基于CRUISE的純電動輕卡續(xù)駛里程優(yōu)化仿真分析

袁凱，鄒凡，黨憲斌，陳國棟，史強

基于CRUISE的純電動輕卡續(xù)駛里程優(yōu)化仿真分析

袁凱，鄒凡，黨憲斌，陳國棟，史強

（陜西汽車集團技術(shù)中心，陜西 西安 710021）

以某純電動輕卡為研究對象，在保持動力傳動系統(tǒng)方案不變的前提下，優(yōu)化整車控制，提出續(xù)始里程優(yōu)化方案。基于CRUISE-MATLAB聯(lián)合仿真平臺搭建整車模型，對各優(yōu)化方案進行仿真分析。結(jié)果表明：在不過度影響車輛駕駛感受的前提下，通過電機制動扭矩優(yōu)化、及電機功率衰減可以有效的延長車輛的續(xù)駛里程，其中電機制動扭矩優(yōu)化效果較為顯著。綜合優(yōu)化方案可以提升28km續(xù)駛里程，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

純電動輕卡；續(xù)駛里程；CRUISE仿真分析

1 前言

新能源汽車作為《中國制造2025》強國發(fā)展戰(zhàn)略的組成部分，是汽車制造業(yè)最為重要的發(fā)展方向之一，各車企爭相著手開發(fā)高水平的新能源汽車，提高產(chǎn)品的市場競爭力。在產(chǎn)品研發(fā)初期，通過計算機仿真建模計算能夠快速得到新能源車輛的性能參數(shù)，為車輛的優(yōu)化提供準確的方向[1-2]，縮短產(chǎn)品正向研發(fā)周期，減少不必要的車輛試制及試驗工作，成為保證車輛性能最為重要的途徑之一。

本文針對一款純電動輕卡，在保持動力傳動系統(tǒng)方案不變的前提下，優(yōu)化整車控制，提出兩種續(xù)始里程優(yōu)化方案。基于CRUISE-MATLAB聯(lián)合仿真平臺搭建整車模型，對各優(yōu)化方案進行仿真分析，驗證各方案對車輛續(xù)駛里程的優(yōu)化效果，明確優(yōu)化方向。

2 車輛基本參數(shù)

研究對象純電動輕卡的整車基本參數(shù)如表1所示。

表1 純電動輕卡基本參數(shù)

3 仿真工況

考慮到NEDC循環(huán)和C-WTVC循環(huán)都無法有效的作為純電動輕卡的典型工作循環(huán)進行續(xù)駛里程仿真計算[3-4]；同時為得到貼近用戶、符合市場要求的實際車輛續(xù)駛里程，通過道路試驗采集車輛在典型道路環(huán)境下路譜數(shù)據(jù)，得到純電動輕卡綜合工況，見圖1。

表2 純電動輕卡綜合工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征

4 優(yōu)化方案

4.1 電機制動扭矩優(yōu)化

仿真車輛采取并聯(lián)式制動能量回收系統(tǒng)，在不改變原車制動系統(tǒng)和液壓制動力的基礎上，疊加一部分電制動力矩，原有制動系統(tǒng)和電機共同作用完成制動過程，實現(xiàn)制動能量回收。

圖2 制動能量回收電機扭矩優(yōu)化

通過提升電機制動扭矩可以使車輛在制動過程中回收更多的能量，改善制動能量回收效率，提升車輛續(xù)駛里程。但是受到制動安全法規(guī)及駕駛舒適性的限制，只能在一定范圍內(nèi)進行優(yōu)化提升。

4.2 電機功率衰減

考慮到產(chǎn)品用戶的實際需求，在一定程度上限制電機動力輸出，雖然會降低車輛動力性能，但可以達到提升續(xù)駛里程的目的。分析純電動輕卡綜合工況道路試驗采集數(shù)據(jù)，城市工況和高速工況下大部分時間電機輸出功率低于50kw，其中城市工況電機輸出功率低于50kW的工作時間占比為92%（見圖3），高速工況電機輸出功率低于50kW的工作時間占比為75%（見圖4）。

圖3 城市工況電機工作時間分布

圖4 高速工況電機工作時間分布

由上述分析可知，在保證低速段車輛爬坡性能和加速性能前提下，對電機性能進行限制，輸出功率不得高于50kw，可以實現(xiàn)在不過度影響車輛正常駕駛感受的前提下，避免電機大功率輸出的情況，在一定程度上改善車輛的續(xù)駛里程，因此第二種優(yōu)化方案為電機功率衰減。

