淺析電動汽車動力性能的設(shè)計和仿真

郭偉東

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 211188）

淺析電動汽車動力性能的設(shè)計和仿真

郭偉東

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 211188）

動力性能是衡量汽車好壞的基本標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國電動汽車保有量的不斷增加，這對電動汽車的技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)代汽車要求節(jié)能、環(huán)保、噪音低和舒適性，電動汽車的動力性能主要包括最大爬坡度、加速能力和最大速度等。本文通過分析電動汽車動力動力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真，建立了整車仿真參數(shù)，并且運(yùn)用PSTA軟件進(jìn)行計算電動汽車動力性能，得了一系列純電動汽車的動力參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)，以期能夠?qū)﹂_發(fā)和制造電動汽車提供一些幫助。

電動汽車;動力性能;設(shè)計;仿真

目前，在汽車發(fā)揮其重要交通作用的同時，在當(dāng)今能源趨緊的現(xiàn)狀下，開發(fā)新能源汽車越來越迫切。電動汽車的出現(xiàn)可能解決節(jié)能、環(huán)保、舒適性等難題。為了追趕社會的快速發(fā)展，研究電動汽車的動力性能和仿真變得尤為重要。

1 動力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真分析

1.1 牽引力

作為電動汽車的主要動力源，最大牽引力受輪胎和地面接觸時的最大牽引力的而影響，主要具有兩個工作特性，即：恒定功率模式工作和恒扭矩模式工作。在全車速范圍內(nèi)，對于理想的電動汽車來說，護(hù)腰是以恒功率模式工作。假設(shè)電動汽車的牽引力為Ft，那么其公式為：

公式中，Tw代表電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Tp代表傳到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩，η代表傳動效率及主減速器轉(zhuǎn)動比，ig代表減速器與變速器傳動比。

1.2 最高車速、加速能力和最大爬坡度

在良好的道路條件下，電動汽車在最大轉(zhuǎn)速下取得速度就是最高車速。電動汽車的牽引力影響著電動汽車的最高車速，并且因為電動汽車的自重也會受到一定的影響。其公式為：

電動汽車原地起步的加速時間和超車時間確定了電動汽車的加速能力。即按照最佳換擋時間，用一檔或二擋在原地起步，逐漸換到最高檔，加速到某一預(yù)定距離或車速所需的時間。

電動汽車的最大爬坡度是在抵擋時的爬坡能力，是指以一檔爬坡時，在良好的道路上所取得的坡度。整車的動力性能指標(biāo)包括：最高車速：50km/h；加速時間0～40km≤20s；最大爬坡度≥15%；蓄電池放點深度能夠滿足以40km/h行駛20km的要求。

1.3 續(xù)航里程仿真分析

在蓄電池滿電狀態(tài)下，電動汽車可以行駛的里程數(shù)就是續(xù)航里程。續(xù)航里程能夠衡量電動汽車重要性能，是評價電動汽車動力電池、傳動系統(tǒng)效率等重要指標(biāo)。計算續(xù)航里程，本文采取了等速法和工況法兩種方法。

最大質(zhì)量1900kg，整車整備質(zhì)量為1520kg，車速在20km/h時，電機(jī)轉(zhuǎn)速在1472r/min上，續(xù)駛里程為260km；車速在30km/h時，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2208r/min，續(xù)駛里程為280km；車速在40km時，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2946r/min，續(xù)駛里程為253km；車速在50km/h時電機(jī)轉(zhuǎn)速為3680r/min，續(xù)駛里程為257km；車速在60km/h時，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4420r/min，續(xù)駛里程為237km。

由此可見，在以30km/h的速度行駛時，符合對電動汽車?yán)m(xù)航要求，電動汽車的續(xù)航里程為280km。隨著電動汽車車速的提高，電池放電量會增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，蓄電池的電量減少，會導(dǎo)致續(xù)航里程下降。由于頻繁起步，在工況法下，電動汽車會在大功率狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致續(xù)航里程減少，電量消耗過大。

2 整車設(shè)計參數(shù)

對于電動汽車和仿真成功性等來說，電動汽車的整車設(shè)計參數(shù)具有很大的影響力。一款電動汽車的整車參數(shù)為：總長×總寬×總高為3880×1690×1630mm，滿載整車質(zhì)量為1800kg，軸距為2440mm，質(zhì)心距前軸距離為976mm，質(zhì)心距后軸距離為1464mm，最小轉(zhuǎn)彎直徑為6m，輪距為1471/1471mm。

3 動力性能仿真分析

本文仿真模擬計算采用了美國Argonne實驗室開發(fā)的PSAT軟件，其采用向前仿真模擬計算算法，是一款功能強(qiáng)大的電動汽車仿真模擬軟件，PSAT仿真軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加接近電動汽車車輛。算法更為準(zhǔn)確，能夠加快仿真速度，但是其計算速度很慢，可以在較短時間連續(xù)運(yùn)行多個仿真速度。

3.1 PSAT的基本功能

PSAT能夠從動力單元流向冬季輪，能夠做到能量和實際的方向流向一致。目前， PSAT強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行更為精確的模擬計算，包括了180多種可能的動力系統(tǒng)的動力參數(shù)。另外，PSAT軟件還能夠簡單地優(yōu)化電動汽車的各個部件，方便制造高級動態(tài)模型，能夠選擇最好的傳動系統(tǒng)，優(yōu)化控制策略。

3.2 動力性能仿真結(jié)果分析

計算電動汽車的動力性能指標(biāo)、最高車速、爬坡度和加速能力等，本文采用了PSAT進(jìn)行仿真模擬，首先為了獲得電動汽車動力性能指標(biāo)的仿真程序，本文建立一個0～160km/h的100s的工況，從而獲得計算數(shù)據(jù)：電動汽車半載狀態(tài)下，0～50km/h加速時間為7，50～80km/h加速時間為9.4，最大爬坡度為22.2，最高時速為158.2km/h；滿載狀態(tài)下0～50km/h加速時間為7.9,50～80km/h加速時間為10.7，最大爬坡度為21.5，最高時速為158.7km/h。由此可見，電動汽車的主要性能最高車速、最大爬坡度以及加速性能符合設(shè)計指標(biāo)，基本滿足需要。但是電動汽車的性能在復(fù)雜路況中仍然需要不斷地仿真計算。

4 結(jié)論

隨著社會不斷的發(fā)展，石油資源日益匱乏，電動汽車的優(yōu)勢越來越明顯，研究和開發(fā)已經(jīng)不可阻擋，在未來，電動汽車會成為主要代步工具之一。通過計算進(jìn)行優(yōu)化，通過軟件進(jìn)行模擬，電動汽車達(dá)到預(yù)期動力性能指標(biāo)，符合整車的設(shè)計目標(biāo)。

[1]張琦.電動汽車動力性能的仿真和優(yōu)化[J].德州學(xué)院,2012(04).

[2]陳清泉等.混合電動車輛基礎(chǔ)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.

[3]李飛.電動汽車總體設(shè)計及其性能仿真與優(yōu)化[D].長安大學(xué),2012(05)：7.

[4]任國軍,楊久青.電動汽車動力性能分析與計算[J].山東理工大學(xué),2006(05).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.053

郭偉東（1975-）,男,江蘇丹陽人,碩士,講師,主要研究方向：汽車檢測技術(shù)。