黃冠 崔俊杰

【摘要】本文分析了cruise軟件建模仿真過程，通過給定電動汽車滿足的汽車動力性能及續(xù)駛里程，對電動汽車的動力電池、電動機進行了參數匹配，利用cruise軟件建立了電動汽車模型，通過仿真分析驗證電動汽車動力系統參數能滿足汽車性能。

【關鍵詞】純電動汽車;動力系統;Cruise

1.引言

純電動汽車是未來汽車產業(yè)發(fā)展的趨勢之一。在純電動汽車的設計過程中，最關鍵的是保證汽車的動力性和續(xù)駛里程數。本文通過根據給定動力性能要求對純電動汽車動力系統進行了參數設計，利用 cruise軟件建立了純電動汽車模型，通過仿真實驗對純電動汽車動力系統參數優(yōu)化設計。

2.純電動汽車建模

2.1 汽車參數及滿足的性能

純電動汽車具體參數如表1所示。

表1 純電動汽車參數

參數名稱 數值 參數名稱 數值

汽車滿載質量（kg） 1500 路面滾動阻力系數f 0.02

空氣阻力系數Cd 0.3 迎風面積A（m2） 2.0

車輪半徑（mm） 305 傳動效率 0.92

性能要求：

加速時間（從0km/h到100km/h）12s±1s

最大爬坡度（v0=15km/h）>30%

最高車速150km/h

續(xù)駛里程≥200km

2.2 牽引電動機選取

電驅動系統是純電動汽車的心臟。電動機將電能轉化成機械能推動車輛，或反之將機械能轉化成電能進行再生制動和對車載儲能裝置充電[1]。本文通過電動汽車的動力性能要求確定合適的永磁無刷直流電動機。

電動汽車在水平路面上的以最高車速行駛所消耗的功率為：

（1）

電動汽車爬坡所消耗的功率為：

（2）

電動汽車從0km/h加速到100km/h所消耗的功率估算為[2]：

（3）

式中：為旋轉質量系數，vt為汽車加速終速。代入所給數據可求得：pv=42.23kw，pα=20.21kw，pa=62.3kw。

電動機的額定功率。由求得的數據可得pm=65kw可滿足汽車性能。電動機具體參數如表2所示。

2.3 動力電池的選取

目前，鋰離子電池是車用電池產業(yè)化的熱點，性能好、環(huán)保，在電動汽車行業(yè)中應用最為廣泛[1]。本文在選用電池的過程中采用等速法進行續(xù)駛里程計算，選用合適容量的動力電池[3]。

假設汽車以等速V=60km/h行駛，此時消耗的功率為：

（6）

（7）

= ? ? ? ? ? ? ? （8）

電池的實際總能量為：

（9）

其中：S為續(xù)駛里程，為電池組有效電容量系數，該系數取0.8。Ub為電池組的平均工作電壓;C為電池組的總容量。

把式（7）、式（8）代入到式（9）中可得：

（10）

代入數據，可得到滿足續(xù)駛里程200km的最小電池容量C=135.98Ah，最終選取動力電池的容量C=150Ah，采用國內主流的磷酸鐵鋰動力電池，容量為150Ah，標稱電壓（3.2×100）v。

3.Cruise軟件建模仿真分析

3.1 建立純電動汽車整車模型

打開軟件，進入設計模塊，建立汽車各模塊，完成機械連接和電氣連接。如圖1所示。

圖1 純電動汽車整車模型

3.2 仿真分析

（1）加速性能分析。在cruise軟件任務中建立Full Load Acceleration任務，測試汽車從0km/h到100km/h加速時間，如圖2所示。電動汽車在12.8s加速到100km/h，滿足汽車加速性能要求。

圖2 汽車加速過程

（2）爬坡性能分析。在cruise軟件任務中建立Climbing Performance任務，測試汽車的爬坡能力，結果如圖3所示。最大爬坡度可達63%，滿足汽車爬坡要求。

（3）汽車最高車速分析。在cruise軟件任務中建立Constant Drive任務，測試汽車達到的最高車速。各檔位最高車速如表3所示。

表3 各檔最高車速

檔位 最高車速（km/h） 轉速（r/min）

1 94 7450

2 153 8000

續(xù)駛里程分析。在cruise軟件任務中建立Cycle Run任務，在UDC實驗工況下進行測試，可得到動力電池SOC的變化曲線，如圖4所示，當SOC=15%的點的橫坐標作為電動汽車的續(xù)駛里程，則S=260000m>200000m。

圖3 汽車爬坡度

圖4 UDC工況下電池SOC變化曲線

4.結論

本文通過給定電動汽車的性能要求，對汽車動力系統參數進行了設計。運用cruise軟件對純電動車進行建模和動力性能的仿真，得到了0km/h到100km/h加速時間、最高速度、最大爬坡度及續(xù)駛里程等性能指標，仿真結果驗證了汽車動力系統參數設計的合理性。通過本文的仿真和分析，為純電動汽車的參數選擇以及結構優(yōu)化提供了依據。

參考文獻

[1]趙航，史廣奎.混合動力電動汽車技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]倪光正，倪培宏，熊素. Ehsani，M.現代電動汽車、混合動力汽車和燃料汽車——基本原理、理論和設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3]朱鵬飛，趙文杰，許宏云.基于CRUISE 純電動汽車匹配計算與仿真[J].上海汽車，2012（9）：12-15.