基于Advisor的純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力參數(shù)匹配

劉 新，凌 鵬

Liu Xin, Ling Peng

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

0 引 言

純電動(dòng)汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的典型代表，被認(rèn)為是汽車(chē)工業(yè)近期應(yīng)對(duì)環(huán)境污染和能源危機(jī)這兩個(gè)突出問(wèn)題的最主要對(duì)策和最現(xiàn)實(shí)的選擇之一。純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性一直是人們所關(guān)注的問(wèn)題，因此，如何提高純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性也成為純電動(dòng)汽車(chē)研究的主要方向。而良好的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配，能夠大幅度提高純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性，同時(shí)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程也有顯著的影響。研究純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力參數(shù)匹配，對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展有著重要的意義。

1 純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)分析與確定

純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力裝置參數(shù)包括驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率和傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，它們對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和續(xù)駛里程有很大影響。其中，評(píng)價(jià)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性的主要指標(biāo)有：最高車(chē)速Vmax（km/h）、加速時(shí)間t(s)和最大爬坡度imax。

汽車(chē)在行駛過(guò)程中，必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力Ff和空氣阻力Fw，還有上坡時(shí)的坡度阻力Fi和加速時(shí)的加速阻力 Fj。因此，汽車(chē)行駛的總阻力ΣF為

根據(jù)汽車(chē)的行駛阻力，可以得到汽車(chē)行駛方程式

式中，F(xiàn)t為汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力，N；m為汽車(chē)質(zhì)量，kg；g為重力加速度；f為車(chē)輪的滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為汽車(chē)的迎風(fēng)面積，m2；ua為汽車(chē)車(chē)速，km/h；α為坡度角；δ為汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，δ>1；為行駛加速度，m/s2。

1.1 電動(dòng)機(jī)的選擇

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是純電動(dòng)汽車(chē)的心臟，動(dòng)力的來(lái)源，電動(dòng)機(jī)功率的大小對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性的好壞產(chǎn)生直接影響。電動(dòng)機(jī)功率選擇過(guò)小，不能滿(mǎn)足汽車(chē)的加速性能和爬坡性能，而且電動(dòng)機(jī)會(huì)經(jīng)常處于滿(mǎn)載工況甚至過(guò)載工況，嚴(yán)重縮短了電動(dòng)機(jī)的使用壽命；電動(dòng)機(jī)功率選擇過(guò)大，雖然能夠滿(mǎn)足純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性要求，但是電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，降低了電動(dòng)機(jī)效率和能源使用率，浪費(fèi)電能，綜合經(jīng)濟(jì)效益下降。

1.1.1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的初步選取

設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)該首先保證純電動(dòng)汽車(chē)預(yù)期的最高車(chē)速，而最高車(chē)速越大，需要的電動(dòng)機(jī)功率越大，電動(dòng)汽車(chē)的后備功率大，必然使加速能力和爬坡能力得到提升。

由最高車(chē)速確定電動(dòng)機(jī)功率 Pe，此時(shí)，汽車(chē)的加速阻力和坡度阻力為零。

1.2 傳動(dòng)系參數(shù)的選擇

純電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和續(xù)駛里程有著顯著的影響，因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配是純電動(dòng)汽車(chē)研究的重要課題。

一般傳動(dòng)系的總傳動(dòng)比是傳動(dòng)系中各個(gè)部件傳動(dòng)比的乘積，即

式中，ig為變速器的傳動(dòng)比；i0為主減速器的傳動(dòng)比。

1.2.1 最小傳動(dòng)比的確定

直接擋的傳動(dòng)比就是最小傳動(dòng)比，因此可由最高車(chē)速來(lái)確定最小傳動(dòng)比，此時(shí)ig=1。即

式中，r為車(chē)輪的滾動(dòng)半徑。

1.2.2 最大傳動(dòng)比的確定

確定最大傳動(dòng)比時(shí)，要考慮最大爬坡度、附著率和汽車(chē)最低穩(wěn)定車(chē)速 3個(gè)方面的內(nèi)容。就一般汽車(chē)而言，傳動(dòng)系的最大傳動(dòng)比也就是變速器I擋時(shí)的傳動(dòng)比。

根據(jù)最大爬坡度確定的最大傳動(dòng)比

式中，Tmax為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，N·m。

1.3 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的復(fù)核

檢驗(yàn)初步選取的電動(dòng)機(jī)能否滿(mǎn)足純電動(dòng)汽車(chē)的爬坡能力和加速能力。

汽車(chē)的最大爬坡度為I擋時(shí)的爬坡度，此時(shí)忽略加速阻力。

計(jì)算加速時(shí)間時(shí)忽略坡度阻力。由汽車(chē)行駛方程式得

由此可知加速時(shí)間為

2 某型純電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)實(shí)例

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，文中設(shè)計(jì)的整車(chē)相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 某型純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)參數(shù)

由式（3）求得 Pe=18 kW。綜合各種因素，初步選定電動(dòng)機(jī)參數(shù)：額定功率 15 kW，最大功率45 kW，額定轉(zhuǎn)速3000 r/min，最大轉(zhuǎn)速6000 r/min，最大轉(zhuǎn)矩150 N·m。

3 動(dòng)力系統(tǒng)的仿真及結(jié)果分析

當(dāng)前評(píng)價(jià)整車(chē)性能主要有 CYC_ECE_EUDC、CYC_UDDS和CYC_HWFET 3種循環(huán)工況，我國(guó)是以CYC_ECE_EUDC循環(huán)工況為主，因此，在 CYC_ECE_EUDC循環(huán)工況下采用Advisor進(jìn)行仿真。

如圖1所示，循環(huán)周期是1225 s，行駛路程為10.93 km，最大車(chē)速為120km/h，平均車(chē)速為32.1km/h，最大加速度為1.06 m/s2，最大減速度為-1.39 m/s2，平均加速度為 0.54 m/s2，平均減速度為-0.79 m/s2，停歇時(shí)間為339 s，停車(chē)次數(shù)為13。仿真結(jié)果如表2所示。

表2 某型純電動(dòng)汽車(chē)仿真結(jié)果

仿真車(chē)速如圖 2所示，文中設(shè)計(jì)的純電動(dòng)汽車(chē)基本滿(mǎn)足CYC_ECE_EUDC循環(huán)工況的需求車(chē)速，表現(xiàn)出了很好的動(dòng)力性。

電池的SOC值變化如圖3所示。開(kāi)始階段，由于電池的放電極化現(xiàn)象導(dǎo)致SOC值下降嚴(yán)重，在SOC值達(dá)到0.68后，電池會(huì)在比較平穩(wěn)的區(qū)域工作。

4 結(jié) 論

基于 Advisor對(duì)某型純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，動(dòng)力參數(shù)的匹配滿(mǎn)足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，仿真模型的正確性得到了驗(yàn)證。Advisor不僅可以用來(lái)進(jìn)行性能結(jié)果的仿真，而且還提供了一個(gè)仿真平臺(tái)，為整車(chē)和部件參數(shù)的設(shè)計(jì)和研究提供了便捷方法，提高了工作效率。

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