对于混合动力汽车来说,发动机、电机的外特性以及效率Map非常重要,直接影响到整车动力性、经济性的前期仿真匹配以及后期的策略设计。
最近脚主在做iMMD相关的策略仿真,需要发动机和电机相关特性Map,但是一直没找到,只能从一些资料中了解到部分工作点信息,总结如下:
1)发动机峰值功率107kw@6200rpm,最大扭矩175Nm@3500rpm;
2)电机峰值功率135kw,最大扭矩315Nm,最高转速13000rpm;
3)发电机最大功率与发动机相当,也是107kw左右,其他数据没有。
由于发电机主要用于增程发电,对整车动力性基本没有影响,其特性曲线相比电机和发动机重要程度更低一些,所以这里脚主简化处理,直接把135kw的电机Map扭矩衰减一定比例得到发电机Map。
接下来,脚主就根据以上信息自己造一些电机、发动机的特性曲线,为后面的策略仿真准备好基本的弹药。
在造电机外特性Map之前,需要了解电机特性曲线的基本轮廓,如下图。
可以看出:
1)低转速电机恒扭矩,高转速电机恒功率(实际上随着转速继续升高功率会略微下降);
2)最大扭矩转折点一般对应着峰值功率处;
3)中等转速、中等扭矩工作点对应的效率较高,转速、扭矩过高或过低时效率都很差。
根据上面的信息:电机峰值功率135kw,最大扭矩315Nm。可以得到转折点转速为:
N=9550P/N≈4100rpm。
再选择几个高转速的点6000/8000/10000/13000rpm,根据高转速功率略微下降,利用上面公式分别计算其对应分别扭矩为205/150/115/90Nm。这样得到电机外特性的5个参考点,曲线基本形状就有了。
效率Map设计主要是要调整以转速、扭矩为两横坐标,效率为纵坐标的数据,如下图。
具体效率点设计过程分为4步:
1)根据中等转速、中等扭矩对应的效率较高这一特性,先选定绿框对应的最高效率区域;
2)0转速、0扭矩以及超出外特性的区域直接给定最低的效率值(图中红框以外区域全部给定85%);
3)以红框为边界,绿框为中心,向外层扩展,依次减小效率值,如图中黄线所示;
4)画出效率Map,调整不恰当数值点(画效率Map操作可参考之前的文章)。
最后,电机的效率Map及外特性曲线如下图所示。
此处的电机效率指的是电机系统效率,包含了电机本体效率和电机控制器效率。后面进行策略仿真时可以拿这个Map直接进行机械能到电能的转换计算。
同样,在造发动机万有特性Map之前,也需要了解发动机特性曲线的基本轮廓,如下图。
发动机效率的评价指标一般用比油耗。比油耗即燃油消耗率,是指发动机每发出1kw有效功率,在1h内所消耗的燃油质量,单位为g/(kw.h)。
可以看出:
1)发动机转速高于一定转速(1000rpm左右),才能有扭矩输出,随着转速的升高,扭矩先增大后减小;
2)随着转速的增大,最大功率也逐渐增大,转速过高后功率会稍有减小;
3)与电机一样,中等转速、中等扭矩工作点对应的效率较高,转速、扭矩过高或过低时效率都很差。
根据上面的信息:发动机峰值功率107kw@6200rpm,最大扭矩175Nm@3500rpm。可以直接得到发动机对应扭矩曲线的第一个拐点为(3500rpm,175Nm),峰值功率对应的扭矩为:
T=9550P/n=164Nm。
还需要估计一个最大扭矩对应的转速范围,脚主这里拍一个3500-5500rpm对应最大扭矩175Nm。
有了以上3个工作点,发动机的最大扭矩曲线基本确定下来。
与电机类似,燃油消耗率Map设计主要是要调整以转速、扭矩为两横坐标,比油耗为纵坐标的数据,如下图。
基本设计过程与电机一致,以红框为边界,绿框为中心,向外层扩展,依次增大比油耗。
最后,发动机的万有特性曲线如下图所示。
以上,介绍了如何利用经验和简单的数据自己制造电机、发动机特性曲线。
后面的混动策略设计就会基于本文的数据进行,虽然与原版的iMMD有所差异,但整体Map趋势应该是合理的,可以指导脚主的策略设计。
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