基于中國城市道路循環(huán)的純電動(dòng)乘用車動(dòng)力匹配

馬煜琛，馮堅(jiān)

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710000）

引言

我國汽車保有量不斷增加，能源和環(huán)境壓力日益加劇。新能源汽車成為應(yīng)對這兩個(gè)突出問題的最可行的對策和最現(xiàn)實(shí)的選擇之一。但目前為止動(dòng)力電池和其它一些關(guān)鍵性技術(shù)還沒有取得有效地突破[1]，續(xù)駛里程和充電時(shí)間大大制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展普及。因此，在電相同蓄電池條件下，更好地滿足動(dòng)力性要求和最大地增加續(xù)駛里程，一直是研究者們追求的目標(biāo)，也是本論文研究的主要目的。ADVISOR (Advan ced Vehicle Simulator)[2]是由美國國家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種高級車輛仿真軟件，可以對設(shè)計(jì)車型的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放等方面進(jìn)行仿真，并可對整車進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。

1 整車參數(shù)及性能指標(biāo)

整車參數(shù)要求

下表1是整車性能參數(shù)要求。

表1 主要整車參數(shù)表

1.2 整車性能指標(biāo)

本車的相關(guān)性能參數(shù)如表2。

表2 整車性能指標(biāo)表

2 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)[3]

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。分別計(jì)算最高車速、最大加速度、最大爬坡度時(shí)所需的功率P1,P2,P3。根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)要求，驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率Pm要滿足以上要求，即Pm≥max{ P1,P2,P3}，再根據(jù)Pm選擇額定功率Pe。本文選擇為Pm10Kw，Pe為30Kw。

（2）驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β，是指電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速的比值范圍。額定轉(zhuǎn)速ne的計(jì)算式為：

本文選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 ne=3000r/min,峰值轉(zhuǎn)速nmax=9000r/min。

（3）驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Te可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速來確定：

驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩為（λ為電機(jī)過載系數(shù)）：

本文驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定扭矩選擇40N·m，最大轉(zhuǎn)矩125 N·m。

2.2 電池組參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）動(dòng)力蓄電池組的容量

電動(dòng)車以速度ua勻速行駛時(shí)所需的功率為：

車輛等速行駛距離s時(shí)，所需能量是：

式中，W表示所需能量，kwh；s表示行駛的距離，km；ua表示行駛的車速，km/h。

（2）電池組數(shù)目的選擇

一般單體電池不能滿足電動(dòng)車的要求，所以需要多個(gè)電池：

式中，N表示電池組電池的個(gè)數(shù)；E0表示單體電池的工作電壓，V；C為單體電池的容量，Ah；ηDOC表示蓄電池的放電深度。本文選擇100塊單體容量28 Ah的電池。

2.3 傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)[4]

（1）最小傳動(dòng)比的確定。變速器最小傳動(dòng)比為直接傳動(dòng)比，即主減速器傳動(dòng)比。

（2）最大傳動(dòng)比的確定。要考慮最大爬坡度、附著率和最低穩(wěn)定車速三方面問題。

本文選擇傳動(dòng)比it為8。

3 整車性能仿真

為檢驗(yàn)動(dòng)力參數(shù)匹配，使用ADVISOR軟件對動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行仿真。由下表3所列仿真結(jié)果可見滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)國標(biāo) QT/C 759-2006[5]規(guī)定的小車城市循環(huán)工況，在 ADVI SOR中新建了CYC_CHINA工況作為道路仿真循環(huán)工況。

圖1 仿真車速圖

表3 整車性能仿真

圖1是仿真車速圖，可以看出本文匹配電動(dòng)車滿足中國城市循環(huán)工況，動(dòng)力性能良好。

圖2表示單個(gè)CYC_CHINA循環(huán)工況，電池SOC值變化情況。SOC值隨時(shí)間呈現(xiàn)下降趨勢，較為平緩。由于制動(dòng)能量回收的影響，出現(xiàn)小幅波動(dòng)。

圖2 電池SOC值

圖3是電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，可以看出汽車制動(dòng)時(shí)系統(tǒng)對制動(dòng)能量進(jìn)行了回收，這對增加續(xù)駛里程有重要意義[6]。電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線與車速曲線相符，說明動(dòng)力性良好。

圖3 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速和扭矩

4 總結(jié)

基于中國城市道路循環(huán)使用ADVISOR對匹配結(jié)果進(jìn)行仿真，結(jié)果表明電動(dòng)車動(dòng)力性可以滿足中國城市道路循環(huán)，續(xù)駛里程達(dá)到設(shè)計(jì)要求。匹配結(jié)果很好的滿足了設(shè)計(jì)要求，但本文僅做了基礎(chǔ)研究，未來可對相關(guān)部件進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫逢春等.電動(dòng)汽車基礎(chǔ)[M].北京∶北京理工大學(xué)出版社,2004.

[2] 曾小華,宮維鈞.ADVISOR 2002電動(dòng)汽車仿真與再開發(fā)利用 [M],北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2014.1.

[3] 張同.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)研究[D].武漢∶武漢理工大學(xué).2011.7.

[4] 麻友良,嚴(yán)運(yùn)兵.電動(dòng)汽車概論[M].北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2012.11

[5] QC/T 759-2006 汽車試驗(yàn)用城市運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)[S].北京∶中國計(jì)劃出版社.2006.11

[6] Folkesson A. Real life testing of a Hybrid PEM Fuel Cell Bus[ J ] .Journal of Power Sources,2003, ( 118 ) ∶349-357.