【摘 要】现代化城市建设发展需要秉承着可持续发展的原则，而混合动力城市客车设计和制造对生态环境建设有着积极向好的影响。本文首先对串联式混合动力城市客车动力系统参数匹配进行了简单概述；随后分析了混合动力城市客车动力系统的控制模式；最后，重点探究了混合动力城市客车动力系统的仿真设计，旨在为关注这一领域的人士提供一些可行性较高的参考意见。
【关键词】混合动力；城市客车；能量平衡
中图分类号： U463.32 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）10-0077-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.10.034
Analysis of parameter matching and simulation of power system in tandem hybrid city bus.
CHEN Ling-feng
（beiqi foton automobile co.， LTD. Nanhai automobile factory， foshan 528244， guangdong province）
【Abstract】The development of modern city construction needs the principle of sustainable development， and the design and manufacture of hybrid city bus has positive influence on the construction of ecological environment. In this paper， a brief overview of the parameter matching of the power system of the tandem hybrid city bus is presented. Then the control mode of power system of hybrid city bus was analyzed. Finally， the simulation design of hybrid city bus power system is focused on， which aims to provide some Suggestions for people who are interested in this field.
【Key words】Hybrid power； City bus； Energy balance
0 引言
随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，社会各界对于我国城市客车发展十分重视，特别是串联式混合动力城市客车动力参数系统匹配方面的专注度越来越高。传统汽车的运行使用过程中，会对生态环境造成较为严重地污染，阻碍了社会主义和谐社会的建设。如何在这一背景下，探究串联式混合动力城市客车动力系统优化设计方案，降低汽车对空气质量的负面影响，成为了相关领域工作人员的工作重点之一。
1 串联式混合动力城市客车动力系统参数匹配
（1）混合动力城市客车功率参数匹配
在实际的运行过程中，应确保串联式混合动力城市客车所需的总功率与机械传动消耗同运动阻力消耗的功率比例保持一致[1]。因此，可以结合串联式混合动力城市客车的运行需求，建立功率平衡方程如下：
结合功率平衡的方程可以了解到，当串联式混合动力城市客车分别位于最高车速、最短加速时间以及最大爬坡度等不同状态时，汽车的实际功率需求分别为P1、P2、P3。结合串联式混合动力城市客车的最大经济效益和社会效益等角度进行分析可以得出，利用方程式计算出三者当中的最优解。
（2）混合动力城市客车混合边界参数匹配
根据混合度的定义，结合串联式混合动力城市客车的运行需求，可以将串联式混合动力城市客车中各种不同能源的混合程度表示如下：
方程式当中的Pm、Pe分别表示的是混合动力汽车和发动机的额定功率。在计算的过程中，需要结合串联式混合动力城市客车系统电机在峰值状态下的功率，同时与最大的功率变化情况相互参照，选取最大功率的持续输出额定功率进行研究。对串联式混合动力城市客车来说，系统内部各项能源混合程度最大边界值的确定，需要在動力源总功率确定的条件下，对发动机设备最小功率值进行计算，最终得出相应的结果。
2 串联式混合动力城市客车动力系统控制模式
（1）能量平衡控制策略
城市内部的公共交通设施在运行和使用过程中具有线路固定特征，不同的公交运行路线对该线路当中运行汽车的行驶时间、行驶距离、行驶循环、红绿灯数量、十字路口数量等方面都具有决定性作用。通过对车辆道路进行测试分析的方法，可以在同一线路当中不同位置上，对串联式混合动力城市客车的能源消耗情况进行分层管理，最终将不同线路当中的串联式混合动力城市客车运行状态能源消耗情况绘制到统一的图标当中，进而实现系统能量的平衡状态进行控制和管理[2]。
（2）APU功率跟随控制策略
