純電動貨車動力系統參數匹配及仿真

張桂連，陳 宏

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長沙 410100）

1 前言

新能源純電動貨車具有動力響應快、平順、靜音、環保等優點，同時電驅動使得車聯網、自動駕駛技術更容易實現，發展純電動貨車已得到更多廠商的重視。由于電動貨車經常在城區行駛，配送貨物，其動力性和續駛里程都需要滿足一定的要求，為此合理匹配動力系統參數就顯得尤為重要［1-5］。

本文以純電動貨車為研究對象，依據整車設計目標對電動貨車的動力系統部件進行了參數匹配，并利用CRUISE軟件搭建了整車模型，驗證參數匹配的合理性。

2 動力系統參數匹配

2.1 整車參數及設計目標

本文研究的純電動貨車構型為后置后驅，電機+單級主減速器的驅動方案，其整車參數及設計目標見表1。

2.2 電機參數匹配

純電動貨車經常在城區行駛，需頻繁啟動、加速、制動等。電機作為整車唯一的動力源，其參數匹配需考慮峰值功率、峰值轉矩、最高轉速、額定功率、額定轉矩、額定轉速外，還需關注電機及控制器的效率map［5］。

1）電機額定功率和峰值功率

電機作為電動汽車行駛的動力源，其功率需滿足最高車速、最大爬坡度和加速性能，同時還需考慮續航里程和能耗要求。

表1 純電動貨車整車參數及設計目標

根據標準GB／T18385-2005《電動汽車 動力性能試驗方法》中規定及汽車行駛受力分析，其功率平衡方程式為［5］：

式中：P1——最高車速對應的功率，kW；P2——最大爬坡度對應的功率，kW；P3——加速時間對應的功率，kW；m——汽車滿載質量，kg；m1——汽車動力性試驗質量，kg；f——滾動阻力系數；CD——風阻系數；A——迎風面積，m2；umax——最高車速，km·h-1；ηt——機械系統傳動效率，%；αmax——最大爬坡度，（°）；u——最大爬坡度對應的車速，km·h-1；t——加速時間，s；ut——終點加速車速，km·h-1；δ——汽車旋轉質量換算系數；ui——爬坡對應的車速，km·h-1；r——車輪半徑，mm；i0——主減速比。

根據式 （1）計算出最高車速對應的電機功率P1；式（2）計算出最大爬坡度對應的電機功率P2；式 （3）計算出0—100km／h加速時間對應的電機功率P3。而電機峰值功率應該取三者中的最大值。即滿足式 （4）：

電機額定功率通常滿足最高車速對應的電機功率P1即可。

2）電機最高轉速和額定轉速

電機最高轉速需滿足汽車最高車速的要求，即：

電機最高轉速nmax與額定轉速nb應與驅動電機的轉矩轉速特性相匹配，且最高轉速nmax與額定轉速nb比值為電機擴大恒功率區系數β。增大β值，電機在低速獲得較大轉矩，提高車輛動力性能，但β值過大，會導致功率損耗，一般取2～3［6］。

3）電機峰值扭矩和額定扭矩

電機峰值扭矩需滿足汽車最大爬坡度的要求，即

電機額定扭矩根據額定功率和額定轉速來計算。

2.3 動力電池參數匹配

電池參數主要有電壓等級、功率和能量。即電壓等級要與電機的電壓等級保持一致，最大充放電功率需滿足電機功率需求，能量要滿足續駛里程需求。等速ub=60km／h續駛里程需達到230km，等速ub=60km／h功率見式 （7），根據續駛里程要求，電池組容量C見式 （8）。

式中：ηt——機械系統傳動效率，%；ub——車速，km／h；m2——汽車經濟性試驗質量，kg；S——續駛里程，km；η1——電機及控制器效率，%；C——電池組容量，kWh；SOChigh取100%；SOClow取10%。

2.4 傳動系統參數匹配

傳動系統參數主要有最小傳動比和最大傳動比，而最小傳動比imin由電機的最高轉速和整車的最高車速確定，即式（5）；最大傳動比由整車的最大爬坡度、附著率、最低溫度車速確定，即滿足下式：

式中：Ttqmax——電機最大輸出扭矩。

由于本純電動貨車采用電機+單級主減速器的方案，因此，只需要計算主減速器的傳動比即可。

2.5 參數匹配結果

根據前面公式計算，純電動貨車各部件參數匹配結果見表2。

表2 純電動貨車整車參數匹配結果

3 整車性能仿真

3.1 整車仿真模型

為了驗證參數匹配是否合理，利用CRUISE軟件搭建整車模型，對動力性和經濟性指標進行了仿真分析。仿真模型見圖1。

圖1 整車仿真模型

3.2 動力性仿真結果

純電動貨車最高車速和加速時間如圖2所示，汽車加速平穩，最高車速大于90km／h，滿足設定的目標車速。0—100km／h加速時間為22s，小于設定的25s，滿足設定目標。

本車型主要用于城市貨物運輸，汽車以10km／h勻速爬坡，最大爬坡度為28%，大于所設定的最大爬坡度20%，符合城市道路的要求。

3.3 經濟性仿真結果

對純電動貨車進行了NEDC工況和等速60km／h續駛里程仿真。NEDC工況，續駛里程為170km，等速60km／h續駛里程為240km，符合設計目標。

4 試驗對比

為了驗證動力系統參數匹配的合理性及仿真模型的可行性，對純電動貨車進行了動力性、經濟性試驗。仿真與試驗對比結果見表3。由表3可知，誤差值控制在5%以內。該結果表明，仿真指標與實車試驗結果比較吻合，誤差在可接受范圍內。

表3 動力性、經濟性仿真與試驗結果對比

5 結束語

本文以某純電動貨車為研究對象，依據整車動力性、經濟性指標對電動貨車的電機、電池、主減速器等部件參數進行了匹配。利用CRUISE軟件對整車性能進行了仿真，仿真結果表明，整車參數匹配合理且模型精度可信。