趙暢 朱春紅 梁時(shí)光 龍建

摘 要：純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的選型及匹配是整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。文章根據(jù)整車(chē)參數(shù)及性能指標(biāo)，通過(guò)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行匹配及計(jì)算確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)及動(dòng)力電池組的關(guān)鍵參數(shù)?；赾ruise仿真軟件，搭建純電動(dòng)汽車(chē)仿真分析模型，并進(jìn)行動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的仿真分析。根據(jù)仿真結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步確定仿真模型的合理性，為后續(xù)仿真優(yōu)化工作奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē);系統(tǒng)匹配;仿真分析;Cruise

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-15-04

Abstract： The selection and matching of electric vehicle power system is a key issue in the development process of the whole vehicle. According to the vehicle parameters and performance indicators， the key parameters of the motor and the power battery pack are determined by matching and calculating the power system. Based on the cruise simulation software， a pure electric vehicle simulation analysis model is built， and the dynamic and economic simulation analysis is carried out. According to the comparison between the simulation results and the experimental data， the rationality of the simulation model is further determined， which lays a foundation for the subsequent simulation optimization.

Keywords： Electric vehicle; System matching; Simulation analysis; Cruise

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-15-04

前言

隨著科技的進(jìn)步與世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源短缺，環(huán)境污染成為目前全世界關(guān)注的重要問(wèn)題。如何更高效地利用能源，與環(huán)境的和諧共處是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展面臨的一個(gè)重大課題之一[1-4]。純電動(dòng)汽車(chē)由于具有動(dòng)力響應(yīng)快，節(jié)約能源，降低污染的優(yōu)點(diǎn)，已成為目前新能源汽車(chē)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

本文以某純電動(dòng)汽車(chē)作為研究對(duì)象，依據(jù)整車(chē)設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)其動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行選型匹配，并利用Cruise軟件進(jìn)行整車(chē)仿真模型的建立及仿真分析，驗(yàn)證選型匹配方案的合理性。

1 動(dòng)力總成系統(tǒng)選型匹配計(jì)算

純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力總成系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池、傳動(dòng)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構(gòu)成[5]。其動(dòng)力總成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖1所示。

為了對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行選型及匹配，應(yīng)明確整車(chē)參數(shù)及所要求的性能指標(biāo)。整車(chē)參數(shù)及性能指標(biāo)如表1-2所示。

1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型計(jì)算

1.1.1 最高轉(zhuǎn)速及基速

最高車(chē)速可由以下公式計(jì)算得出：

可得到電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速為nmax=2274.04r/min;電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系可用擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β來(lái)表示，根據(jù)關(guān)系式可得電機(jī)的基速n0：

因此，取最高轉(zhuǎn)速和基速分別為2500 r/min和780r/min。

1.1.2 功率匹配

對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)峰值功率需求主要考量最高車(chē)速、某一車(chē)速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時(shí)分別對(duì)應(yīng)的峰值功率需求。

2 模型建立及仿真分析

2.1 仿真模型建立

本文采用Cruise軟件進(jìn)行整車(chē)仿真模型的建立，靈活的模塊化理念使得Cruise可以對(duì)任意結(jié)構(gòu)形式的汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，同時(shí)完善的算法程序保證了較快的運(yùn)算速度和計(jì)算精度[6]。

依據(jù)純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力的傳輸路線可以建立車(chē)輛的仿真模型，并輸入各部件所需的參數(shù)，如圖2所示。

2.2 性能仿真分析

2.2.1 整車(chē)動(dòng)力性分析

純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)為最高車(chē)速，某一車(chē)速下的最大爬坡度和起步加速時(shí)間。

（1）整車(chē)最高車(chē)速及加速時(shí)間分析

利用Cruise計(jì)算任務(wù)中的全負(fù)荷加速性能任務(wù)計(jì)算了純電動(dòng)汽車(chē)在加速過(guò)程中的最高車(chē)速和加速時(shí)間。如圖3所示。

由圖中可以得到純電動(dòng)汽車(chē)最高車(chē)速可達(dá)到73 km/h，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)值。同時(shí)，由圖可得到該純電動(dòng)汽車(chē)從靜止加速到50 km/h的加速時(shí)間為14.12s，小于設(shè)計(jì)的目標(biāo)值18s，故滿足要求。

（2）最大爬坡度分析

盡管在市區(qū)路況下不存在如同鄉(xiāng)村公路那樣非常極端的陡坡，但是隨著城市化水平的提高，交通基礎(chǔ)建設(shè)的拓展，市民對(duì)高架橋以及室內(nèi)環(huán)線或高速的依賴性增強(qiáng)，因此即使是在城市中也必不可少的存在高架橋的上下坡，而此時(shí)則必須考慮車(chē)輛的爬坡性能。設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致爬坡能力的不足會(huì)對(duì)交通線的暢通帶來(lái)不必要的麻煩，并且也潛在溜車(chē)等交通事故的發(fā)生。因此，檢驗(yàn)車(chē)輛的最大爬坡度是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。

2.2.2 整車(chē)經(jīng)濟(jì)性分析

純電動(dòng)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)為續(xù)駛里程和電耗。本文分別以40km/h等速和CCBC兩種工況條件對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行仿真分析，計(jì)算兩種工況下的百公里能耗和續(xù)駛里程。

（1）40km/h等速工況下的百公里能耗和續(xù)駛里程分析

圖5反映了在40km/h等速行駛工況下電池SOC值與行駛距離的關(guān)系。經(jīng)計(jì)算，在動(dòng)力電池組放電深度為85%的條件下，40km/h等速工況百公里能耗為54.61kwh/100km，續(xù)駛里程值大于設(shè)計(jì)的目標(biāo)值160km，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）CCBC工況能耗分析

中國(guó)典型城市公交循環(huán)即CCBC工況對(duì)于城市客車(chē)的能耗分析具有深刻意義，其車(chē)速和時(shí)間關(guān)系如圖所示。

4 結(jié)論

本文以某純電動(dòng)汽車(chē)作為研究對(duì)象，首先進(jìn)行了動(dòng)力總成系統(tǒng)的選型匹配計(jì)算，并利用Cruise軟件進(jìn)行了整車(chē)仿真模型的建立?；诜抡婺Ｐ瓦M(jìn)行了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算分析。結(jié)果表明，整車(chē)參數(shù)匹配結(jié)果合理且模型具有較高的正確性，為后續(xù)的開(kāi)發(fā)優(yōu)化奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]????? 任田園，宋偉萍，馮乾隆，等.基于Cruise的電動(dòng)汽車(chē)仿真分析[J]. 汽車(chē)實(shí)用技術(shù)， 2018， 276（21）：11-12.

[2] 趙暢，張昕.增程式電動(dòng)商用車(chē)能量管理控制策略研究[C]//2015中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì).2015.

[3] 黃菊花，徐仕華，劉淑琴，等.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力參數(shù)匹配及性能仿真[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（工科版）， 2011， 33（4）.

[4] 李濤，陳猛.增程式公交車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)例化研究[J].中國(guó)機(jī)械工程.2011，22（14）：1758-1763.

[5] 李勝琴，于博.基于CRUISE的純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力參數(shù)匹配設(shè)計(jì)及仿真[J].森林工程，2019， 35（01）：84-90.

[6] 吳劍，張承慧，崔納新，等.CRUISE軟件及其在電動(dòng)汽車(chē)仿真中的應(yīng)用[C]//中國(guó)電動(dòng)車(chē)輛學(xué)術(shù)交流會(huì).200.