大數(shù)據(jù)平臺(tái)下的新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)選型參考

劉順平，潘圣臨，胡志剛，于榮楓，張世偉

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大數(shù)據(jù)平臺(tái)下的新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)選型參考

劉順平，潘圣臨，胡志剛，于榮楓，張世偉

（哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，黑龍江 哈爾濱 150060）

基于東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司統(tǒng)計(jì)開(kāi)發(fā)的“新能源乘用車車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)”，文章統(tǒng)計(jì)了自《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》實(shí)施以來(lái)發(fā)布的600余款新能源乘用車，該數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)了涵蓋插電式混合動(dòng)力、混合動(dòng)力和純電動(dòng)乘用車的軸距、整備質(zhì)量和動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)等信息，通過(guò)功率和扭矩質(zhì)量比的計(jì)算，在進(jìn)行新能源汽車新品項(xiàng)目開(kāi)發(fā)時(shí)，合理的運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行選型，使新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的選型合理化。

數(shù)據(jù)庫(kù)；新能源；混合動(dòng)力系統(tǒng)

引言

汽車產(chǎn)業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其研發(fā)制造能力被列入我國(guó)“工業(yè)4.0”規(guī)劃。近年來(lái)，國(guó)務(wù)院、工信部相繼出臺(tái)方向性文件，為新能源汽車引航鋪路[1]，在《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中對(duì)新能源汽車普及時(shí)間做出了具體規(guī)劃：到2025年，新能源汽車骨干企業(yè)在全球的影響力和市場(chǎng)份額進(jìn)一步提升。

為了及時(shí)了解產(chǎn)業(yè)動(dòng)向，掌握新能源汽車市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司新能源科對(duì)新能源乘用車數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)整理，應(yīng)用EXCEL平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了“新能源乘用車車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)”。

基于該數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以得出新能源汽車的實(shí)際功率質(zhì)量比，并使用此參數(shù)制成的圖表進(jìn)行新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)選型。

1 車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

在政策的推進(jìn)下，我國(guó)的新能源汽車產(chǎn)業(yè)已初具規(guī)模，以此為背景，東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司建立了新能源車型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。其過(guò)程如圖1所示。

該數(shù)據(jù)庫(kù)的初始數(shù)據(jù)主要來(lái)源為工信部公布的新能源汽車推廣應(yīng)用目錄、中國(guó)專用汽車網(wǎng)等。通過(guò)對(duì)初始數(shù)據(jù)的整理，形成總表。在Microsoft office Excel平臺(tái)中使用Visual Basic語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入后分表的自動(dòng)更新、數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理和圖形的自動(dòng)輸出。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)庫(kù)按照EV(純電動(dòng)汽車)、HEV(混合動(dòng)力汽車)、PHEV(插電式混合動(dòng)力汽車)將總表分為了三個(gè)分表，在此基礎(chǔ)上對(duì)功率質(zhì)量比、新能源汽車獲得的積分情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖形化處理。

2 混合動(dòng)力乘用車功率質(zhì)量比

混合動(dòng)力乘用車具備汽油和電氣兩種動(dòng)力源，其設(shè)計(jì)和匹配的合理性將直接影響到整車的動(dòng)力性、油耗和排放等。因此，在混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的選型至關(guān)重要。

在并混合動(dòng)力系統(tǒng)中，假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為Pe，電機(jī)的最大功率為P0，則整車各工況行駛所需的最大功率Pmax應(yīng)滿足：

在已知最高車速和整備質(zhì)量的前提下，Pmax應(yīng)不小于汽車以最高車速行駛時(shí)的行駛阻力功率之和[2]，即：

表1 符號(hào)說(shuō)明

可由式（1）和式（2）求得混合動(dòng)力汽車的功率質(zhì)量比（kW/t）為：

上式中，左式為實(shí)際功率質(zhì)量比，右式為理論功率質(zhì)量比。其中Pe、P0、m和umax為數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，與實(shí)際車型一一對(duì)應(yīng)；對(duì)于使用有級(jí)機(jī)械變速器轎車而言，T范圍為0.9～0.92，在本文中，T取最小值0.9；g取9.8 m/s2；在路質(zhì)優(yōu)良的瀝青路面上，轎車的滾動(dòng)阻力系數(shù)為f =0.0116+ 0.0000142v[3]；轎車的典型空氣阻力系數(shù)為0.30～0.41，在本文中，CD取最大值0.41；轎車的典型迎風(fēng)面積為1.7～2.1m2，在本文中，A取最大值2.1 m2。

