純電動載貨車動力性和經濟型參數設計

王勇

摘 要：依據汽車動力性、經濟性指標對載貨車的動力電機和動力電池進行參數匹配。并利用 CRUISE 軟件搭建整車模型，對該車進行了最高車速、加速時間、最大爬坡度及經濟性仿真分析。

關鍵詞：載貨車;動力性;經濟性;參數匹配;仿真分析

中圖分類號：U461.2 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）05-01-03

Abstract： According to the dynamic and economic indexes， the parameters of the power motor and the power battery of the truck are matched.The vehicle model is built by CRUISE software， and the maximum speed， acceleration time， maximum climbing slope and economy simulation analysis are carried out.

Keywords： Truck; Dynamic performance; Economic performance; Parameter matching;Simulation analysis

前言

目前，純電動商用車主要運用在市內配送、港口運輸以及特定作業環境下的市場，和常規能源商用車相比，純電動最直接的特點就是驅動動力不一致，純電動汽車用電動機替代傳統的發動機，以高能量動力電池組替代燃油箱，同時增加控制器系統以控制車輛按照駕駛員的意圖進行行駛。因此合理的匹配電動機、動力電池參數以及優化控制邏輯是提高車輛動力性和經濟性的主要手段之一。

本文以純電動廂式運輸車為研究對象，按照車輛動力性和經濟性指標要求，對電動機和動力電池等關鍵部件進行參數匹配，并利用CRUISE軟件對整車進行性能仿真優化控制邏輯。

1 整車方案

目前純電動商用車動力總成形式和布置不同可分為三種結構：

圖1為電動機直驅方案結構相對比較簡單，為滿足車輛動力性能電動機需要較大的扭矩，此結構主要應用在對動力性要求不高的輕型車輛;圖2為電機+變速器方案，通過變速箱不同檔位的調節可以滿足車輛在不同工況下的動力性要求，此結構主要應用在中、重車型;圖3為輪轂電機方案，傳動鏈效率高，但非簧載質量大，對車輛平順性影響較大同時該方案結構復雜導致成本比較高。考慮到將要開發車型的市場定位以及開發成本，本項目采用電動機直驅方案。

純電動輕型載貨車主要由車身系統、底盤系統、動力系統及電氣附件等構成，其動力系統主要由動力電池及管理系統、驅動電機及控制系統等組成，電氣附件主要包括電動空調壓縮機、PTC加熱器、電動轉向油泵等。純電動輕型載貨車主要總成部件如圖下所示。

2 動力總成系統主要參數匹配

2.1 整車指標

2.2 驅動電機的參數確定

2.2.1 驅動電機功率確定

驅動電機的最高功率通常需要滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時間的要求。

式中：va為爬坡速度，取15km/h，δ為汽車旋轉質量換算系數，取1.08;vm為加速末的速度（m/s）;tm為汽車的加速時間（s）;x取0.5;dt為迭代步長，通常取0.1;ηt為傳動系統機械效率，取0.95。

由上述計算結果可知，電機額定功率應不小于30kW，電機峰值功率應不小于65kW。

2.2.2 驅動電機轉速確定

式中，n 為電機額定轉速;ig為變速器最高擋位速比;io為驅動橋速比4.875;r為輪胎滾動半徑327mm（6.00R15/ 10PR）。

電機最高轉速>3600rpm。

2.3 動力電池參數確定

目前常用的的動力電池均選用鋰離子電池，能量按照電池SOC100%到SOC10%計算。按照GBT 18386-2017 電動汽車 能量消耗率和續駛里程 試驗方法要求進行（40±2）km/h的等速計算動力電池參數。

式中，Qb為動力電池電量;L為續駛里程220KM;Vh為行駛車速;ph為 Vh （40km/h）對應的電機功率10.3KW;pimax為電氣附件最大功率2KW; SOC =100%為最小剩余電量。

由以上計算可得動力電池電量應該大于62KWh。

3 基于CRUISE的純電動輕型載貨車性能仿真

3.1 仿真模型搭建

AVL Cruise是AVL公司開發的一款整車及動力總成仿真分析軟件。它可以研究整車的動力性、燃油經濟性、排放性能及制動性能，是車輛系統的集成開發平臺。AVL Cruise軟件已經成功的在整車生產商和零部件供應商之間搭建起了溝通的橋梁（3）。在Cruise軟件中建立仿真模型，如下圖：

3.2 仿真結果輸出

3.2.1 動力性仿真結果

3.2.2 經濟性仿真結果

4 道路試驗

為驗證參數匹配過程的合理性以及仿真模型的可信性和可行性，對純電動輕型載貨車進行道路試驗。

4.1 動力性試驗

空載和重載最高車速、加速能力、爬坡能力試驗參照標準GB/T 18385《電動汽車動力性能試驗方法》進行測試。

4.2 經濟性試驗

重載（車貨總重4.25噸）狀態下，等速40km/h、城市續航、綜合工況續航試驗方法參照標準GB/T18386-2017《電動汽車能量消耗和續駛里程試驗方法》。

通過道路試驗和仿真數據對比，我們可以發現兩者數據基本一致，因此可以認為前期匹配計算的驅動電機和動力電池參數是在合理的范圍內。

5 結論

本文以純電動輕型載貨車為研究對象，根據整車性能指標確定了整車動力總成形式并對驅動電機和動力電池主要參數進行了參數匹配。利用CRUISE軟件搭建了車輛仿真模型，對動力性和經濟性指標進行仿真，仿真結果與試驗結果對比表明，該純電動輕型載貨車動力系統參數匹配過程合理。

參考文獻

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[2] 張克鵬.純電動汽車經濟性動力性分析操作指導書.

[3] 趙強.純電動牽引車動力系統參數匹配與仿真[J].汽車實用技術， 2012（09）.