%，符合性能指标中关于爬坡度的要求。

计算匹配后所采用的动力总成参数，通过整车性能仿真模型计算结果， 如表3 所示。通过仿真验算可知，通过计算、选型的动力总成可以满足性能目标要求。因此经过一系列的匹配计算及仿真验算，最终可以确定的动力总成参数，如表4 所示。

结论

（1）本文通过设定增程式电动汽车动力性能目标，对车辆动力系统进行计算匹配，综合考虑汽车运行特性、电机特性和传动效率，得出了一系列合理的理论计算设计方法和选型依据。

（2）在Cruise 软件中对增程式电动汽车的动力经济性进行仿真分析，验证通过计算匹配的动力系统性能可以满足整车对动力性能的要求，最终可以确定增程式电动汽车的动力总成参数。

（3）对增程式电动汽车动力

系统参数匹配的研究，是提高增程式电动汽车整车动力性能和经济性能的重要措施，今后将进一步结合经济性进行探究。