純電動汽車動力系統選型匹配及仿真分析

趙暢 朱春紅 梁時光 龍建

摘 要：純電動汽車動力系統的選型及匹配是整車開發過程中的關鍵問題。文章根據整車參數及性能指標，通過對動力系統進行匹配及計算確定驅動電機及動力電池組的關鍵參數。基于cruise仿真軟件，搭建純電動汽車仿真分析模型，并進行動力性及經濟性的仿真分析。根據仿真結果與試驗實測數據進行對比分析，進一步確定仿真模型的合理性，為后續仿真優化工作奠定了基礎。

關鍵詞：純電動汽車;系統匹配;仿真分析;Cruise

中圖分類號：U469.72? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-15-04

Abstract： The selection and matching of electric vehicle power system is a key issue in the development process of the whole vehicle. According to the vehicle parameters and performance indicators， the key parameters of the motor and the power battery pack are determined by matching and calculating the power system. Based on the cruise simulation software， a pure electric vehicle simulation analysis model is built， and the dynamic and economic simulation analysis is carried out. According to the comparison between the simulation results and the experimental data， the rationality of the simulation model is further determined， which lays a foundation for the subsequent simulation optimization.

Keywords： Electric vehicle; System matching; Simulation analysis; Cruise

CLC NO.： U469.72? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-15-04

前言

隨著科技的進步與世界經濟的發展，能源短缺，環境污染成為目前全世界關注的重要問題。如何更高效地利用能源，與環境的和諧共處是當今社會發展面臨的一個重大課題之一[1-4]。純電動汽車由于具有動力響應快，節約能源，降低污染的優點，已成為目前新能源汽車的重點發展方向。

本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。

1 動力總成系統選型匹配計算

純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成[5]。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。

為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表1-2所示。

1.1 驅動電機選型計算

1.1.1 最高轉速及基速

最高車速可由以下公式計算得出：

可得到電機的最高轉速為nmax=2274.04r/min;電動機的最高轉速與額定轉速的關系可用擴大恒功率區系數β來表示，根據關系式可得電機的基速n0：

因此，取最高轉速和基速分別為2500 r/min和780r/min。

1.1.2 功率匹配

對于驅動系統峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。

2 模型建立及仿真分析

2.1 仿真模型建立

本文采用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立，靈活的模塊化理念使得Cruise可以對任意結構形式的汽車傳動系統進行建模和仿真，同時完善的算法程序保證了較快的運算速度和計算精度[6]。

依據純電動客車動力的傳輸路線可以建立車輛的仿真模型，并輸入各部件所需的參數，如圖2所示。

2.2 性能仿真分析

2.2.1 整車動力性分析

純電動汽車的動力性評價指標為最高車速，某一車速下的最大爬坡度和起步加速時間。

（1）整車最高車速及加速時間分析

利用Cruise計算任務中的全負荷加速性能任務計算了純電動汽車在加速過程中的最高車速和加速時間。如圖3所示。

由圖中可以得到純電動汽車最高車速可達到73 km/h，符合設計目標值。同時，由圖可得到該純電動汽車從靜止加速到50 km/h的加速時間為14.12s，小于設計的目標值18s，故滿足要求。

（2）最大爬坡度分析

盡管在市區路況下不存在如同鄉村公路那樣非常極端的陡坡，但是隨著城市化水平的提高，交通基礎建設的拓展，市民對高架橋以及室內環線或高速的依賴性增強，因此即使是在城市中也必不可少的存在高架橋的上下坡，而此時則必須考慮車輛的爬坡性能。設計不當導致爬坡能力的不足會對交通線的暢通帶來不必要的麻煩，并且也潛在溜車等交通事故的發生。因此，檢驗車輛的最大爬坡度是一個非常重要的環節。

2.2.2 整車經濟性分析

純電動汽車的經濟性評價指標為續駛里程和電耗。本文分別以40km/h等速和CCBC兩種工況條件對純電動汽車進行仿真分析，計算兩種工況下的百公里能耗和續駛里程。

（1）40km/h等速工況下的百公里能耗和續駛里程分析

圖5反映了在40km/h等速行駛工況下電池SOC值與行駛距離的關系。經計算，在動力電池組放電深度為85%的條件下，40km/h等速工況百公里能耗為54.61kwh/100km，續駛里程值大于設計的目標值160km，滿足設計要求。

（2）CCBC工況能耗分析

中國典型城市公交循環即CCBC工況對于城市客車的能耗分析具有深刻意義，其車速和時間關系如圖所示。

4 結論

本文以某純電動汽車作為研究對象，首先進行了動力總成系統的選型匹配計算，并利用Cruise軟件進行了整車仿真模型的建立。基于仿真模型進行了動力性和經濟性的計算分析。結果表明，整車參數匹配結果合理且模型具有較高的正確性，為后續的開發優化奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]????? 任田園，宋偉萍，馮乾隆，等.基于Cruise的電動汽車仿真分析[J]. 汽車實用技術， 2018， 276（21）：11-12.

[2] 趙暢，張昕.增程式電動商用車能量管理控制策略研究[C]//2015中國汽車工程學會年會.2015.

[3] 黃菊花，徐仕華，劉淑琴，等.電動汽車動力參數匹配及性能仿真[J]. 南昌大學學報（工科版）， 2011， 33（4）.

[4] 李濤，陳猛.增程式公交車動力系統設計及實例化研究[J].中國機械工程.2011，22（14）：1758-1763.

[5] 李勝琴，于博.基于CRUISE的純電動汽車動力參數匹配設計及仿真[J].森林工程，2019， 35（01）：84-90.

[6] 吳劍，張承慧，崔納新，等.CRUISE軟件及其在電動汽車仿真中的應用[C]//中國電動車輛學術交流會.200.