基于電動汽車動力系統設計及仿真研究

邵得孟，史振萍

（德州學院，山東 德州 253000）

基于電動汽車動力系統設計及仿真研究

邵得孟，史振萍

（德州學院，山東 德州 253000）

隨著國家經濟的發展，對環保建設的關注度越來越高，電動汽車動力系統作為影響環境質量的一項重要因素也逐漸成為了社會各界的研究方向。文章主要以環保建設和低成本為質量目標，研究電動汽車動力系統的設計問題，并結合計算機仿真技術，預測電動汽車動力系統設計過程中的各項性能，并通過優化的手段加以改善。

電動汽車動力系統；設計；仿真

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.11.006

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)11-13-03

引言

電動汽車作為一種交通工具，隨著汽車行業在世界經濟上的崛起，各國在電動汽車領域均投入了大量的精力與財力，并且取得了較為顯著的效果。然而，電動汽車在生產過程中依然存在一系列問題，例如生產耗時較大，生產成本相對較高以及污染指數控制不佳等。因此，本文主要以改善電動汽車動力系統性能為出發點，研究電動汽車動力系統的設計和優化，對于發展電動汽車行業具有較高的指導意義。

1、電動汽車結構與關鍵技術概述

1.1電動汽車的基本結構

電動汽車與一般的汽車相比，其能量的傳遞方式主要是通過導線以電流形式的柔性傳播，與傳統的剛性機械連接相比，電動汽車各部分的結構在配置的過程中更加靈活，而且可以有效的安排系統空間。電動汽車一般包括三種類型，即純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車。電動汽車的一般系統組成包括電力驅動子系統、主能源子系統和輔助控制子系統，其典型結構如圖1所示[1]。

電力驅動控制系統是電動汽車的核心，對于純電動汽車而言，電力驅動控制系統決定了整個電動汽車的結構組成以及性能特征，相當于傳統汽車中的發動機與其它功能以機電一體化的方式相結合，這也是區別于傳統內燃機汽車的最大不同之處。

圖1　電動汽車典型結構示意圖

1.2電動汽車的關鍵技術分析

影響電動汽車性能的首要技術就是電機驅動及其控制技術，驅動電機種類主要包括直流電機、交流感應電機、永磁電機和開關磁阻電機等，其具體的性能特點，如表1所示[2]。

表1　電力種類和性能對比

在實際選擇過程中，由于驅動電機要滿足電動汽車初始速度和加速過程中的動力要求，保證其在加速過程中能夠盡可能的在高功率范圍內工作，并且對驅動電機的可控性能、動態性能以及其它性能均提出了要求，因此，在選擇驅動電機的過程中要綜合比較不同驅動電機之間的優缺點，作出正確的判斷。

除了電機驅動和控制技術以外，動力蓄電池也是關鍵技術之一，即蓄電池的性能可以直接影響到電動汽車的動力性能。

結合襄陽市的主要災害類型，參照國家標準和其他城市的經驗做法，總體上采用《關于加強城市綠地系統建設提高城市防災避險能力的意見》（建城[2008]171號）的分類，將襄陽市防災避險綠地分為防災公園、臨時避險綠地和緊急避險綠地3類，如表1所示。在服務半徑和有效面積上則采用GB 51143—2015《防災避難場所設計規范》。

2、電動汽車動力系統的設計

2.1電動汽車的受力分析

電動汽車在行駛的過程中受到外界多種阻力，因此汽車的驅動力與電動汽車所受到的外界阻力之和相等。其中汽車的驅動力可以通過式1.1表達。

如式1.1所示，其中T表示電動機的扭矩，單位為（N.m），ig表示變速器的傳動比，io為主減速器的傳動比，r為汽車車輪的半徑，nt為傳統系統的機械效率。

除式1.1,以外，汽車的驅動力Fr=Ff+Fw+Fi+Fj，其各自分別表示為地面的滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和加速阻力，驅動力與4種阻力之間的關系為近似關系，在誤差允許范圍內二者可以建立相等關系。