圖2 功率質(zhì)量比對(duì)比

圖2為數(shù)據(jù)庫(kù)中插電式混合動(dòng)力汽車?yán)碚摴β寿|(zhì)量比和實(shí)際功率質(zhì)量比比較，滿足公式(3)中二者的關(guān)系；由于在動(dòng)力總成設(shè)計(jì)過(guò)程除最高車速外還應(yīng)考慮加速和爬坡性能，因此實(shí)際功率質(zhì)量比略高于理論功率質(zhì)量比。

3 動(dòng)力系統(tǒng)選型

利用數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，將新能源汽車實(shí)際功率質(zhì)量比與整備質(zhì)量、最高車速、百公里加速等動(dòng)力因素制成散點(diǎn)圖；由于不同車型性能偏差較大，統(tǒng)計(jì)結(jié)果不能直接用來(lái)作為選型分析的數(shù)據(jù)，因此計(jì)算出線性回歸線，以此為基準(zhǔn)做出回歸上下限，以該區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為動(dòng)力系統(tǒng)選型參考點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 功率質(zhì)量比散點(diǎn)圖

以一款車廠要求整備質(zhì)量為1600kg、最高車速150km/h、百公里加速10s的新能源汽車為例。

依據(jù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)選型時(shí)，在散點(diǎn)圖中以整備質(zhì)量1600kg±100、最高車速150km/h±10和百公里加速10s±2為區(qū)間，對(duì)應(yīng)的實(shí)際功率質(zhì)量比區(qū)間分別為（36.42, 119.27）、（48.98，96.30）和（58.22，110.08）。取三者交集，功率質(zhì)量比應(yīng)在區(qū)間（58.22,96.30）。

圖4 動(dòng)力系統(tǒng)選型

為滿足整車的最高車速要求，按照公式2計(jì)算其總功率應(yīng)不小于53kW。為滿足整車的加速性能要求，按照公式4計(jì)算，其中t為百公里加速時(shí)間為10s，u為加速過(guò)程結(jié)束時(shí)的車速為100km/h，為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)化系數(shù)，取1，計(jì)算結(jié)果其總功率不小于150kW。綜上所述，按照理論法計(jì)算，P為150kW，其理論功率質(zhì)量比為93.85，位于區(qū)間內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的新能源汽車仍處于起步階段，其動(dòng)力系統(tǒng)的選型是開(kāi)發(fā)過(guò)程中的核心工作。基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)下功率質(zhì)量比這一數(shù)據(jù)的動(dòng)力系統(tǒng)選型，使系統(tǒng)的選型更加合理化，以某車廠需求為例給出了功率質(zhì)量比區(qū)間（58.22,96.30），且通過(guò)了理論值驗(yàn)證。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院.節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012- 2020年) [Z/OL].

[2] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006,5.

[3] 張學(xué)利,何勇.汽車動(dòng)力性檢測(cè)中的滾動(dòng)阻力[J].

New Energy Vehicle Power System Selection Reference Under Big Data Platform

Liu Shunpin, Pan Shenglin, Hu Zhigang, Yu Rongfeng, Zhang Shiwei

（Center of Technology, Harbin DongAn Automotive Engine Manufacturing Co., Ltd, Heilongjiang Harbin 150060）

Based on the "New Energy Passenger Car Model Parameters Database" developed by DAE, this article counts over 600 models of new energy passenger vehicles that have been released since the implementation of the《Recommended Car Model List for Promotion and Application of New Energy Vehicles》.The database includes statistics on wheelbase, trim quality and power system parameters of plug-in hybrid, hybrid and pure electric passenger cars. Through the calculation of power and torque mass ratios,In the development of new energy vehicle new product projects, a rational use of database for the selection of powertrain systems will rationalize the selection of new energy vehicle powertrains.

database; new energy; hybrid power system

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.010

U469.7

A

1671-7988(2019)10-27-03

U469.7

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1671-7988(2019)10-27-03

劉順平（1988-），男，工程師，本科，就職于哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司技術(shù)中心，從事發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)研究工作。