孫貴斌　路廣威　熊敏

摘 要：文章以一款自動擋純電動物流車為研究對象，在對其動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行相關(guān)分析及整車設計需求的基礎上，對其進行合理的參數(shù)匹配。為進一步提高整車性能，采取一種多目標遺傳算法的優(yōu)化方案，對整車的傳動系參數(shù)進行優(yōu)化。在ADVISOR仿真平臺下搭建整車模型并對其進行仿真驗證，結(jié)果表明，文中對自動擋純電動物流車的參數(shù)匹配以及采取的優(yōu)化方案是合理的。關(guān)鍵詞：自動擋純電動物流車;參數(shù)匹配;ADVISOR仿真;優(yōu)化中圖分類號：U469.7? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）01-21-05

Abstract： Taking an automatic transmission pure electric logistics vehicle as the research object， on the basis of relevant analysis of its power system structure and vehicle design requirements， reasonable parameter matching is carried out. In order to further improve the performance of the vehicle， a multi-objective genetic algorithm was adopted to optimize the trans -mission parameters of the vehicle. The whole vehicle model is established under the ADVISOR simulation platform and verified by simulation. The simulation results show that the parameter matching and optimization scheme adopted for the automatic transmission pure electric logistics vehicle is reasonable.Keywords： Automatic transmission pure electric logistics vehicle; Parameter match; The ADVISOR simulation; OptimizationCLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-21-05

前言

近年來配送行業(yè)與輕物流的飛速發(fā)展，極大地促進了我國城市物流運輸行業(yè)的發(fā)展。由于市場需求以及國家相關(guān)政策的扶持，對純電動物流車的需求急劇增加。目前，對于純電動汽車，因為電池技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸仍沒有突破性的進展，因此合理匹配及優(yōu)化純電動汽車的動力系統(tǒng)對純電動汽車就顯得更加重要^[1]。

本文以一款自動擋純電動物流車為研究對象，在對動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行相關(guān)分析及整車設計需求的基礎上，對其進行合理的參數(shù)匹配，然后建立加速度和能量消耗最多目標優(yōu)化模型，利用遺傳算法對其傳動系速比進行優(yōu)化，最后利用ADVISOR對整車性能進行仿真驗證。

1 整車基本參數(shù)與性能指標要求

在綜合分析整車結(jié)構(gòu)后，本文中純電動物流車決定采取單檔機械式傳動結(jié)構(gòu)，即去掉離合器和變速箱，直接將電機、減速器以及差速器組合在一起，這樣減少了整車的質(zhì)量與底盤所占用的空間，有利于其他部件的布置，同時減少了整車的研發(fā)時間;另一方面對于動力電池采取整體式分布的布局，設計一款新的電池包結(jié)構(gòu)，使動力電池全部集中在車身地板下部的位置上，這樣可以提高整車的操縱性與平穩(wěn)性也使得載荷均勻的分布。其整車驅(qū)動系統(tǒng)三維模型如圖1所示。

整車基本參數(shù)如下表1所示，性能指標要求如表2所示。

2 純電動物流車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配

2.1 電機參數(shù)匹配

驅(qū)動電機參數(shù)的匹配主要是指對其峰值功率、額定功率、最高轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速等參數(shù)的確定^[2]。

2.1.1 電機額定功率和峰值功率的確定

純電動物流車電機的峰值功率需要能夠同時滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時間所需的功率^[3]，即：

2.1.2 電機額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速的確定

根據(jù)目標車型的設計性能指標要求，電機的最高轉(zhuǎn)速應不低于純電動物流車的最高車速，即：

2.1.3 電機最高轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩的確定

驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)矩T_max應當滿足車輛低速行駛時能夠通過最大爬坡度：

綜上計算，最終確定選取一款永磁同步電機最為驅(qū)動電機，其基本參數(shù)如表3所示。

2.2 動力電池參數(shù)匹配

設計動力電池組時首先應該滿足整車動力性，其次再保證整車續(xù)駛里程的設計要求^[4]。本文中純電動物流車選取的動力電池是磷酸鐵鋰電池，其標稱電壓為3.2v。

動力電池的單體數(shù)量可以通過對動力電池的要求來計算。根據(jù)所確定的驅(qū)動電機的性能可得到計算電池組數(shù)目公式如下：

根據(jù)以上對傳動系傳動比范圍的分析及設計經(jīng)驗，確定主減速比為4.875，同時計算得出在該速比下純電動物流車滿足整車的動力性要求，故本文采用固定速比減速器，其主減速比為4.875。

3 純電動物流車動力系統(tǒng)優(yōu)化

純電動汽車傳動系優(yōu)化是多目標的函數(shù)優(yōu)化問題，遺傳算法它正是解決此類問題的有效方法^[6].

