基于Cruise的某電動廂車模型設計與應用

鄧家飛

摘 要：主機廠對整車性能進行摸底，目前主要有三種方式仿真模擬、轉鼓臺架測試以及實際道路測試。在整車研發過程中，驅動系統是整車動力的來源，是整車動力性能的貢獻者，同時也是整車經濟性能的能耗集中點；隨著國家政府的大力提倡發展新能源汽車，國內市場各主機廠及零部件廠商形成了百家爭鳴的良好競爭景象，正如此，新產品的迭代日益頻繁，對整車開發周期、成本、性能等把控提出了新的挑戰；根據項目車型開發思路，在產策通過市場調研、競品分析等方式明確市場定位及初步確定整車性能目標，系統工程師通過匹配計算選型合適部件后，將進行仿真模擬驗證階段；仿真模擬則以成本低，效率高、靈活性強、實用性強、周期短，不受場地環境限制等長處，在項目之初，對整車確定動力性及CLTC經濟性目標有著重要指導意義，縮短設計周期和設計成本，降低試制成本和試驗成本，減少過程資源的浪費；本文將通過在實際項目開展中用Cruise仿真進行模型設計及應用。

關鍵詞：新能源汽車 仿真 動力性 CLTC 經濟性 整車性能

1 引言

1.1 項目介紹

該純電動廂車項目整車架構為單電機后置后驅的純電動廂車，采用單級減速器，省去多級能量傳遞；采用了平行橋的驅動構型，取消了傳動軸等傳動部件，增加整車底盤后半區空間利用率，降低整車成本及動力傳輸過程中能量的損耗，同時平行橋這種構型可以增加整車速比的擴展性，更容易實現速比的變化，便于系列產品平臺化且便于維修；電池作為唯一能源為驅動電機及整車高壓附件供能。

1.2 動力性評價分析

驅動系統是純電動汽車動力的源泉，作為市場競爭中眾多關鍵因素之一，是C端及B端客戶考量該產品最基本，最重要標準之一，深受客戶關心。根據國家相關法規規定，動力性主要包括瞬時最高車速、持續最高車速、爬坡能力、加速能力等。由于該項目為小噸位純電動商用廂車，主要考量爬坡能力、持續最高車速、加速能力需滿足整車動力性目標。

1.3 經濟性評價分析

在1.2基礎之上，純電動汽車的經濟性也是C端及B端客戶較為關心的性能，它決定了該產品使用價值，日常經營范圍、里程需求等。通過以恒速行駛一段時間或者以特定工況運行時，所消耗的能量來進行評價。續航里程及單位能量消耗率是市場較普遍的評價方式。它表征了整車的電耗水平、效率高低。電耗越低，效率越高，可使用里程范圍更大。

2 項目整車參數及性能目標

3 仿真建模

3.1 軟件簡介

Cruise仿真軟件作為目前動力性經濟性使用頻度較高的軟件之一，將汽車零部件分為各個離散模塊，便于用戶根據不同需求及不同結構來進行整車模型搭建；典型應用在汽車行業做經濟性、動力性（起步、加速、最高車速、爬坡等）、能耗等計算和優化，同時在設計階段還便于對整車匹配及傳動系統（AT、AMT、CVT、DCT等）、動力系統（各類電動機、各類發動機）、儲能系統（各類電池、電容）等部件優化，提升整車性能，縮短設計周期，降低開發成本；模型搭建一般分為機械布置、信號連接、策略控制三部分：

（1）機械布置： 根據項目整車架構及部件總布置，進行模型各部件模塊的布置，符合整車上各零部件相對位置，界面整潔美觀，便于后續調整優化。

（2）信號連接：對整車各部件輸入輸出信號進行邏輯性連接。

（3）策略控制：通過軟件的Function模塊用戶可根據整車策略（比如能量回收策略）進行自定義函數計算，見圖1。

該模型經過機械布置、信號連接，策略控制三個部分完成，其中包括電池系統（Battery）、驅動電機系統（Electric Motor）、策略模塊（Function）、制動器系統（Brakes）、消耗原件（Electric System）等系統組成。同時添加動力性經濟性計算任務：滿負荷加速性能分析（Full Load Acceleration）、循環行駛工況（Cycle Run）、穩態行駛性能分析（Constant Drive）、爬坡性能分析（Climbing Performance）等計算模塊，該軟件有強大的求解器，進行仿真計算時運行時間極大的縮短。

3.2 驅動系統匹配選型參數見表3

4 仿真結果及分析

4.1 加速時間及最大車速，見圖2

仿真結果顯示，0-50km/h加速時間為5.9s；50-80km/h加速時間為7.5s，分別滿足整車性能目標8s和10s，加速性能達標；理論最大車速可以達到98km/h，遠遠高于性能目標80km/h，但由于整車控制策略限速，整車正常車速不會高于80km/h，有充足的裕量增加后續車型的擴展性及性能提升。

4.2 爬坡能力，見圖3

仿真結果顯示，該純電動廂車極限爬坡度為27.45% ，速度為1km/h；在實際道路工況下，一般需滿足15km/h的爬坡能力，由上圖可知，在15km/h速度下，爬坡度為27%，仍滿足整車爬坡目標20%需求，爬坡性能達標，并有一定裕量應對市場極限工況，提升市場競爭力。

4.3 經濟性及能耗，見圖4、圖5

續航里程與電耗成反比，電耗越低，續航里程將更長；根據仿真結果顯示，百公里電耗為16.8kwh/100km，低于整車經濟性電耗，續航里程將持續更長；由上圖顯示該純電廂車續航里程為238.3km，滿足整車經濟性目標220km，且比目標多8%的里程裕量，續航里程達標。

5 結語

針對對某純電動廂車項目，根據性能目標參數，完成驅動系統驅動電機及動力電池的選型，并且依托Cruise軟件強大的模型搭建及計算任務設置進行仿真計算結果顯示，動力性（最高車速、爬坡能力、加速時間等）及經濟性（續航里程、百公里電耗等）均能達到整車性能目標，滿足整車開發需求，并且有一定裕量，提升市場競爭優勢，或為后續平臺性能擴展留有提升空間。

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