純電動還是混合動力？一直是業內爭議不斷的話題……今年四月份大學生方程式大賽奧地利站、匈牙利站、捷克站等五國組委會共同發布了混合動力大學生方程式的技術規則，而在剛剛過去的十月份，德國站也正式將混合動力部分寫進了世界大學生方程式規則中。

本期強強對話中，我們邀請了來自中國汽車工程學會、中國大學生方程式系列賽事組委會的技術官鄭浩，結合他在大學生方程式大賽德國賽中的所見所聞和他自己的車隊經歷，談一談混合動力大學生方程式的設計思路。

鄭浩畢業于武漢理工大學，大一時就加入了武漢理工大學燃油方程式車隊，之后到大四在車隊中先后負責傳動、轉向、商業組的工作。他在本科畢業設計階段完成了基于并聯混合動力系統的能量管理及整車動力控制策略研究，獲得了校級優秀的好成績；畢業后入職中國汽車工程學會，擔任中國大學生方程式系列賽事組委會的技術官，負責車隊技術文件審核、車隊運營管理等工作。下面是來自鄭浩的分享:

前言

根據《節能與新能源技術路線圖?2.0》以及各大車企內燃機停售時間表可知，相當多的車企選擇在2035年前后停止銷售純內燃機的車型。新能源將會是勢在必行的技術發展趨勢。但在新能源技術的細分路線上，不同國家、不同車企也有各自的路線分歧。 純電動還是混合動力？一直在業內爭議不斷。很多人認為混合動力汽車是代表“落后”的折衷技術，純電動才是代表清潔動力源的“未來”技術。不過我們無法否認的是，當前純電動技術依然有相當多的技術痛點需要克服，例如充電速率、城市電容量、全工況的使用場景等。內燃機技術在短期時間內不會消亡，依然會長期存在，然而可以讓內燃機技術煥發生機的，則是以混合動力技術和零碳內燃機為首的可持續能源技術方案。 ? 武漢理工大學18-22賽季傳動組組長合影（右二為鄭浩） 大學生方程式競賽混合動力規則發布 今年四月份大學生方程式競賽的奧地利站、匈牙利站、捷克站等五國組委會共同發布了混合動力大學生方程式的技術規則，而在剛剛過去的九月份，德國站也正式將混合動力部分寫進了世界大學生方程式規則中。 2024?年大學生方程式的奧地利賽、匈牙利賽等將使用德國發布的?FS 2024?規則。 ?

今年八月份，我前往了大學生方程式大賽的德國賽，與成功開發出混合動力方程式賽車的隊伍之一——來自卡爾斯魯厄應用技術大學的 High Speed 車隊在現場進行了交流。接下來，我將圍繞自己的所見所聞以及我曾經的車隊經歷談一談混合動力大學生方程式的設計思路。 混合動力大學生方程式的設計與仿真思路 混合動力系統目前分為串聯、并聯、混聯等構型，而并聯又根據電機位置的不同分為 P0、P1 等構型。雖說FS規則并未限制構型的結構，但可以預見，FSAE 主流混合動力構型大概率會是 P0 和 P4 兩種方向。

大學生方程式的混合動力系統總體布置相對于乘用車混合動力系統實際上會簡化很多：一個原因是，FSAE 混動部分的電壓相對較低，系統危險性會降低很多; 另一個原因是，混合動力系統相對較難的地方在于經濟性和舒適性的優化控制，賽車對于經濟性考量要求相對較低，因此總布置結構無需考慮停車發電、換擋平順性等功能和需求。

這里我們重點分享一下 P4 構型的設計流程。P4 構型即后軸由內燃機驅動、前軸由電機驅動，該結構主要優點為結構簡單且能實現全輪驅動功能——對于賽車工程而言全輪驅動能夠有效利用輪胎附著是一個巨大的優點。也正因如此，目前歐洲范圍內的混合動力 FSAE 賽車（卡爾斯魯厄、捷克理工、摩德納）均采用了 P4 構型。

其實無論在哪種構型下，FSAE 賽車混合動力系統主要的設計工作主要由以下幾個部分構成：傳動系統設計，驅動控制策略設計，電池箱設計及整車電氣等。接下來我就這些部分在 P4 構型下的設計和仿真談談我的一些想法。