3.1 選擇優(yōu)化目標

本文主要以純電動物流車傳動系的參數(shù)作為優(yōu)化變量。針對傳動系進行優(yōu)化時，通常是以主減速比和變速器傳動比為優(yōu)化變量^[7]。由于本文純電動物流車沒有變速箱，因此僅選擇主減速器速比作為優(yōu)化變量即：

3.4 優(yōu)化算法計算

根據(jù)上文得出的目標函數(shù)和約束條件調(diào)用 MATLAB 遺傳算法工具箱進行編程優(yōu)化計算^[8]，得到遺傳算法下的傳動系速比優(yōu)化結(jié)果，如下表5所示：

4 ADVISOR整車仿真

4.1 構(gòu)建整車仿真模型

在ADVISOR整車參數(shù)輸入界面，根據(jù)匹配參數(shù)對純電動物流車主要部件模塊的m文件進行修改重新定義來搭建整車仿真模型，其主要部件模塊包括驅(qū)動電機、電池、主減速器和車輪等^[9]。

4.2 整車仿真分析

1、在完成對純電動物流車整車模塊的搭建后，選取歐洲城市工況CYC_NEDC對其動力性經(jīng)濟性進行仿真，其中單個工況中車速隨時間變化如下圖2所示，設置相應的爬坡度及加速度的計算任務。圖3為仿真實際車速曲線，對比可知車輛能很好的跟隨該循環(huán)工況^[10]。圖4、圖5分別為仿真后電機的效率圖與動力電池的SOC變化曲線。

由圖4可知動力電池組的SOC值在整個循環(huán)過程中保持平穩(wěn)下降趨勢，且整個放電狀態(tài)較為穩(wěn)定，滿足實際情況;圖5可以看出驅(qū)動電機在仿真過程中其工作效率大部分處于0.9左右。表明對純電動物流車的匹配基本滿足要求。

利用ADVISOR搭建整車模型并進行仿真，整車性能仿真結(jié)果如下表6所示;圖6為優(yōu)化前后動力電池SOC變化。

圖6? 優(yōu)化前后SOC變化曲線

由表4可知優(yōu)化前純電動物流車的最高車速未能滿足設計指標要求，而優(yōu)化后純電動物流車的整體性能有了一定的提高，其動力性與經(jīng)濟性都有了一定的改善。其中最高車速較之提升了5%左右，滿足設計指標;續(xù)駛里程較之前上升了9.8%左右，雖然0-50km加速時間與爬坡度較優(yōu)化前有所下降，但仍滿足整車的設計指標。

5 結(jié)論

根據(jù)整車設計指標要求，對自動擋純電動物流車主要部件進行匹配，然后利用遺傳算法，對其傳動系速比進行多目標優(yōu)化。之后利用ADVISOR仿真平臺進行整車性能仿真。由結(jié)果可知整車參數(shù)的匹配基本符合要求，同時在遺傳算法的優(yōu)化下純電動物流車的整體性能有了一定的提高，其動力性與經(jīng)濟性都有了一定的改善。驗證了利用遺傳算法進行傳動比優(yōu)化的準確可行性，為之后純電動物流車整車參數(shù)的匹配與優(yōu)化提供了一定的參考價值。

參考文獻

[1] 王文偉，畢榮華.電動汽車技術(shù)基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2010.

[2] 吳智勇.純電動物流車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真分析[J].時代汽車，2016（04）：29-32.

[3] 高二客.某型純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與優(yōu)化研究[D].華南農(nóng)業(yè)大學，2016.

[4] Lee W，Choi D，Sunwoo M. Modelling and simulation of vehicle electric powersystem[J].Journal of Power Sources，2002，109（1）：58- 66.

[5] 純電動汽車兩擋 AMT 動力匹配及性能研究[D].郭文劍.湖南大學 2016.

[6] 吳海龍.微型純電動城市物流車動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化[D].太原理工大學，2016.

[7] 李開放.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與優(yōu)化研究[A].中國汽車工程學會.2016中國汽車工程學會年會論文集[C].中國汽車工程學會：2016：4.

[8] 潘磊.純電動汽車動力系統(tǒng)匹配及仿真優(yōu)化研究[D].長安大學，2015.

[9] Muhammad Ikram Mohd Rashid，Hamdan Danial. ADVISOR Simula -tion and Performance Test of Split Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conversion[J]. Energy Procedia，2017，105.

[10] T Markel，A Brooker，T Hendricks，V Johnson，K Kelly，B Kramer，M OKeefe，S Sprik，K Wipke. ADVISOR： a systems analysis tool for advanced vehicle modeling[J]. Journal of Power Sources，2002， 110（2）.