淺析電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的設(shè)計(jì)和仿真

郭偉東

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 211188）

淺析電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的設(shè)計(jì)和仿真

郭偉東

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,南京 211188）

動(dòng)力性能是衡量汽車好壞的基本標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車保有量的不斷增加，這對(duì)電動(dòng)汽車的技術(shù)提出了更高的要求。現(xiàn)代汽車要求節(jié)能、環(huán)保、噪音低和舒適性，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要包括最大爬坡度、加速能力和最大速度等。本文通過(guò)分析電動(dòng)汽車動(dòng)力動(dòng)力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真，建立了整車仿真參數(shù)，并且運(yùn)用PSTA軟件進(jìn)行計(jì)算電動(dòng)汽車動(dòng)力性能，得了一系列純電動(dòng)汽車的動(dòng)力參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)，以期能夠?qū)﹂_(kāi)發(fā)和制造電動(dòng)汽車提供一些幫助。

電動(dòng)汽車;動(dòng)力性能;設(shè)計(jì);仿真

目前，在汽車發(fā)揮其重要交通作用的同時(shí)，在當(dāng)今能源趨緊的現(xiàn)狀下，開(kāi)發(fā)新能源汽車越來(lái)越迫切。電動(dòng)汽車的出現(xiàn)可能解決節(jié)能、環(huán)保、舒適性等難題。為了追趕社會(huì)的快速發(fā)展，研究電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和仿真變得尤為重要。

1 動(dòng)力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真分析

1.1 牽引力

作為電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿υ?，最大牽引力受輪胎和地面接觸時(shí)的最大牽引力的而影響，主要具有兩個(gè)工作特性，即：恒定功率模式工作和恒扭矩模式工作。在全車速范圍內(nèi)，對(duì)于理想的電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，護(hù)腰是以恒功率模式工作。假設(shè)電動(dòng)汽車的牽引力為Ft，那么其公式為：

公式中，Tw代表電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Tp代表傳到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩，η代表傳動(dòng)效率及主減速器轉(zhuǎn)動(dòng)比，ig代表減速器與變速器傳動(dòng)比。

1.2 最高車速、加速能力和最大爬坡度

在良好的道路條件下，電動(dòng)汽車在最大轉(zhuǎn)速下取得速度就是最高車速。電動(dòng)汽車的牽引力影響著電動(dòng)汽車的最高車速，并且因?yàn)殡妱?dòng)汽車的自重也會(huì)受到一定的影響。其公式為：

電動(dòng)汽車原地起步的加速時(shí)間和超車時(shí)間確定了電動(dòng)汽車的加速能力。即按照最佳換擋時(shí)間，用一檔或二擋在原地起步，逐漸換到最高檔，加速到某一預(yù)定距離或車速所需的時(shí)間。

電動(dòng)汽車的最大爬坡度是在抵擋時(shí)的爬坡能力，是指以一檔爬坡時(shí)，在良好的道路上所取得的坡度。整車的動(dòng)力性能指標(biāo)包括：最高車速：50km/h；加速時(shí)間0～40km≤20s；最大爬坡度≥15%；蓄電池放點(diǎn)深度能夠滿足以40km/h行駛20km的要求。

1.3 續(xù)航里程仿真分析

在蓄電池滿電狀態(tài)下，電動(dòng)汽車可以行駛的里程數(shù)就是續(xù)航里程。續(xù)航里程能夠衡量電動(dòng)汽車重要性能，是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池、傳動(dòng)系統(tǒng)效率等重要指標(biāo)。計(jì)算續(xù)航里程，本文采取了等速法和工況法兩種方法。

最大質(zhì)量1900kg，整車整備質(zhì)量為1520kg，車速在20km/h時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速在1472r/min上，續(xù)駛里程為260km；車速在30km/h時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2208r/min，續(xù)駛里程為280km；車速在40km時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2946r/min，續(xù)駛里程為253km；車速在50km/h時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3680r/min，續(xù)駛里程為257km；車速在60km/h時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4420r/min，續(xù)駛里程為237km。

