1.2.4 车辆模型构建及性能设计

理解车辆的构型，是对驱动单元、传动系统、储能系统和高压电系统进行模型构建，以及分析由这些模型组成的整车模型性能的基础。

1.车辆构型

车辆按照驱动系统的类别可以分为内燃机（ICE）汽车、纯电动汽车（BEV）、混合动力电动汽车（HEV）［包括插电式混合动力电动汽车（PHEV）］、氢燃料电池电动汽车等。图1-11所示为一些车型的基本构型。

通过分析车辆的构型，可以得到整车模型包含的组成元件、各元件之间的关系、整车模型的运行模式，进而定义使整车模型性能最优的各组成元件的设计原则。

（1）内燃机（ICE）汽车 内燃机汽车的构型较为简单，内燃机是唯一的动力源，其组件布置如图1-12所示。

ICE车型的工作模式有两种，即驱动和内燃机制动。车辆驱动时，上述传动链的动力由内燃机通过传动系统最终传递到驱动轮；车辆滑行或制动时，道路阻力通过驱动轮、传动系统最终传递到内燃机，内燃机产生倒拖转矩，即内燃机制动。

（2）纯电动汽车（BEV） 纯电动汽车的构型较为简单，电机是唯一的动力源，其组件布置如图1-13所示。

BEV车型的工作模式有两种，即电动和能量回收。车辆驱动时，上述传动链的动力由电机通过传动系统最终传递到驱动轮，此时电机的功能为电动，动力蓄电池放电；车辆滑行或制动时，道路阻力通过驱动轮、传动系统最终传递到电机，在满足能量回收策略要求的前提下，电机产生回馈转矩，此时电机的功能为发电，为动力蓄电池充电。

（3）混合动力电动汽车（HEV） 混合动力电动汽车的优点是在满足日益严格的排放标准和驾驶质量需求提升的前提下显著提高汽车的燃油经济性。混合动力电动汽车结构复杂，驱动单元与传动系统控制有两种基本结构，其要求较高，而且这些控制过程通常是非线性的、参数变化迅速且在不确定和变化的环境下进行操作的，对于控制策略的合理性和鲁棒性有极高的要求。混合动力电动汽车基本上分为串联式、并联式和串并联混联式。

1）串联式HEV。串联式HEV中，电动机是唯一的动力源，内燃机驱动发电机发电，将电能储存于动力蓄电池中或者为电动机直接提供电能，动力蓄电池储存电能以驱动电动机，为车辆提供驱动力。其组件布置如图1-14所示。

串联式HEV的工作模式有三种：电动、发电、能量回收。

① 电动。当动力蓄电池的荷电状态满足驱动要求时，电动机驱动车辆行驶。

② 发电。当动力蓄电池的荷电状态不满足驱动要求时，内燃机驱动发电机发电，为动力蓄电池补充电能。

③ 能量回收。车辆滑行或制动时，道路阻力通过车轮最终传递到电机，在满足能量回收策略要求的前提下，电机产生回馈转矩，此时电机的功能为发电，动力蓄电池充电。

串联式HEV具有以下优点：

① 内燃机-发电机组的布置位置灵活。

② 传动系统简单。

③ 适用于需频繁起停的短途行驶。

串联式HEV具有以下缺点：

① 驱动系统需要3个组件：内燃机、发电机和电动机，这些组件均需为满足车辆的长距离、高速度行驶设计最高功率，成本较高。

② 仅有电动机驱动车辆，为满足车辆的需求，电动机要满足较大的功率要求（类似于BEV）。

2）并联式HEV。并联式HEV有多个动力源：一个内燃机和若干个电机。在并联式HEV中，内燃机和电机通过一个转矩耦合装置将两部分的转矩耦合。其组件布置如图1-15所示。

根据电机在动力传动链上的布置位置，可以将并联结构分为以下几种类型：

① P0。电机通过传动带与内燃机曲轴相连，这种方式一般称为BSG，因混合度较低，也被称为微混。

② P1。电机与内燃机曲轴相连，位于离合器之前，在原本飞轮的位置上，这种方式一般称为ISG，因混合度较低，也是微混的一种。

③ P2。电机与变速器输入轴相连，在离合器之后。P2以上的构型，混合度较高，被称为强混。

④ P2.5。电机与变速器输入轴高度集成，可通过策略实现P2或P3的功能。

⑤ P3。电机的主减速器与变速器输出轴相连。

⑥ P4。电机的主减速器与驱动半轴相连。

并联式HEV具有以下优点：

① 驱动系统较串联式少，包括内燃机和电机，电机既可以作为电动机，也可以作为发电机。

② 内燃机和电机的功率可以设计得较小，两者并行运行为车辆提供其所需的全部功率。

并联式HEV具有缺点：

① 控制策略复杂，需要针对内燃机和电机进行功率分配。

② 内燃机和电机的功率耦合装置结构复杂。

3）串并联混联式HEV。串并联混联式结构结合了串联式和并联式结构的优点，可以工作在串联、并联和功率分配三种模式下。串并联混联式结构的控制策略有很大的灵活性，能够获得更好的动力性和燃油经济性。其组件布置如图1-16所示。

插电式混合动力电动汽车（PHEV）与一般的混合动力电动汽车（HEV）构型类似，只是比HEV多了可以与电网连接的充电接口。

串联式PHEV一般被称为增程式混合动力电动汽车（REEV），其组件布置如图1-17所示。

并联式PHEV的组件布置如图1-18所示。

2.车辆模型的构建

Vehicle模块是Cruise仿真模型中最重要的模块之一。它包含了车辆的尺寸、质量、质心等基本参数，以及车辆行驶道路阻力和冷起动修正参数等必要参数。

（1）基本参数 Vehicle模块的基本参数见表1-4。

（2）车辆行驶道路阻力系数 车辆行驶道路阻力系数设定见表1-5。这组系数是计算车辆行驶道路阻力的必要参数。

（3）冷起动修正参数 在内燃机处于冷态时，平均摩擦压力较高，且排放标定过程中为了在冷态下减少部分排放物而调整喷油参数，导致发动机多喷油，此时内燃机具有较高的燃油消耗率。为此，可以通过冷起动修正参数来修正循环工况下的实际油耗。如果激活了冷起动修正功能，则实际燃油消耗将始终乘以该冷起动修正系数。图1-19所示为自动变速车型NEDC工况下的冷起动修正系数建议值。