2.2電動汽車的動力性能分析

電動汽車的動力性能主要包括最高車速、加速時間和最大爬坡度和續航里程等幾個方面。最高車速的表達式為uσ=0.377m/igi0；爬坡能力等于驅動力與空氣阻力和滾動阻力的差，加速時間t=1/3.6*δm/Ft-(mgf+CDAuσ2/21.15)，純電動汽車等速行駛下的續航里程可以表示為L=Wnuσ/P，W表示電池總能量[3]。

2.3電動汽車動力參數匹配與選型

表2　整車參數

表3　性能指標參數

本文中設計的電動汽車的動力系統主要采取了800rpm的永磁同步電機，恒功率的擴大系數設置在2到4之間，最大坡道上坡時所需要的功率要大于等于38.7卡瓦，加速過程中的最大功率不小于25卡瓦，電動機峰值功率為65KW，當驅動電機的過載系數取2.5時，額定功率為26KW處于25KW以上的范圍內。在最大坡度行駛所需要的驅動轉矩為170N.m。電動汽車的最小傳動比要小于7.16，最大傳動比要大于2.8，最后得到的傳動比范圍為5.51-7.1之間，電池容量為70Kw.h,蓄電池的個數為35個[4]。

3、電動汽車動力系統的仿真與分析

本文采取的仿真軟件為ADVISOR仿真軟件，仿真前期需要做的基本工作包括電動汽車車輛、車輪、減速器、變速器、驅動電機和蓄電池的基本模型，然后進入到模型的仿真分析與優化過程，鑒于模型建立過程較為繁瑣，本文主要分析模型的仿真分析測試結果。

整車模型參數主要包括表2中的相關參數設置，仿真任務主要包括對電動汽車動力系統的最高車速、最大爬坡度、加速性能和續航里程進行仿真。

循環道路工況主要選擇美國的CYS_UDDS，其與我國的道路情況較為相似。基于此，得到的仿真測試結果如圖所示[5]。

圖2　仿真測試結果

經過仿真測試以后，分析其仿真結果，總結為表4。由表4可以清晰的看出電動汽車動力系統的各項性能參數與期望指標之間的差異，在最高車速和續航里程兩項指標上，動力系統均超越了期望指標。但是在加速性能與爬坡性能兩個方面與期望值相差較大，有待于進一步優化。

表4　仿真結果匯總分析表

4、結論

綜上所述，通過分析電動汽車的基本結構和關鍵技術，了解到電動汽車的基本工作原理，并設計出與電動汽車功能需求相適應的動力系統。通過采用計算機仿真技術對系統設計進行模擬，得出的結果顯示，大部分的性能指標符合期望要求，部分性能指標有待于進一步改善。

[1]黃萬友. 純電動汽車動力總成系統匹配技術研究[D].山東大學,2012.

[2]潘磊. 純電動汽車動力系統匹配及仿真優化研究[D].長安大學,2015.

[3]陳宗波. 雙驅電動汽車動力傳動系統參數匹配與仿真研究[D].重慶大學,2013.

[4]李夏楠. 純電動汽車動力系統參數優化方法仿真研究[D].武漢理工大學,2013.

[5]田超賀,張昕,張欣. 可充電式混合動力電動汽車動力系統分析及仿真研究[J]. 北京汽車,2011,04:5-8+11.

Research on design and Simulation of electric vehicle power system

Shao Demeng,Shi Zhenping
( Dezhou University, Shandong Dezhou 253000 )

with the development of the national economy, the construction of environmental protection has been paid more and more attention, the power system of electric vehicle is regarded as one of the important factors affecting the quality of the environment has gradually become the research direction of the community. This paper mainly to the construction of environmental protection and low cost as the quality objectives, design of electric vehicle power system, combined with the the computer simulation technology, the performance prediction process of electric vehicle power system design, and be improved by means of optimization.

electric vehicle power system; design; simulation

U464.9

A

1671-7988(2016)11-13-03

邵得孟（1994-），男，就讀于德州學院汽車工程學院，專業：交通運輸 （汽車運用方向）。

指導教師：史振萍，（1971-），女，講師，就職于德州學院，從事機械制圖和理論力學的教學與科研工作。