一種電—氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)動(dòng)力系統的方案設計

式中，Tm為電動(dòng)機轉矩，N·m；nm為電動(dòng)機轉速，r/min；Fi、Fw、Fj分別為整車(chē)的坡度阻力、空氣阻力、滾動(dòng)阻力和加速阻力，N；Rr為車(chē)輪滾動(dòng)半徑，m；ig、io分別為變速器和主減速器的速比；ηT為傳動(dòng)效率。

選擇電動(dòng)機轉速在2000r/min以下，720 N·m恒轉矩及電動(dòng)機轉速在2 000 r/min以上，150 kW恒功率線(xiàn)包絡(luò )圖3中的工況點(diǎn)，可以據此選取電動(dòng)機的外特性參數。

通過(guò)計算電動(dòng)機工作工況點(diǎn)，還可以得到電動(dòng)機驅動(dòng)轉矩及功率響應速度。城市公交循環(huán)要求：電動(dòng)機的轉矩上升速度不低于566N·m/s，下降速度不低于588N·m/s；電動(dòng)機驅動(dòng)功率上升速度不低于104kW/s，下降速度不低于128kW/s，，

對于電動(dòng)機工作高效區的選擇，引人平均驅動(dòng)能量的概念，即單位里程內電動(dòng)機在一定工作區域內的驅動(dòng)能量：

式中，Ev為平均驅動(dòng)能量kJ/km ；Pmotor，k為電動(dòng)機在各區域內驅動(dòng)能量，kJ；S為電動(dòng)機在各區域內的行駛路程，km。

經(jīng)計算，電動(dòng)機在各工作區域內的平均驅動(dòng)能量如圖4所示。

根據計算得到的電動(dòng)機在各工作區域的平均驅動(dòng)能量，選擇在平均驅動(dòng)能量高區域內具有較高驅動(dòng)效率的電動(dòng)機，由此提高整個(gè)循環(huán)內的電動(dòng)機驅動(dòng)效率和整車(chē)經(jīng)濟性。

同理，可以根據城市公交駕駛循環(huán)和制動(dòng)能量回饋的需要，選擇電動(dòng)機制動(dòng)狀態(tài)的相應參數。經(jīng)過(guò)計算，選擇了株洲所的JD14X2交流異步電動(dòng)機，其額定功率為100kW，峰值功率為150kW，轉速在1000 r/min以下時(shí)轉矩達1000 N·m，為提高整車(chē)爬坡性能和加速性能留有裕量。

4.2 APU參數選擇

APU的經(jīng)濟性和排放性直接決定了整車(chē)的經(jīng)濟性和排放性。由于APU與傳動(dòng)系統沒(méi)有直接機械連接，因此APU的工作轉速可以自由選取，只需選擇APU的發(fā)電功率即可。假設電動(dòng)機需要的電能全部由APU提供，則計算得到的APU不同發(fā)電功率段發(fā)電能量的分布如圖5所示，APU的平均發(fā)電功率（循環(huán)總發(fā)電功率除以循環(huán)驅動(dòng)過(guò)程總時(shí)間）為38.9 kW。

從圖5可看出，APU的發(fā)電能量大部分分布在2070 kW功率范圍內。由于A(yíng)PU發(fā)出的電能經(jīng)蓄電池儲存再輸出是一個(gè)低效的過(guò)程，因此應盡量使APU發(fā)出的電能直接供給電動(dòng)機驅動(dòng)，這就要求APU在圖5中能量分布較高的區間（20～70kW）里的發(fā)電效率盡可能高且排放性良好。

本文選擇的是4CT180 CNC發(fā)動(dòng)機，配備UC224G三相交流同步發(fā)電機。發(fā)電機轉速在1500r/min時(shí)的額定功率為68kW；轉速在1800r/min時(shí)的額定功率為78kW。采用三相全波不可控整流器，功率范圍為10～120kW。