純電動汽車匹配及優化分析

賴征海，曹雪飛，劉殿科

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著汽車工業的逐步發展，能源危機問題日益加劇，減少石油利用率迫在眉睫，節能減排及降低燃油消耗已經成為汽車研發所面對的永恒的話題。純電動正式解決這一困境的優選方案，它需將汽車技術、電機驅動技術、動力電池技術及現代控制理論結合在一起的產物，實現系統集成優化，同時排放是零。國內外爭先開發這一項技術，國外主要以日本為代表新能源展開研究，在電機技術比較領先。國內目前電機及電池技術有很多領先企業，目前電機主要以永磁為主，電池主要以三元為主，能量密度大，成本相對偏高，隨著產業不斷更新，價格在逐年降低，很適合車輛使用。磷酸鐵鋰電池僅此其后，成本低，能量密度偏低很多主機廠也都在適配車輛。主機廠研發車型主要以比亞迪為代表，多模塊化，平臺化推進車型，新勢力企業也都在平臺化研發車輛。本文主要研發的汽車車型同樣以平臺化展開，主要是‘3+2’模式平臺化，通過這種模式可以整體提高效率，降低成本等，第一個3主要指電機、電機控制器、減速器合為一，第二個2主要是DCDC、PDU進行合為一，無論從整車幾何布置，性能集成上較其他散件開發大大節約成本、周期。

1 整車動力性經濟性匹配分析

1.1 整車目標定義及選型

本文車輛開發目標來源于市場競品車型，最終定義開發車輛的性能指標為，1km 最高車速不低于 140km/h，30min最高車速不低于120km/h，0到50km/h加速時間小于4.5s，0到 100km/h加速時間小于 13s，整車滿載最大爬坡度大于30%，NEDC工況續航里程大于300km。

目標定義后，進行整車匹配如下：

根據以上公式可以計算出整車需求的持續功率由 30min最高車速決定；最高轉速基本由最高車速決定；電機的峰值轉矩由最大爬坡度決定；由0-100km/h加速時間可計算出電機需求的峰值功率；電池電量可根據續航300km計算匹配選出電機、電池等參數，最后確定如下需求：

電機峰值功率大于90kw，額定功率大于45kw；速比大于9，電池初步估算電量45kwh；車輛整備質量為1450kg；將所選電機及電池參數提供部件部門，選取滿足要求電機后，輸出給系統集成部門進行匹配驗證。

1.2 正向仿真分析校核

基于AVLCruise軟件進行正向仿真分析，整車提供電機特性曲線和電池數據及基本參數如下：

表1 基本參數表

圖1 物理模型

1）建立整車模型，利用 Cruise軟件進行對所選取的參數進行模擬仿真分析，評估各項性能情況。根據整車參數，完成整車仿真模型搭建，對 Vehicle、gearbox、BMS、generator、battery 以及driver 等各個模塊進行定義設置，完成仿真參數設置，并根據汽車動力傳遞路徑，完成各個模塊數據傳遞和仿真信號連接。其仿真模型如圖1所示[1]。

2）控制策略分析

本文針對電動車特性進行制動回收策略制定，采用串聯回收方案，電池回收窗口值15%-95%，車速低于10km/h不進行回收，減速度大于1.5m/s2，不回收基本原則。前后輪進行制動力分配，前輪采用串聯回收模式。策略如圖2所示。

圖2 軟件聯合仿真

1.3 仿真分析結果分析結果

30min最高車速大于128km/h，1km最高車速為145km/h，0-100km/h加速時間為12.4s，最大爬坡大于30%，續航里程大于308km，百公里能耗14.2kwh/100km。

圖3 綜合工況能耗

2 整車動力性經濟性試驗驗證

隨著項目開發進程，試驗車進行試制完成，對此試驗車進行性能測試，試驗采用 VMS采集設備直接讀取車輛的速度信號，通過vector設備讀取VCU里信號如下，整車需求扭矩，電機限制扭矩，電機實際扭矩，電機轉速，車輛速度，通過這些數據進行對整車狀態進行分析[2]。

測試結果，30min最高車速為 132km/h，50到 80km/h加速時間為4.05s，續航里程測試為311.2km，0到100km/h加速時間13.3s，不滿足開發設計目標。

在測試中加速時間不滿足開發目標，進行整車排查問題，排查思路整車動力進行排查，動力方面控制邏輯和電機輸出扭矩進行排查，控制邏輯進行 VCU請求扭矩核查，電池輸出狀態修正。電機進行限制扭矩修正，電機輸出扭矩響應進行修正，最終0-100加速時間測試結果12.2s，此車從駕駛性方面，電機扭矩響應符合駕駛員需求，基本達到此車開發狀態。

3 整車能耗優化方案

盡管整車里程達標，依然進行整車能耗進行優化。優化方案如下：

第一，整車阻力優化，整車阻力主要包括空氣阻力，滾動阻力和內阻。通過加裝下護板，格柵導流板，進行優化風阻。輪胎后期更換滾阻輪胎，滾動阻力由0.0085變到0.0075，內阻主要是在保證安全情況下減小拖滯力矩方案。控制邏輯上進行優化[3]。

第二，電池熱管理進行優化，水泵功率改進及控制優化，最后進行保證安全情況下進一步加大電池窗口值。回收策略上進行優化，調整回收車速門限值和減速度的要求[4]。重新進行能耗及續航里程測試，改進后里程為 332.5km，能耗12.6kwh/100km。

4 結語

本文對電動車進行匹配、正向仿真、試驗、優化分析，貫穿了整個電動車開發過程，最重要是在開發中整改動力性及優化能耗，采取改進標定措施、優化阻力措施，最終通過臺架試驗驗證得到的不錯的效果，本文有很多欠缺地方，整車能耗優化措施還有附件能耗是非常重要一部分，完全可以在降低附件能耗繼續優化程序和硬件，依然會提升續駛里程。對整車開發中遇到的動力性經濟性問題起到指導意義。