由此可見(jiàn)，在以30km/h的速度行駛時(shí)，符合對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航要求，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程為280km。隨著電動(dòng)汽車車速的提高，電池放電量會(huì)增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速提高，蓄電池的電量減少，會(huì)導(dǎo)致續(xù)航里程下降。由于頻繁起步，在工況法下，電動(dòng)汽車會(huì)在大功率狀態(tài)下運(yùn)行，導(dǎo)致續(xù)航里程減少，電量消耗過(guò)大。

2 整車設(shè)計(jì)參數(shù)

對(duì)于電動(dòng)汽車和仿真成功性等來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車的整車設(shè)計(jì)參數(shù)具有很大的影響力。一款電動(dòng)汽車的整車參數(shù)為：總長(zhǎng)×總寬×總高為3880×1690×1630mm，滿載整車質(zhì)量為1800kg，軸距為2440mm，質(zhì)心距前軸距離為976mm，質(zhì)心距后軸距離為1464mm，最小轉(zhuǎn)彎直徑為6m，輪距為1471/1471mm。

3 動(dòng)力性能仿真分析

本文仿真模擬計(jì)算采用了美國(guó)Argonne實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的PSAT軟件，其采用向前仿真模擬計(jì)算算法，是一款功能強(qiáng)大的電動(dòng)汽車仿真模擬軟件，PSAT仿真軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加接近電動(dòng)汽車車輛。算法更為準(zhǔn)確，能夠加快仿真速度，但是其計(jì)算速度很慢，可以在較短時(shí)間連續(xù)運(yùn)行多個(gè)仿真速度。

3.1 PSAT的基本功能

PSAT能夠從動(dòng)力單元流向冬季輪，能夠做到能量和實(shí)際的方向流向一致。目前， PSAT強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)可以進(jìn)行更為精確的模擬計(jì)算，包括了180多種可能的動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)。另外，PSAT軟件還能夠簡(jiǎn)單地優(yōu)化電動(dòng)汽車的各個(gè)部件，方便制造高級(jí)動(dòng)態(tài)模型，能夠選擇最好的傳動(dòng)系統(tǒng)，優(yōu)化控制策略。

3.2 動(dòng)力性能仿真結(jié)果分析

計(jì)算電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能指標(biāo)、最高車速、爬坡度和加速能力等，本文采用了PSAT進(jìn)行仿真模擬，首先為了獲得電動(dòng)汽車動(dòng)力性能指標(biāo)的仿真程序，本文建立一個(gè)0～160km/h的100s的工況，從而獲得計(jì)算數(shù)據(jù)：電動(dòng)汽車半載狀態(tài)下，0～50km/h加速時(shí)間為7，50～80km/h加速時(shí)間為9.4，最大爬坡度為22.2，最高時(shí)速為158.2km/h；滿載狀態(tài)下0～50km/h加速時(shí)間為7.9,50～80km/h加速時(shí)間為10.7，最大爬坡度為21.5，最高時(shí)速為158.7km/h。由此可見(jiàn)，電動(dòng)汽車的主要性能最高車速、最大爬坡度以及加速性能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，基本滿足需要。但是電動(dòng)汽車的性能在復(fù)雜路況中仍然需要不斷地仿真計(jì)算。

4 結(jié)論

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，石油資源日益匱乏，電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，研究和開(kāi)發(fā)已經(jīng)不可阻擋，在未來(lái)，電動(dòng)汽車會(huì)成為主要代步工具之一。通過(guò)計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)軟件進(jìn)行模擬，電動(dòng)汽車達(dá)到預(yù)期動(dòng)力性能指標(biāo)，符合整車的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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[3]李飛.電動(dòng)汽車總體設(shè)計(jì)及其性能仿真與優(yōu)化[D].長(zhǎng)安大學(xué),2012(05)：7.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.053

郭偉東（1975-）,男,江蘇丹陽(yáng)人,碩士,講師,主要研究方向：汽車檢測(cè)技術(shù)。