1）蓄电池消耗模式
在高SOC工况的情况下，串联式混合动力城市客车除了在EV模式当中进行运行之外，还能够通过其他方式降低SOC。一般来说，SOC较高的情况下，会使某些线路当中的串联式混合动力城市客车需要依靠大量功率输出的方式稳定运行，进而导致蓄电池处于持续放电的状态，对效率提升产生负面影响。当系统进入到大功率需求的模式时，在高速行驶、爬坡以及急加速等环节中，串联式混合动力城市客车的功率消耗情况会明显高于APU所能够持续提供的功率。此时，蓄电池当中的电量会被迅速消耗。
2）纯电动模式
相对于其他混合动力客车动力系统而言，SHS可以同其他纯电动力车辆保持相同的运行水平。在串联式混合动力城市客车当中，蓄电池会在SOC为0.8左右时，达到最优的放电效率。受到此种特征的影响，串联式混合动力城市客车会在交通最为拥堵或者蓄电池电量充满时优先进入到纯电动的模式。结合蓄电池实际工作状态下的电压水平和城市内部公交线路的实际规划模式，利用GPS车辆获取车辆的位置信息，对车辆的后续路段中的功率进行持续优化设计。
3 串联式混合动力城市客車动力系统仿真设计
（1）仿真软件的选取
结合前文的分析和论述，在对串联式混合动力城市客车动力系统进行仿真设计的工作当中，本文采用了Advanced Vehicle Simulator作为试验基础设备。该项高级汽车仿真器最初是由美国可再生能源研究工作室设计和开发出的仿真模拟软件，在新能源的开发合理利用方面具有十分明显的优势。根据道路循环的需求，采用后向仿真的方法，按照后向路径以及同实际功率的流向相反的策略来进行。在进行设计的过程中，需要从串联式混合动力城市客车车轮的模块到发动机设计模块等多个不同的蓄电池模块进行优化设计。在完成了基本的后向路径计算之后，还可以借助仿真软件，对发动机模块、蓄电池模块以及串联式混合动力城市客车车轮模块等不同的模块，按照前向路径，即运行状态下，功率实际流动的方向，对串联式混合动力城市客车系统中，当前部件可以对下一级部件提供的扭矩和速度进行计算。本文选择的仿真软件在试验的环节中，主要采取了后向仿真设计方法，将前向仿真设计方法作为辅助。此种模式下，有利于优化仿真计算的工作量降低，同时确保仿真结果的精准程度[3]。
（2）仿真设计重点环节
仿真模型的建立是仿真设计试验中的重点环节。在对串联式混合动力城市客车动力系统进行仿真测试的过程中，需要建立匹配度更高的模型，综合运用控制策略、主驱动系统、整车模型等多项要素。在对控制模型进行输入的环节中，工作人员需要对串联式混合动力城市客车当中的动力系统能量使用情况进行优化设计，确保不同的客车设计得到最优的能源节约效果。由于串联式混合动力城市客车内部的发动机和驱动设备之间不具备机械连接，所以发动机设备可以独立于客车的行驶状况独立工作，受到车辆实际运行状况的影响较低。此外，在对功率进行仿真设时，同样也需要应用到ADVISOR软件，将车辆在不同运行状态下的功率需求输入到系统当中，结合控制策略的标准进行分析和决策。当串联式混合动力城市客车的发动机处于开启状态时，系统会决定发动机是否持续保持开启状态，维持设备始终处于最优的工况当中。
（3）仿真设计结果分析
利用ADVISOR仿真设计软件，可以对串联式混合动力城市客车的动力系统参数匹配情况进行优化设计。同时，根据系统的软件匹配情况对整车的性能进行优化分析，将得出的数据结果输入到经验公式当中进行计算，提升仿真设计结果的可靠性。根据计算结果可以得出，串联式混合动力城市客车的动力系统在最大爬坡度以及短时加速等方面都具有十分明显的优势。此外，在燃油消耗方面，他不用的情况下所得出的耗油量和尾气排放情况等，都基本保持一致。仿真软件设计出的结果中，发动机和发电机的最大功率都明显降低，同时电池的节数也呈现出了下降的趋势。串联式混合动力城市客车不同的系统结构会对其运行使用过程中的性能产生不同程度的影响。相比之下，新型串联式混合动力城市课程在能耗、动力等方面具有十分明显的优势，为我国环保事业的开展做出了很大贡献，这为我国可持续发展战略的实施创造了基础条件。
4 总结
针对目前国内汽车尾气排放污染较为严重的问题，积极探索出更加合理有效的混合动力城市客车动力系统显得尤为重要。相关领域的工作人员需要全面拓宽设计研发思路，以更加合理有效的制造方案，推动串联式混合动力城市客车动力系统的生产水平的全面提升。在实际的工作当中，技术团队需要遵循能量平衡与控制策略，合理选择仿真设计软件，为国内串联式混合动力城市客车设计制造作出积极贡献。
【参考文献】
[1]吴海波，李惠林，李一鸣.基于混合度的气电混合动力客车动力参数设计[J].制造业自动化，2015，37（16）：117-119.
[2]雷良育，张培培，赵大旭.混联式混合动力城市客车动力系统的匹配及控制策略研究[J].中国机械工程，2011，22（08）：984-988+993.
[3]舒红宇，陈齐平，代幼文.天然气混合动力城市客车动力系统的设计与开发[J].重庆大学学报，2012，35（02）：112-117.
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