基于Cruise純電動汽車動力系統(tǒng)匹配仿真

周哲義 郭世永

摘要：為使純電動汽車具有良好的動力性和經濟性，基于某款純電動汽車的整車參數(shù)，設定合理的性能指標，對其動力系統(tǒng)中的驅動電機、傳動系數(shù)和動力電池進行匹配設計，最后利用AVL Cruise仿真軟件完成模擬仿真，結果表明所確定的電機、電池及傳動比參數(shù)滿足設計要求。

關鍵詞：純電動汽車;動力系統(tǒng);匹配設計;Cruise仿真

中圖分類號：F407.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0024-03

0? 引言

近年來全球都面臨著環(huán)境污染和能源匱乏的嚴重問題，因此在汽車行業(yè)中新能源汽車開始受到更多的關注[1]。其中，純電動汽車以其結構簡單的動力系統(tǒng)、良好的燃油經濟性和噪聲小等特點在汽車界備受歡迎。越來越多的國家也致力于純電動汽車的開發(fā)研究，日本三菱從2009年便開始生產高速電動車[2]，法國雪鐵龍在16年推出DS5 Hybrid型電動汽車，德國寶沃2018年推出續(xù)航里程達400km的SUV—BX7。

隨著新能源汽車關鍵技術的迅猛發(fā)展，我國也相繼出臺各種政策扶持純電動汽車的研究和開發(fā)[3]。文獻[4]使用ADVISOR仿真軟件合理匹配和模擬電動汽車動力總成參數(shù)，文獻[5]則基于新型動力傳動裝置，對傳動裝置及電機的參數(shù)進行匹配優(yōu)化。本文基于某款純電動汽車，對其動力系統(tǒng)進行匹配設計，設計方案符合目標設計要求，并完成匹配仿真，最終達到設計要求。

1? 整車基本性能參數(shù)確定

本文針對純電動家用轎車，要求該車具有良好的動力性能和經濟性能，首先對其整車參數(shù)及性能指標進行確定。所確定的整車參數(shù)和設計目標如表1及表2所示。

2? 純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)選擇

2.1 電機參數(shù)選擇

驅動電機作為電動汽車的關鍵部位，在設計參數(shù)時要考慮加速時間、最高車速、最大爬坡度三個性能指標，并主要確定三個參數(shù)：轉速、功率和轉矩[6]。

2.1.1 確定電機的功率

當純電動汽車用最高車速在良好路面上行駛時，電機功率Pm1應為：

式中umax為最高車速，m是滿載質量，CD是空氣阻力系數(shù)，A是迎風面積。

當純電動汽車以恒定車速勻速行駛在最大爬坡度道路上時，電機功率Pm2應為：

當車輛滿足加速性能時，電機功率Pm3應為：

在汽車行駛過程中還需要考慮一定的后備功率及純電動汽車電機的峰值功率，最終結果要滿足以下條件：

2.1.2 確定電機的轉速和轉矩

峰值轉速一定要符合傳動系傳動比，可由公式（5）計算。

轉矩的確定一般通過最大爬坡度和汽車的最高車速計算得到：

最終確定的電機參數(shù)如表3所示。

2.2 主減速器傳動比選擇

本文使用固定速比減速器。這種結構形式具有質量輕體積小，可以提供較大轉矩等優(yōu)點[7]。

2.2.1 傳動系最小傳動比i

純電動汽車的最小傳動比要滿足汽車的最高行駛車速條件和電機的最高轉速條件。

2.2.2 傳動系最大傳動比i

傳動系最大傳動比要滿足最大爬坡度的行駛條件，并由對應的行駛阻力和電機最高轉速下對應的行駛阻力確定[8]。

式中up為最大爬坡度條件下的車速，up=20km/h。

傳動系最大傳動比為：

2.3 電池組參數(shù)的選擇

對于純電動汽車，電池要具有高比能量和比功率的特點，同時動力電池要保證自身的使用壽命和高效性。本文選擇性價比高的鋰離子電池，單體電壓為3.2V。

初步確定鋰電池單體電池個數(shù)為：

式中：Ue為電機工作電壓，Uc為單體電池電壓。

本文選用等速法計算鋰電池消耗能量、電池系統(tǒng)能量及電池容量等相關參數(shù)，最后確定電池組參數(shù)如表4所示。

3? Cruise仿真結果及分析

由圖1至圖4所示，最高車速和最大爬坡度分別為126km/h及30.91%;0-50km/h加速時間和50-80km/h均達到預期參數(shù)目標;NEDC工況下續(xù)航里程為204.18km，能耗為17.24kWh/100km;60km/h等速工況下續(xù)航里程為231.26km，能耗為14.46kWh/100km，各項指標均已達到所設定的參數(shù)目標。參數(shù)對比詳細對比見表5。

4? 結語

本文針對家用5座純電動汽車，對該車的動力系統(tǒng)完成匹配設計，根據(jù)設計要求，完成純電動汽車的電機、電池組、主減速器傳動器的參數(shù)選擇，最后通過AVL Cruise軟件對該車的動力性和經濟型進行模擬仿真。仿真結果表明，所選擇的動力系統(tǒng)參數(shù)滿足了預期設計要求。

參考文獻：

[1]李靜，曹魯光，吳子豪，陳振中.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)的可靠性優(yōu)化[J].東華大學學報（自然科學版），2020，46（04）：608-615.

[2]郝魁，贠海濤，孫華偉，騰彥飛，焦蕙蓉，劉樹德，王成振.微型純電動汽車動力系統(tǒng)匹配設計[J].青島理工大學學報，2015，36（01）：108-113.

[3]中國新能源汽車發(fā)展與挑戰(zhàn)[J].汽車與配件，2020（08）：48-53.

[4]姬芬竹，高峰，吳志新.純電動汽車傳動系參數(shù)的區(qū)間優(yōu)化方法[J].農業(yè)機械學報，2006（03）：5-7.

[5]王峰，方宗德，祝小元.純電動汽車新型動力傳動裝置的匹配仿真與優(yōu)化[J].汽車工程，2011，33（09）：805-808.

[6]張民安，儲江偉.采用恒功率控制策略的增程式汽車動力系統(tǒng)匹配[J].重慶理工大學學報（自然科學），2019，33（03）：73-79.

[7]張博強.純電動汽車換擋規(guī)律及動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[D].中北大學，2019.

[8]宮永玉.基于CRUISE的某款純電動汽車的動力系統(tǒng)匹配及參數(shù)優(yōu)化[D].長安大學，2017.