5 整車建模分析

5.1 模型搭建

圖5 純電動輕卡CRUISE模型

基于CRUISE整車建模分析軟件，純電動輕卡整車模型由整車參數(shù)模塊、駕駛員模塊、動力傳動系統(tǒng)模塊及優(yōu)化控制模塊組成，如圖5所示。其中優(yōu)化控制策略由MATLAB/ Simulink/Stateflow軟件進行編寫，采用MATLAB DLL聯(lián)合仿真方式完成模型搭建，實現(xiàn)優(yōu)化控制策略對動力傳動系統(tǒng)的控制。制動能量回收電機扭矩優(yōu)化方案和電機功率衰減優(yōu)化方案通過VCU控制模塊予以實現(xiàn)。

5.2 優(yōu)化方案可行性

通過仿真分析對比車輛在優(yōu)化前、后的車速跟隨情況，如圖6，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方案在車輛加速度較大的工況下會導致車輛加速性能變差，這是電機功率衰減所帶來的影響，但在剩余超過95%的工作時間內(nèi)，優(yōu)化后的車輛模型車速可以實現(xiàn)很好的跟隨，在動力性能方面滿足了不過度影響車輛駕駛感受的要求，因此該優(yōu)化方案具有一定的可行性。

圖6 優(yōu)化控制車速跟隨情況

5.3 優(yōu)化效果

為評價各個方案的優(yōu)化效果，提出靈敏度指標，以表征優(yōu)化方案對車輛續(xù)駛里程的優(yōu)化效果，靈敏度越大，表示該方案優(yōu)化效果越好，可以更準確的為整車控制優(yōu)化方案提供方向。靈敏度的定義如下：

式中，β是某項影響因子的靈敏度，%；Iop是參數(shù)優(yōu)化后性能的值；Ior是原始性能的值。

基于CRUISE整車模型分別計算原始方案、單獨電機制動扭矩優(yōu)化方案、單獨電機功率衰減方案及綜合優(yōu)化方案的純電動輕卡綜合工況續(xù)駛里程，得到各方案的續(xù)駛里程優(yōu)化靈敏度，見表3。

表3 優(yōu)化方案仿真結(jié)果

由仿真分析結(jié)果可知，電機制動扭矩優(yōu)化較電機功率衰減優(yōu)化方案靈敏度更高，在優(yōu)化過程中應予以優(yōu)先考慮。將兩種方案結(jié)合起來綜合優(yōu)化方案的靈敏度最高，優(yōu)化效果最好，可提升純電動輕卡28km續(xù)駛里程。

6 結(jié)語

（1）CRUISE軟件是一款成熟的整車性能仿真軟件，以模塊化的建模理念快速搭建不同動力傳動系統(tǒng)的新能源車輛，并且具備與MATLAB相對應的接口模塊，可以將基于MATLAB/Simulink搭建的整車控制策略集成于CRUISE搭建的車輛模型中，實現(xiàn)控制策略對車輛動力傳動系統(tǒng)的準確控制，完成新能源車輛的仿真分析計算，為車輛動力匹配及性能優(yōu)化提供有效的建議，縮短開發(fā)周期。

（2）本文以純電動輕卡為研究對象，在動力性能方面不過度影響車輛駕駛感受的前提下，通過電機制動扭矩優(yōu)化、電機功率衰減可以有效的延長車輛的續(xù)駛里程，其中電機制動扭矩優(yōu)化效果最為顯著。綜合優(yōu)化方案可以提升車輛28km續(xù)駛里程，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

[1] Chunhua Xu, JigaoNiu, Fennglai Pei. Design and simulation of the Power-train System for an Electric Vehicle[J]. AIMSEC, 2011: 3868-3871.

[2] 姜立標,吳斌,馮驍,等.電動汽車動力性參數(shù)的仿真設計與試驗驗證[J].汽車工程,2011(Vol.33) No.12:1013-1017.

[3] GBT 27840-2011《重型商用車輛燃料消耗量測量方法》[S].

[4] GB 18352.5-2013《輕型汽車污染物排放限值及測量方法(中國第五階段)》[S].

Simulation & Analysis of Electric Truck Range Optimization Based on CRUISE

Yuan Kai, Zou Fan, Dang Xianbing, Chen Guodong, Shi Qiang

( Shaanxi Automobile Group Technology Center, Shaanxi Xi’an 710021 )

An electric truck was taken as the research object, optimization control programs were put forward to extend vehicle driving range, in the condition of maintaining current powertrain system. Each program was simulated and computed based on CRUISE-MATLAB co-simulation platform. The results indicate that electric machine braking torque optimization、accelerator pedal position signal optimization and electric machine power attenuation can effectively extend the driving range of the vehicle, and electric machine braking torque optimization is the most significant scheme. The comprehensive optimization scheme can increase 28km driving range, which improves vehicle competitiveness.

Electric Truck; Driving Range; CRUISE Simulation Analysis

U467

A

1671-7988(2019)18-35-03

U467

A

1671-7988(2019)18-35-03

袁凱，工學碩士，工程師，就職于陜西汽車集團技術(shù)中心，主要從事新能源汽車領域整車控制策略開發(fā)與應用研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.012