1.電驅動及傳動設計思路

傳動系統設計部分的工作主要有傳動比選型、機械建模及仿真校核。傳統 FSAE 賽車的傳動比設計往往是使用圈速優化軟件進行圈速仿真，將不同減速比的賽車應用到某一個工況（如耐久賽道、直線加速），根據工況的圈速或加速時間確定主減速器傳動比。

混動系統中的傳動比設計相對單動力源賽車而言復雜了許多, 圈速仿真往往與混動系統控制策略有直接的關系，大部分圈速優化軟件也無法直接提供混合動力系統的圈速仿真。在我看來，混動系統的傳動比設計可以將內燃機部分和電機分開求解。內燃機減速比設計可依然采用圈速優化軟件來計算，計算過程僅需視為純內燃機賽車即可。

而電機驅動部分傳動比初選需要考慮最大加速度下的需求轉矩，減去內燃機輸出轉矩即為最大傳動比；賽車的設計最高車速則需要位于電機轉速區間內，求解即得到最小傳動比；在求解后還需要對電機傳動比進行驗算，保證耐久賽常用轉速區間位于恒轉矩區。這樣初步的傳動比選型區間便完成了，后續還需要引入控制策略的仿真平臺進行計算。

2.控制策略及仿真思路

完成了傳動系統部分后就需要設計控制策略。P4 構型的控制策略主要可以分為油電驅動功率分配策略、前軸雙電機扭矩分配策略、再生制動策略等。混動系統的控制策略設計其實是可以不對內燃機部分進行修改的，而通過電機的控制策略匹配內燃機。就像來自卡爾斯魯厄應用技術大學的隊長 Aaron 同學親切地將其描述為：“我們的內燃機是不知道這是一臺混動車的”。

考慮到再生制動和電子差速在 FSAE 圈子已經有較成熟的應用了（大家可以搜索到相當多的論文以供參考），本次我便主要分享一下油電動力源功率分配策略的思路。

動力源功率分配的第一步是踏板功率需求劃分。踏板需求劃分的主要思路即“削峰平谷”，意思即為將電機功率補償在外特性曲線中，使得功率輸出幾乎線性，而對應的不同踏板開度的功率需求也可以計算求得。

下一步是發動機功率匹配，因為很多車隊使用的是拉線節氣門，因此發動機在對應油門開度的輸出功率實際上是容易求得的，從而可以計算得到電機驅動功率。值得注意的是，動力源分配策略還需要考慮賽車俯仰導致的軸荷轉移帶來的驅動力分配變化。

有了動力源功率分配策略后便可以搭建賽道進行圈速仿真了。圈速仿真可以參考圈速優化等軟件的仿真思路，但由于該軟件并不支持帶有控制策略的混合動力系統仿真，因此需要車隊利用 Simulink 等軟件自行搭建平臺仿真。

在工業界有一句玩笑：“MATLAB 除了生孩子以外都可以做”。事實上，MATLAB 中內置了一個混合動力功率分配策略的仿真平臺： https://ww2.mathworks.cn/matlabcentral/fileexchange/92820-hybrid-electric-vehicle-model-in-simscape

這個基于 Simulink 的混合動力功率分配策略仿真平臺帶有了內燃機、電機、變速器等零部件和整車動力學的數學模型，適當進行修改即可完成 FSAE 賽車的混合動力系統的仿真。另外， MathWorks 還提供了混動汽車開發的視頻教程系列，大家可以多關注一下： 系列視頻推薦?-?【混合動力電力汽車 HEV】 總結 多動力源的匹配與控制技術，在乘用車行業內依然是一個有難度的課題。相比于油車和電車，我認為混合動力賽車面對仿真技術的需求更高、控制技術需求更大。這篇分享介紹了油車轉向混動技術的初級技術路線，包含我個人對混合動力技術的理解，旨在幫助車隊設計出一輛“能跑”的混動賽車，而非一輛“性能卓越、有效利用每一分抓地力”的優異賽車。

FSAE 即將走入新的技術發展時代，未來的大學生方程式大車賽走到何種高度還是需要依靠未來的各位隊員。引用某位裁判老師的話說：“我們希望大學生方程式是一場充分鍛煉學生各方面技術的工程實踐平臺，而非一場高配版的金工實習”。

審核編輯：黃飛

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