基于Cruise的純電動(dòng)商用車動(dòng)力系統(tǒng)仿真分析

段罡，郭健，李真慶，魏小飛，任朋浩，焦帥

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著不可再生能源的日益短缺和對(duì)環(huán)境污染的緊迫治理，傳統(tǒng)燃油車將逐漸退出主流市場(chǎng)，純電動(dòng)汽車具有零排放、高效率、低噪聲[1]、運(yùn)營(yíng)成本低、可能量回收等優(yōu)點(diǎn)，逐步被廣大消費(fèi)者青睞。加上國(guó)家補(bǔ)貼政策、新能源積分政策、新能源綠牌特權(quán)等重大措施的激勵(lì)，各大汽車生產(chǎn)企業(yè)均在開(kāi)發(fā)新能源企業(yè)汽車技術(shù)。由于新能源技術(shù)仍不成熟，可在傳統(tǒng)車上借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，導(dǎo)致動(dòng)力匹配的準(zhǔn)確性差異大。

文章將運(yùn)用Cruise仿真軟件建立純電動(dòng)汽車仿真模型，進(jìn)行動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型模擬仿真。

1 純電動(dòng)汽車動(dòng)力匹配

1.1 參考車輛的主要技術(shù)參數(shù)

文章選取某款燃油商用車為原型，根據(jù)整車技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求，更改為一款純電動(dòng)汽車，該動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速器、主減速器、差速器、半軸、車輪組成，動(dòng)力系統(tǒng)模型如下圖1。

圖1 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)模型

純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)要求參數(shù)如下表1。

表1 純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)要求

1.2 動(dòng)力總成與電池參數(shù)

（1）初選動(dòng)力總成參數(shù)

初選動(dòng)力總成參數(shù)如下表2所示：

表2 初選動(dòng)力總成系統(tǒng)參數(shù)

（2）初選電池參數(shù)

初選電池參數(shù)如下表3所示：

表3 初選動(dòng)力電池參數(shù)

2 動(dòng)力系統(tǒng)仿真分析

圖2 純電動(dòng)汽車整車模型圖

本次建模使用AVL公司的Cruise仿真軟件，它是計(jì)算和優(yōu)化電動(dòng)汽車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的綜合工具[3]，在軟件中建立整車模型，根據(jù)電動(dòng)汽車需要選擇合適的電池、電機(jī)、變速器、主減速器、差速器模型，再連接模塊間的機(jī)械部分及電氣部分，最后連接模塊間的通訊部分，如上圖2所示，連接完成后選擇C-WTVC工況，執(zhí)行仿真任務(wù)。

2.1 Cruise仿真分析結(jié)果

2.1.1 最高車速計(jì)算

最高車速是指車輛再行駛過(guò)程中，牽引力全部用來(lái)克服行駛阻力時(shí)對(duì)應(yīng)的車速，如下圖3所示，車速在0-131km/h時(shí)，仍然有剩余牽引力，電機(jī)轉(zhuǎn)速并未達(dá)到峰值轉(zhuǎn)速，但是車速無(wú)法繼續(xù)提升，說(shuō)明電機(jī)功率已達(dá)到峰值功率，限制了車輛的行駛車速。因此，整車的最高車速為131km/h。

圖3 電動(dòng)汽車最高車速仿真曲線

2.1.2 最大爬坡度計(jì)算

最大爬坡度計(jì)算主要分析電動(dòng)汽車所具備的爬坡性能，由下圖4分析可知，我們?nèi)「街剩▓D中藍(lán)色線條部分）≤1.0部分作為車輛實(shí)際爬坡能力，當(dāng)輪胎附著率＞1時(shí)，車輪會(huì)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。下圖4中，車速為10km/h時(shí)，輪胎附著率取1時(shí)，對(duì)應(yīng)的實(shí)際爬坡度僅為25.7%；車速30km/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的爬坡度為10.1%；車速60km/h時(shí)，對(duì)應(yīng)的爬坡度為4.4%。因此，整車的最大爬坡度為25.7%。

圖4 電動(dòng)汽車最大爬坡度仿真結(jié)果

2.1.3 加速時(shí)間計(jì)算

圖5 電動(dòng)汽車加速時(shí)間仿真曲線

加速時(shí)間計(jì)算由上圖5所示，0-30km/h加速時(shí)間為6.6s；0-100km/h加速時(shí)間為84.4s。

2.1.4 經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

圖6 C-WTVC工況電動(dòng)汽車純電續(xù)駛里程仿真曲線

圖7 C-WTVC工況電機(jī)實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)分布圖

純電動(dòng)商用車采用C-WTVC循環(huán)工況，該工況產(chǎn)生的耗電量，作為工信部報(bào)整車公告時(shí)的實(shí)際耗電量，仿真結(jié)果如上圖6所示，當(dāng)電動(dòng)汽車放電深度為80%時(shí)，對(duì)應(yīng)的純電續(xù)駛里程為150.2km，電機(jī)在MAP圖中的實(shí)際運(yùn)行點(diǎn)如上圖7所示，圖中電機(jī)大部分運(yùn)行點(diǎn)保持在電機(jī)效率 90%區(qū)域內(nèi)，可以得出電機(jī)在該工況下可以保持高效運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)性好。

3 結(jié)論

根據(jù)上述仿真結(jié)果，在電動(dòng)汽車動(dòng)力性上，整車滿載能達(dá)到的最高車速為131km/h，大于設(shè)計(jì)要求的90km/h；車速10km/h對(duì)應(yīng)的爬坡度為25.7%，大于設(shè)計(jì)要求的20%的最大爬坡度；該車0-30km/h加速時(shí)間為6.6s，0-100km/h加速時(shí)間為84.4s，均小于設(shè)計(jì)要求的12s和98s，滿足設(shè)計(jì)要求。綜上分析可知，利用Cruise仿真分析初步得出的動(dòng)力匹配和選型可以滿足動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)型需求，同時(shí)仿真軟件得出的結(jié)果更加體現(xiàn)出客觀性、準(zhǔn)確性，既能節(jié)省動(dòng)力匹配時(shí)間，也能縮短開(kāi)發(fā)周期，減少純電動(dòng)汽車動(dòng)力匹配與選型的誤差，為動(dòng)力匹配結(jié)果提供重要依據(jù)。