純電動(dòng)載貨車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型參數(shù)設(shè)計(jì)

王勇

摘 要：依據(jù)汽車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)載貨車的動(dòng)力電機(jī)和動(dòng)力電池進(jìn)行參數(shù)匹配。并利用 CRUISE 軟件搭建整車模型，對(duì)該車進(jìn)行了最高車速、加速時(shí)間、最大爬坡度及經(jīng)濟(jì)性仿真分析。

關(guān)鍵詞：載貨車;動(dòng)力性;經(jīng)濟(jì)性;參數(shù)匹配;仿真分析

中圖分類號(hào)：U461.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）05-01-03

Abstract： According to the dynamic and economic indexes， the parameters of the power motor and the power battery of the truck are matched.The vehicle model is built by CRUISE software， and the maximum speed， acceleration time， maximum climbing slope and economy simulation analysis are carried out.

Keywords： Truck; Dynamic performance; Economic performance; Parameter matching;Simulation analysis

前言

目前，純電動(dòng)商用車主要運(yùn)用在市內(nèi)配送、港口運(yùn)輸以及特定作業(yè)環(huán)境下的市場(chǎng)，和常規(guī)能源商用車相比，純電動(dòng)最直接的特點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)動(dòng)力不一致，純電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)替代傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，以高能量動(dòng)力電池組替代燃油箱，同時(shí)增加控制器系統(tǒng)以控制車輛按照駕駛員的意圖進(jìn)行行駛。因此合理的匹配電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池參數(shù)以及優(yōu)化控制邏輯是提高車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的主要手段之一。

本文以純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車為研究對(duì)象，按照車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池等關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)匹配，并利用CRUISE軟件對(duì)整車進(jìn)行性能仿真優(yōu)化控制邏輯。

1 整車方案

目前純電動(dòng)商用車動(dòng)力總成形式和布置不同可分為三種結(jié)構(gòu)：

圖1為電動(dòng)機(jī)直驅(qū)方案結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，為滿足車輛動(dòng)力性能電動(dòng)機(jī)需要較大的扭矩，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在對(duì)動(dòng)力性要求不高的輕型車輛;圖2為電機(jī)+變速器方案，通過變速箱不同檔位的調(diào)節(jié)可以滿足車輛在不同工況下的動(dòng)力性要求，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在中、重車型;圖3為輪轂電機(jī)方案，傳動(dòng)鏈效率高，但非簧載質(zhì)量大，對(duì)車輛平順性影響較大同時(shí)該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致成本比較高?？紤]到將要開發(fā)車型的市場(chǎng)定位以及開發(fā)成本，本項(xiàng)目采用電動(dòng)機(jī)直驅(qū)方案。

純電動(dòng)輕型載貨車主要由車身系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及電氣附件等構(gòu)成，其動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)等組成，電氣附件主要包括電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、PTC加熱器、電動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵等。純電動(dòng)輕型載貨車主要總成部件如圖下所示。

2 動(dòng)力總成系統(tǒng)主要參數(shù)匹配

2.1 整車指標(biāo)

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)確定

2.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率確定

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高功率通常需要滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時(shí)間的要求。

式中：va為爬坡速度，取15km/h，δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，取1.08;vm為加速末的速度（m/s）;tm為汽車的加速時(shí)間（s）;x取0.5;dt為迭代步長(zhǎng)，通常取0.1;ηt為傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，取0.95。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，電機(jī)額定功率應(yīng)不小于30kW，電機(jī)峰值功率應(yīng)不小于65kW。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定

式中，n 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速;ig為變速器最高擋位速比;io為驅(qū)動(dòng)橋速比4.875;r為輪胎滾動(dòng)半徑327mm（6.00R15/ 10PR）。

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速>3600rpm。

2.3 動(dòng)力電池參數(shù)確定

目前常用的的動(dòng)力電池均選用鋰離子電池，能量按照電池SOC100%到SOC10%計(jì)算。按照GBT 18386-2017 電動(dòng)汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程 試驗(yàn)方法要求進(jìn)行（40±2）km/h的等速計(jì)算動(dòng)力電池參數(shù)。

式中，Qb為動(dòng)力電池電量;L為續(xù)駛里程220KM;Vh為行駛車速;ph為 Vh （40km/h）對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率10.3KW;pimax為電氣附件最大功率2KW; SOC =100%為最小剩余電量。

由以上計(jì)算可得動(dòng)力電池電量應(yīng)該大于62KWh。

3 基于CRUISE的純電動(dòng)輕型載貨車性能仿真

3.1 仿真模型搭建

AVL Cruise是AVL公司開發(fā)的一款整車及動(dòng)力總成仿真分析軟件。它可以研究整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能及制動(dòng)性能，是車輛系統(tǒng)的集成開發(fā)平臺(tái)。AVL Cruise軟件已經(jīng)成功的在整車生產(chǎn)商和零部件供應(yīng)商之間搭建起了溝通的橋梁（3）。在Cruise軟件中建立仿真模型，如下圖：

3.2 仿真結(jié)果輸出

3.2.1 動(dòng)力性仿真結(jié)果

3.2.2 經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果

4 道路試驗(yàn)

為驗(yàn)證參數(shù)匹配過程的合理性以及仿真模型的可信性和可行性，對(duì)純電動(dòng)輕型載貨車進(jìn)行道路試驗(yàn)。

4.1 動(dòng)力性試驗(yàn)

空載和重載最高車速、加速能力、爬坡能力試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18385《電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

4.2 經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

重載（車貨總重4.25噸）狀態(tài)下，等速40km/h、城市續(xù)航、綜合工況續(xù)航試驗(yàn)方法參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T18386-2017《電動(dòng)汽車能量消耗和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》。

通過道路試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)基本一致，因此可以認(rèn)為前期匹配計(jì)算的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池參數(shù)是在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本文以純電動(dòng)輕型載貨車為研究對(duì)象，根據(jù)整車性能指標(biāo)確定了整車動(dòng)力總成形式并對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池主要參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)匹配。利用CRUISE軟件搭建了車輛仿真模型，對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，該純電動(dòng)輕型載貨車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配過程合理。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉惟信.汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)[Z].清華大學(xué)出版社.2001年7月第1版.

[2] 張克鵬.純電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性動(dòng)力性分析操作指導(dǎo)書.

[3] 趙強(qiáng).純電動(dòng)牽引車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真[J].汽車實(shí)用技術(shù)， 2012（09）.