1.2.4 車輛模型構建及性能設計

理解車輛的構型，是對驅動單元、傳動系統、儲能系統和高壓電系統進行模型構建，以及分析由這些模型組成的整車模型性能的基礎。

1.車輛構型

車輛按照驅動系統的類別可以分為內燃機（ICE）汽車、純電動汽車（BEV）、混合動力電動汽車（HEV）［包括插電式混合動力電動汽車（PHEV）］、氫燃料電池電動汽車等。圖1-11所示為一些車型的基本構型。

通過分析車輛的構型，可以得到整車模型包含的組成元件、各元件之間的關系、整車模型的運行模式，進而定義使整車模型性能最優的各組成元件的設計原則。

（1）內燃機（ICE）汽車 內燃機汽車的構型較為簡單，內燃機是唯一的動力源，其組件布置如圖1-12所示。

ICE車型的工作模式有兩種，即驅動和內燃機制動。車輛驅動時，上述傳動鏈的動力由內燃機通過傳動系統最終傳遞到驅動輪；車輛滑行或制動時，道路阻力通過驅動輪、傳動系統最終傳遞到內燃機，內燃機產生倒拖轉矩，即內燃機制動。

（2）純電動汽車（BEV） 純電動汽車的構型較為簡單，電機是唯一的動力源，其組件布置如圖1-13所示。

BEV車型的工作模式有兩種，即電動和能量回收。車輛驅動時，上述傳動鏈的動力由電機通過傳動系統最終傳遞到驅動輪，此時電機的功能為電動，動力蓄電池放電；車輛滑行或制動時，道路阻力通過驅動輪、傳動系統最終傳遞到電機，在滿足能量回收策略要求的前提下，電機產生回饋轉矩，此時電機的功能為發電，為動力蓄電池充電。

（3）混合動力電動汽車（HEV） 混合動力電動汽車的優點是在滿足日益嚴格的排放標準和駕駛質量需求提升的前提下顯著提高汽車的燃油經濟性。混合動力電動汽車結構復雜，驅動單元與傳動系統控制有兩種基本結構，其要求較高，而且這些控制過程通常是非線性的、參數變化迅速且在不確定和變化的環境下進行操作的，對于控制策略的合理性和魯棒性有極高的要求。混合動力電動汽車基本上分為串聯式、并聯式和串并聯混聯式。

1）串聯式HEV。串聯式HEV中，電動機是唯一的動力源，內燃機驅動發電機發電，將電能儲存于動力蓄電池中或者為電動機直接提供電能，動力蓄電池儲存電能以驅動電動機，為車輛提供驅動力。其組件布置如圖1-14所示。

串聯式HEV的工作模式有三種：電動、發電、能量回收。

① 電動。當動力蓄電池的荷電狀態滿足驅動要求時，電動機驅動車輛行駛。

② 發電。當動力蓄電池的荷電狀態不滿足驅動要求時，內燃機驅動發電機發電，為動力蓄電池補充電能。

③ 能量回收。車輛滑行或制動時，道路阻力通過車輪最終傳遞到電機，在滿足能量回收策略要求的前提下，電機產生回饋轉矩，此時電機的功能為發電，動力蓄電池充電。

串聯式HEV具有以下優點：

① 內燃機-發電機組的布置位置靈活。

② 傳動系統簡單。

③ 適用于需頻繁起停的短途行駛。

串聯式HEV具有以下缺點：

① 驅動系統需要3個組件：內燃機、發電機和電動機，這些組件均需為滿足車輛的長距離、高速度行駛設計最高功率，成本較高。

② 僅有電動機驅動車輛，為滿足車輛的需求，電動機要滿足較大的功率要求（類似于BEV）。

2）并聯式HEV。并聯式HEV有多個動力源：一個內燃機和若干個電機。在并聯式HEV中，內燃機和電機通過一個轉矩耦合裝置將兩部分的轉矩耦合。其組件布置如圖1-15所示。

根據電機在動力傳動鏈上的布置位置，可以將并聯結構分為以下幾種類型：

① P0。電機通過傳動帶與內燃機曲軸相連，這種方式一般稱為BSG，因混合度較低，也被稱為微混。

② P1。電機與內燃機曲軸相連，位于離合器之前，在原本飛輪的位置上，這種方式一般稱為ISG，因混合度較低，也是微混的一種。

③ P2。電機與變速器輸入軸相連，在離合器之后。P2以上的構型，混合度較高，被稱為強混。

④ P2.5。電機與變速器輸入軸高度集成，可通過策略實現P2或P3的功能。

⑤ P3。電機的主減速器與變速器輸出軸相連。

⑥ P4。電機的主減速器與驅動半軸相連。

并聯式HEV具有以下優點：

① 驅動系統較串聯式少，包括內燃機和電機，電機既可以作為電動機，也可以作為發電機。

② 內燃機和電機的功率可以設計得較小，兩者并行運行為車輛提供其所需的全部功率。

并聯式HEV具有缺點：

① 控制策略復雜，需要針對內燃機和電機進行功率分配。

② 內燃機和電機的功率耦合裝置結構復雜。

3）串并聯混聯式HEV。串并聯混聯式結構結合了串聯式和并聯式結構的優點，可以工作在串聯、并聯和功率分配三種模式下。串并聯混聯式結構的控制策略有很大的靈活性，能夠獲得更好的動力性和燃油經濟性。其組件布置如圖1-16所示。

插電式混合動力電動汽車（PHEV）與一般的混合動力電動汽車（HEV）構型類似，只是比HEV多了可以與電網連接的充電接口。

串聯式PHEV一般被稱為增程式混合動力電動汽車（REEV），其組件布置如圖1-17所示。

并聯式PHEV的組件布置如圖1-18所示。

2.車輛模型的構建

Vehicle模塊是Cruise仿真模型中最重要的模塊之一。它包含了車輛的尺寸、質量、質心等基本參數，以及車輛行駛道路阻力和冷起動修正參數等必要參數。

（1）基本參數 Vehicle模塊的基本參數見表1-4。

（2）車輛行駛道路阻力系數 車輛行駛道路阻力系數設定見表1-5。這組系數是計算車輛行駛道路阻力的必要參數。

（3）冷起動修正參數 在內燃機處于冷態時，平均摩擦壓力較高，且排放標定過程中為了在冷態下減少部分排放物而調整噴油參數，導致發動機多噴油，此時內燃機具有較高的燃油消耗率。為此，可以通過冷起動修正參數來修正循環工況下的實際油耗。如果激活了冷起動修正功能，則實際燃油消耗將始終乘以該冷起動修正系數。圖1-19所示為自動變速車型NEDC工況下的冷起動修正系數建議值。