純電動客車Cruise模型參數(shù)修正與經(jīng)濟性研究

張顯勝，張宏瀟

（上海汽車集團股份有限公司 商用車技術(shù)中心，上海 200438）

純電動汽車具有“優(yōu)越的尾氣零排放的環(huán)保性能”、“能夠利用各種清潔能源”、“能量利用率高而節(jié)省能源”、“噪聲低”等優(yōu)點[1]，從而成為汽車產(chǎn)業(yè)的重要研究方向，也是未來汽車發(fā)展的趨勢之一。

1 純電動汽車建模

電動汽車動力總成系統(tǒng)的組成部分主要包括電池、電機、離合器、變速器、減速器以及車輪。本文的城市客車動力系統(tǒng)采用了特殊的雙電機結(jié)構(gòu)，無離合器、變速器，取而代之的是與電機安裝在一起的固定速比耦合箱，動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。整車基本參數(shù)見表1。

為了便于建立模型和方便計算，本文不研究雙電機的控制策略，僅將雙電機合并為一個電機處理，后輪雙排輪胎合并為單排輪胎，利用Cruise軟件搭建整車模型，如圖 2所示[2]。

表1 整車基本參數(shù)

Cruise軟件中參數(shù)眾多，有的參數(shù)是可以直接得到的，但有些參數(shù)是沒有辦法獲得的。因此，在建立模型之后必須進行修正[3]。本文主要討論純電動汽車在城市公交循環(huán)下運行的經(jīng)濟性，而在樣車試驗過程中，只測得了 40 km/h勻速行駛的續(xù)駛里程、0～30 km/h和 0～50 km/h的加速時間。因此，可以借助已有的試驗數(shù)據(jù)修正在Cruise軟件中建立的模型，進而模擬實際的中國典型城市循環(huán)工況下的經(jīng)濟性。

整車動力性的主要影響因素在于電機的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和電池的功率輸出，這兩者共同決定整車輸出的最大驅(qū)動力和功率[4]。加速時間計算公式[5]：

式中：δ是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；Ft是牽引力；Ff是行駛滾動阻力；Fw是風阻。

從上式可以清楚看出影響加速時間的因素，便于調(diào)整參數(shù)。

對于續(xù)駛里程的主要影響因素在于整車質(zhì)量、電池容量、滾動阻力系數(shù)和電機的效率，因此，要注意以上參數(shù)的設(shè)置。

需要特別說明的是：

1）供應(yīng)商提供的電機的MAP圖的數(shù)據(jù)點一般較稀疏，有必要對數(shù)據(jù)進行雙線性插值處理，觀察得到的三維曲面，修正一些異常點，盡量使曲面光滑，然后把處理后的數(shù)據(jù)導入到Cruise軟件中。

2）在運用理論公式計算續(xù)駛里程時，計算值總是偏小，且誤差很大，主要是因為電池的容量估計得偏小所致（一般假定電壓為標稱值），因此，在使用Cruise時，輸入更加接近真實情況的電池放電曲線，利用軟件的優(yōu)勢縮小這一誤差。

此外，滾動阻力系數(shù)對動力性和經(jīng)濟性都有比較大的影響[6]，也是不容易獲取準確數(shù)值的重要參數(shù)，一般可用空檔滑行距離進行校正[7]。

試驗結(jié)果：充滿電后以40 km/h勻速行駛至SOC為20%的續(xù)駛里程為160 km，0～30 km/h加速時間為7.33 s，0～50 km/h 加速時間為 16.08 s。

經(jīng)過修正后的模型的仿真結(jié)果：充滿電后以40 km/h勻速行駛至SOC為20%的續(xù)駛里程為155 km，0～30 km/h加速時間為7.03 s，0～50 km/h加速時間為17.02 s，誤差分別為3.13%、4.1%、5.8%?？梢钥闯?，此模型計算結(jié)果誤差很小，非常接近真實值，可以進行經(jīng)濟性研究。

2 經(jīng)濟性研究

為了更好地反應(yīng)真實情況，此研究基于中國典型城市工況的百公里電消耗[8-9]。在Cycle Run任務(wù)下建立三個循環(huán)時間的工況（為了提高計算精度），行駛時間為3 942 s，行駛距離為17.654 km，城市循環(huán)工況如圖5所示[10]。

仿真結(jié)果：耗電24.34 kW·h，折合成百公里電耗Ek=24.34/17.654×100=137.9 kW·h

參考國家標準[11]，耗電量和油耗之間的轉(zhuǎn)換公式：

式中：Ek為百公里耗電量，kW·h；Dfuel為燃料密度，g/cm3；Qfuel_low為燃料的低熱值，J/g；ηeng為發(fā)電工況下，發(fā)動機的平均工作率；Vfuel為折合后的百公里油耗，L。

對于柴油：Dfuel=0.85 g/cm3；Qfuel_low=43 000 J/g；柴油機平均工作效率大概是36%，則折算后的百公里油耗為

當前柴油價格為8.2元/L，上海工業(yè)用電價格為1.097元/kW·h，本項目的純電動城市客車的質(zhì)保期為150 000 km，所以，行駛150 000 km后傳統(tǒng)燃油車和純電動客車的燃料消費和電費分別為46.4萬元和22.7萬元，節(jié)省費用23.7萬元。

3 結(jié)束語

1）建立準確的仿真模型必須掌握一定的汽車理論知識和純電動車的總線連接知識，在發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果出現(xiàn)偏差或出錯時，能迅速找到影響參數(shù)。

2）在開發(fā)初期建立的模型有很大的誤差，隨著掌握信息的增加，要隨時校正整車模型，控制結(jié)果的誤差范圍，更好地為開發(fā)服務(wù)，縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本。

3）純電動城市客車在能耗使用成本上，大大優(yōu)于傳統(tǒng)城市客車，有利于大面積推廣。

[1]康龍云.電動汽車最新技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[2]王保華，羅永革.基于CRUISE的汽車建模與仿真[J].湖北汽車工業(yè)學院學報，2005，19（2）

[3]劉道東.消防車動力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配研究[D].太原：太原理工大學，2011.

[4]吳森，趙世科.串聯(lián)式混合動力電動汽車經(jīng)濟性研究[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2005，（1）

[5]余志生.汽車理論（第5版）[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.

[6]姜海斌，黃宏成.CRUISE純電動車動力性能仿真及優(yōu)化[J].機械與電子.2010，（4）

[7]GB/T 12536-1990，汽車滑行試驗方法[S].北京：中國標準出版社，1990.

[8]孫宏圖，王天靈，宋希庚.城市公交客車行駛工況研究[C].中國汽車工程學會年會論文集，2007.

[9]鄧超，石琴.基于道路工況的城市客車傳動系參數(shù)的優(yōu)化[J].汽車科技，2009，（2）

[10]清華大學機械工程實驗教學中心.發(fā)動機動態(tài)模擬試驗指導書[DE/OL].[2012-06-06].http://syskfgl.cic.tsinghua.edu.cn/sysgl.labcase.do?m=datail&P id=183¢er id=12¢er code=01305

[11]GB/T 19754-2005，重型混合動力電動汽車能量消耗量[S].北京：中國標準出版社，2005.