一种电—气串联混合动力客车动力系统的方案设计

式中，Tm为电动机转矩，N·m；nm为电动机转速，r/min；Fi、Fw、Fj分别为整车的坡度阻力、空气阻力、滚动阻力和加速阻力，N；Rr为车轮滚动半径，m；ig、io分别为变速器和主减速器的速比；ηT为传动效率。

选择电动机转速在2000r/min以下，720 N·m恒转矩及电动机转速在2 000 r/min以上，150 kW恒功率线包络图3中的工况点，可以据此选取电动机的外特性参数。

通过计算电动机工作工况点，还可以得到电动机驱动转矩及功率响应速度。城市公交循环要求：电动机的转矩上升速度不低于566N·m/s，下降速度不低于588N·m/s；电动机驱动功率上升速度不低于104kW/s，下降速度不低于128kW/s，，

对于电动机工作高效区的选择，引人平均驱动能量的概念，即单位里程内电动机在一定工作区域内的驱动能量：

式中，Ev为平均驱动能量kJ/km ；Pmotor，k为电动机在各区域内驱动能量，kJ；S为电动机在各区域内的行驶路程，km。

经计算，电动机在各工作区域内的平均驱动能量如图4所示。

根据计算得到的电动机在各工作区域的平均驱动能量，选择在平均驱动能量高区域内具有较高驱动效率的电动机，由此提高整个循环内的电动机驱动效率和整车经济性。

同理，可以根据城市公交驾驶循环和制动能量回馈的需要，选择电动机制动状态的相应参数。经过计算，选择了株洲所的JD14X2交流异步电动机，其额定功率为100kW，峰值功率为150kW，转速在1000 r/min以下时转矩达1000 N·m，为提高整车爬坡性能和加速性能留有裕量。

4.2APU参数选择

APU的经济性和排放性直接决定了整车的经济性和排放性。由于APU与传动系统没有直接机械连接，因此APU的工作转速可以自由选取，只需选择APU的发电功率即可。假设电动机需要的电能全部由APU提供，则计算得到的APU不同发电功率段发电能量的分布如图5所示，APU的平均发电功率（循环总发电功率除以循环驱动过程总时间）为38.9 kW。

从图5可看出，APU的发电能量大部分分布在2070 kW功率范围内。由于APU发出的电能经蓄电池储存再输出是一个低效的过程，因此应尽量使APU发出的电能直接供给电动机驱动，这就要求APU在图5中能量分布较高的区间（20～70kW）里的发电效率尽可能高且排放性良好。

本文选择的是4CT180 CNC发动机，配备UC224G三相交流同步发电机。发电机转速在1500r/min时的额定功率为68kW；转速在1800r/min时的额定功率为78kW。采用三相全波不可控整流器，功率范围为10～120kW。