純電動物流車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真分析

吳智勇

摘要：以設(shè)計一款實用的純電動物流車為目的，根據(jù)車輛的動力性能要求，對車輛動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配，運用AVL-Cruise軟件搭建整車仿真模型，分析了整車的動力性能和經(jīng)濟性能，驗證了匹配設(shè)計的正確性。

關(guān)鍵詞：純電動物流車；動力性；經(jīng)濟性；仿真

1.引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源匱乏等問題日趨嚴(yán)峻，傳統(tǒng)化石燃料車輛的弊端也在不斷顯現(xiàn)出來，研發(fā)更加節(jié)能環(huán)保的交通工具是當(dāng)今汽車行業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。純電動汽車相比于傳統(tǒng)汽車具有結(jié)構(gòu)簡單、無排放污染、噪聲低、能量轉(zhuǎn)換效率高等顯著優(yōu)點。

純電動物流車在純電動汽車的發(fā)展普及過程中具有更明顯的優(yōu)勢。純電動物流車型通常用于城市內(nèi)部間的物件派送，對車輛續(xù)駛里程的要求不高，且可在夜間閑時進(jìn)行集中充電，很好地克服了當(dāng)前純電動汽車所存在的缺點與不足。AVL-Cmise軟件可以用于傳統(tǒng)汽車及新能源汽車的動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、尾氣排放系統(tǒng)的輔助開發(fā)以及整車性能的仿真與優(yōu)化。

2.整車參數(shù)和設(shè)計要求

2.1純電動物流車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

純電動物流車沿用了傳統(tǒng)內(nèi)燃機車輛的動力系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，用驅(qū)動電機取代內(nèi)燃機作為車輛的動力源，并配備電機控制器以及適當(dāng)容量的車載動力電池等，采用后輪驅(qū)動的方式，動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2.2純電動物流車整車參數(shù)

純電動物流車整車參數(shù)及變速器參數(shù)如表1、表2所示。

2.3設(shè)計要求

所開發(fā)的純電動物流車的性能要求如表3所示。

3.動力系統(tǒng)參數(shù)匹配

3.1驅(qū)動電機參數(shù)匹配

驅(qū)動電機作為純電動汽車的唯一動力來源，它的性能在很大程度上決定了純電動汽車整車的性能。因此，驅(qū)動電機的合理選擇及參數(shù)匹配，是純電動汽車動力系統(tǒng)的研究設(shè)計與性能優(yōu)化的關(guān)鍵因素。

4.基于Cruise的整車建模與仿真

4.1整車模型的建立

依據(jù)純電動物流車的結(jié)構(gòu)，將車輛各個部件模塊逐一添加至cmise建模平臺中，建立正確的電氣連接與機械連接，隨后將完整的數(shù)據(jù)輸入到各個模塊中，設(shè)置所需的計算任務(wù)并開始進(jìn)行仿真計算。

模型中包括整車參數(shù)模塊、變速器模塊、主減速器模塊、車輪模塊、制動器模塊、驅(qū)動電機模塊、差速器模塊、駕駛員模塊、防滑模塊、電池模塊、制動控制模塊、驅(qū)動控制模塊、監(jiān)控模塊、常數(shù)設(shè)置模塊等。

4.2計算任務(wù)的設(shè)定

動力性能和經(jīng)濟性能是評價車輛性能優(yōu)劣的主要依據(jù)。本次分析中純電動物流車的主要計算任務(wù)包括在中國典型城市循環(huán)工況下的仿真計算、40km/h勻速工況下的仿真計算、0-50km/h加速時間計算、最大爬坡度的計算以及最高車速的計算等。

中國典型城市循環(huán)工況總行駛里程約為5.9km，歷時1314s，最高車速60km/h，具體工況如圖3所示。

5.計算結(jié)果分析

5.1動力性能仿真結(jié)果

5.1.1爬坡性能

由仿真結(jié)果可得，所匹配設(shè)計的純電動物流車在滿載條件下的最大爬坡度約為33%，車速為17km/h時的爬坡度約為26.1%，滿足車輛對爬坡性能的設(shè)計要求。圖4為該車在滿載條件下的爬坡性能曲線。

5.1.2加速性能

由仿真結(jié)果可得，所匹配設(shè)計的純電動物流車在滿載條件下從車速為零加速至50km/h所需的時間約為10.1秒，加速性能優(yōu)良。

5.1.3最高車速

圖6為滿載條件下車輛加速過程中驅(qū)動功率與阻力功率平衡曲線，其中阻力包括滾動阻力、加速阻力、風(fēng)阻阻力和坡度阻力等。從圖中可以得出該車在滿載條件下最高車速約為100km/h，滿足對最高車速的設(shè)計要求。

5.2經(jīng)濟性能仿真結(jié)果

5.2.1循環(huán)工況

由仿真結(jié)果可得，該車半載條件下在中國典型城市循環(huán)工況下行駛一個循環(huán)耗電量約為2.87kWh，折算后為48.64kWh/100km。圖7為循環(huán)工況下電池SOC值變化曲線，直至循環(huán)工況結(jié)束，電池SOC值由初始90%降至86.12%。圖8為城市循環(huán)工況下驅(qū)動電機工作點云圖。從圖8中可以看出，電機在循環(huán)工況下基本工作在高效率區(qū)。

5.2.2勻速工況

由仿真結(jié)果得，車輛半載在水平道路上以40km/h車速勻速行駛，電池SOC值從90%降至10%，續(xù)駛里程約為140km，折算成耗電量為43.98kWh/100km，噸百公里耗電量為7.996kWh/T.100km（試驗質(zhì)量按車輛半載為5.5T）。圖9為勻速工況下電池SOC隨車輛續(xù)駛里程的變化關(guān)系曲線。

6.結(jié)論

根據(jù)純電動物流車的性能需求，對車輛的驅(qū)動電機、動力電池等動力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了匹配設(shè)計。運用Cruise軟件搭建了整車仿真模型，分析計算了所設(shè)計的純電動物流車的動力性能和經(jīng)濟性能。仿真結(jié)果表明，所匹配的動力系統(tǒng)各部件滿足動力性能的要求。采用理論研究與仿真計算相結(jié)合的方法快速地完成了對純電動物流車的初步設(shè)計，這可以大量節(jié)省原型試驗所需的成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，仿真結(jié)果可為今后純電動汽車的優(yōu)化設(shè)計提供重要的數(shù)據(jù)參考。