王 波

（黑龙江农业工程职业学院汽车学院，哈尔滨 150088）

随着各国对节能和环保问题的重视，各大汽车公司近年来推出了更多的混合动力车型，这些混合动力汽车多数采用的是混联式混合动力系统，且这种混联式混合动力车型中，多数都应用了行星齿轮机构作为动力耦合的核心装置——EVT。然而，这种装置应用于动力耦合功能在1960～1980年之间就早已得到广泛的应用［1－3］。随着混合动力技术的日益成熟，这种装置也得到了更广泛的应用［4－6］，雷克萨斯GS450h便是应用了行星齿轮机构二代（THSⅡ）作为动力耦合的核心装置［7－10］。本文将通过仿真分析GS450h的动力性和经济性。

1 模型的建立

为了在ADVISOR里仿真GS450h的动力性和经济性，要先对GS450h建立整车模型。

THSⅡ的数学模型如下:

由公式 （2）、（3）可得:

根据转速的关系可以得到扭矩的关系式，然后在此数学模型基础上建立出GS450h的整车模块，如图1～图3所示，分别为GS450h车辆的顶层模块以及THSⅡ的局部模块和控制模块。

利用该模型，输入整车参数，便可以在ADVISOR里对GS450h车进行各个性能的仿真，得到仿真数据，并处理分析。

2 GS450h的仿真及验证

下面将利用GS450h的实际整车参数来仿真GS450h本身的性能，并和实际试验数据进行对照来验证该模型的可用性和精准性。

（1）GS450h的系统参数。GS450h这款具有更强动力性能的配备THSⅡ的混合动力汽车，它所选用的动力源和相应配备都较之前有一定程度的改进，见表1～表3为Lexus GS450h的系统参数。

图1 GS450h车的顶层模块Fig.1 Top module of GS450h

图2 THSⅡ的局部Simulink模块Fig.2 Local simulink module of THS II

图3 THSⅡ的控制模块Fig.3 Control module of THS Ⅱ

表1 LEXUS GS450h的发动机参数Tab.1 Engine parameters of LEXUS GS450h

表2 LEXUS GS450h的电机参数Tab.2 Motor parameters of LEXUS GS450h

表3 LEXUS GS450h的电池参数Tab.3 Battery parameters of LEXUS GS450h

（2）GS450h的动力性仿真验证。在ADVISOR软件里选择极限加速工况和低速爬坡工况来仿真GS450h的加速性和爬坡性，仿真结果与试验值见表4。

表4 GS450h的动力性仿真值与试验值Tab.4 Simulation value and experimental value of GS450h dynamic performance

在极限加速和低速爬坡时的扭矩输出曲线分别如图4和图5所示。

图4 GS450h极限加速过程Fig 4 Limit acceleration process for GS450h

图5 GS450h低速爬坡过程Fig.5 Low－speed climbing process for GS450h

由以上结果可以看出，该模型在ADVISOR软件里的仿真结果基本与试验值十分接近，具有很强的可用性，因此可以利用此模型做更广泛的应用和改善。

（3）GS450h的燃油经济性仿真验证。为了更详细的仿真燃油经济性，选择了多种不同工况进行运行仿真，选择了欧洲ECE工况、欧洲NEDC工况（B－NEDC）、日本1015工况（C－1015）和美国UDDS工况（D－UDDS）作为车辆燃油分析的循环工况，GS450h燃油经济性仿真结果见表5，仿真平均值为7.125L/100km，试验值为 8.1L/100km，吻合度为90%。

图6 ECE工况里GS450h的发动机工作点图Fig.6 Engine operating point in ECE

由以上结果可以看出，该模型在ADVISOR软件里的仿真结果基本与试验值基本接近，偏差较小，说明该模型比较精准。

表5 GS450h的燃油经济性仿真值Tab.5 Simulation value and experimental value of GS450h economy performance

由仿真结果可知，GS450h的燃油经济性的仿真值与试验值基本一致，接近度达到近90%。而且GS450h的燃油试验值仅为8.1L/100km，取得了非常好的燃油效果。在ECE工况仿真过程中，输出发动机工作点图和电机工作点图，如图6和图7所示。

图7 ECE工况里GS450h的电机工作点图Fig.7 Motor operating point in ECE

3 结束语

GS450h能将油耗轻易控制在10L/100km以内，大约为8.1L/100km。它具有4.5LV8发动机的动力性能，却能实现2.0LV4发动机的燃油经济性。这正是THSⅡ系统所能表现出的超惊人的先进技术，实现了混合动力车的燃油经济性与动力性的双方面的提高。

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［1］Livezey W G.Input－split－power，output－split－power，compound－splitpower，power－train［P］.US:A 3，470，769，1969.

［2］Beachley N H，Frank A A.Control considerations for a flywheel hybrid automobile with a mechanical continuously variable transmission［R］.Scottsdale，AZ:US DOE，AS ME and LLNL，1980.

［3］Besel G，Hou E.Flywheel energy accumulators for city buses－steel and composite design［R］.Scottsdale，AZ:US DOE，AS ME and LLNL，1980.

［4］Wohl R，Long T，Mucino V，et al.A model for a planetary CVT mechanism:analysis and synthesis［R］.Detroit:Society of Automotive Engineers，1993.

［5］Abe S，Sasaki S，Matsui H，et al.Development of hybrid system for mass productive passenger car［A］.Proceedings of JSAE［C］.paper JSAE，1997:25 －28.

［6］Sasaki S.Toyota′s newly developed hybrid powertrain［A］.Proceedings of the 1998 IEEE 10th International Symposium on Power Semiconductor Devices ＆ ICs［C］.Kyoto，Japan，1998:17 － 22.

［7］于永涛.混联式混合动力车辆优化设计与控制［D］.长春:吉林大学，2010.

［8］杨妙梁.丰田 Estima混合动力装置.［J］.汽车与配件，2002（17）:25～29.

［9］张忠强，强添纲.基于CHEMKIN的E102醇汽油的燃烧模拟研究［J］.森林工程，2012，28（2）:58 －60.

［10］杨妙梁.丰田Alphard混合动力小型厢式车.［J］.上海汽车，2004（3）:44－45.