純電動(dòng)物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)

稅永波

摘 要：應(yīng)用Cruise構(gòu)建了純電動(dòng)物流車(chē)整車(chē)性能仿真模型。以動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性為綜合目標(biāo)，對(duì)電機(jī)額定功率、額定轉(zhuǎn)速，過(guò)載系數(shù)和總傳動(dòng)系數(shù)進(jìn)行了穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的動(dòng)力參數(shù)使整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性更好的同時(shí)，也更能容忍車(chē)輛載荷等噪聲因素的波動(dòng)對(duì)整車(chē)性能的影響，可為相關(guān)參數(shù)匹配提供借鑒。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)物流車(chē);參數(shù)匹配;穩(wěn)健性

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）16-63-03

Abstract： The simulation model of the whole vehicle performance of pure electric logistics vehicle is built by using cruise. Taking the power and economy as the comprehensive goal， the robust optimization design of the rated power of the motor， rated speed， overload coefficient and total transmission coefficient is carried out. The optimized dynamic parameters make the vehicle more dynamic and economical， and also more tolerant of the impact of noise factors such as vehicle load on vehicle performance.

Keywords： Pure electric logistics vehicle; Parameter matching; Robustness

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-63-03

1 前言

物流行業(yè)是電子商務(wù)崛起后商貿(mào)行業(yè)的重要連通性行業(yè)，并成為了當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要基礎(chǔ)性行業(yè)[1]，而純電動(dòng)汽車(chē)由于在路權(quán)、優(yōu)先上牌和免購(gòu)置稅等方面享受一系列優(yōu)惠政策，以及相對(duì)更低的使用成本，在物流行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，各汽車(chē)廠商也在競(jìng)相開(kāi)發(fā)高性價(jià)比的純電動(dòng)物流車(chē)，在動(dòng)力電池能量密度沒(méi)有突破性進(jìn)展的背景下，對(duì)純電動(dòng)物流車(chē)電驅(qū)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理匹配及優(yōu)化顯得十分重要[2]。

文獻(xiàn)[3]應(yīng)用仿真和試驗(yàn)手段對(duì)某款微型純電動(dòng)城市物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)了匹配設(shè)計(jì)與初步優(yōu)化。文獻(xiàn)[4]以提高最大爬坡度為目標(biāo)，采用DOE正交試驗(yàn)法對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)[5]應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)某款純電動(dòng)物流車(chē)的主減速器速比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前的文獻(xiàn)在對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)時(shí)，更注重對(duì)算法的選擇，較少考慮這些優(yōu)化方案能否容忍不可控因素的波動(dòng)。本文以整車(chē)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，應(yīng)用田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 構(gòu)建整車(chē)仿真模型

在整車(chē)開(kāi)發(fā)階段，應(yīng)用CAE 方法可縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，為此，鑒于Cruise 軟件在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性仿真方面的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)表1中的整車(chē)相關(guān)參數(shù)在 Cruise 軟件中創(chuàng)建了如圖1所示的仿真模型。

3 田口穩(wěn)健性優(yōu)化

純電動(dòng)物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配涉及零部件選取和整車(chē)性能，是一項(xiàng)較為系統(tǒng)復(fù)雜的工作。為了保證車(chē)輛性能的優(yōu)良和穩(wěn)健性，有必要對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中受到包括路況、天氣以及瞬時(shí)載荷突變等諸多因素的影響，所有這些因素不僅會(huì)影響到整車(chē)性能，而且會(huì)干擾駕駛員的主觀判斷，從而增加交通事故發(fā)生的可能性。因此，合理匹配動(dòng)力系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，在保證整車(chē)性能的同時(shí)提高穩(wěn)健性，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)有很重要的意義。

首先定義可控因素：

（1）額定功率（kW），額定載荷范圍以內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作能提供的功率最大值;

（2）額定轉(zhuǎn)速（r/min），驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率輸出在轉(zhuǎn)折位置點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;

（3）過(guò)載系數(shù)，電機(jī)能夠達(dá)到的瞬時(shí)峰值輸出功率和額定功率的比值;

（4）總傳動(dòng)比，指的是傳動(dòng)系統(tǒng)變速器參數(shù)和主減速器參數(shù)兩者的速比乘積。

車(chē)輛在行駛過(guò)程中，影響其性能的不可控制因素包括道路條件，載荷變動(dòng)，天氣狀況等外界因素，還有傳動(dòng)磨損，胎壓之類(lèi)的車(chē)輛自身因素。載荷的改變頻率是最高的，對(duì)整車(chē)的行駛性能影響也最大，因此選定車(chē)輛載荷為噪聲因素。各因素水平如表 2 所示，各水平取值參考工程實(shí)際。

目標(biāo)評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)指標(biāo)包含如下幾個(gè)：

（1）加速時(shí)間（s），電動(dòng)車(chē)輛從速度為零加速達(dá)到 100km/h 耗費(fèi)的時(shí)間;

（2）最高車(chē)速（km/h），電動(dòng)車(chē)輛在良好路面上能夠保持穩(wěn)定行駛 30 分鐘以上的最大速度值;

（3）最大爬坡能力，電動(dòng)車(chē)輛在足夠長(zhǎng)度的良好斜坡路面上能夠保持穩(wěn)定行駛的最大路面坡度值;

（4）綜合循環(huán)工況能耗（deg/100km），電動(dòng)車(chē)輛依據(jù) NEDC 工況具體要求運(yùn)行時(shí)的能量消耗平均平均值。

總體目標(biāo)：

式中A為加速時(shí)間的初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，B為最大爬坡度的初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，C為最高車(chē)速的初始設(shè)計(jì)目標(biāo)，D為綜合循環(huán)工況能耗的初始設(shè)計(jì)目標(biāo)。k1、k2、k3、k4分別為對(duì)應(yīng)的加權(quán)因子，分別取為：0.15、0.35、0.15、0.35。

從目標(biāo)函數(shù)的定義可以，目標(biāo)屬于望大特性，即總體目標(biāo)值越大越好。內(nèi)表采用L9（34）正交試驗(yàn)表，按照相應(yīng)的順序進(jìn)行仿真分析之后，求解各匹配方案對(duì)應(yīng)的目標(biāo)均值和性噪比，如表3所示。

通過(guò)極差分析方法可知：額定功率取3水平、過(guò)載系數(shù)取3水平、額定轉(zhuǎn)速取1水平、總傳動(dòng)比取3水平時(shí)，總體目標(biāo)與信噪比都取得相對(duì)最優(yōu)狀態(tài)。

優(yōu)化前后方案仿真結(jié)果對(duì)比如表4所示：

4 總結(jié)

通過(guò)田口穩(wěn)健設(shè)計(jì)，對(duì)純電動(dòng)物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了匹配優(yōu)化，仿真結(jié)果表明優(yōu)化后的參數(shù)組合方案，整車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都有所提高，也更能容忍噪聲因素的波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖仕昊.淺析電動(dòng)汽車(chē)在物流行業(yè)的應(yīng)用與優(yōu)化[J].商訊，2019（32）： 163-165.

[2] 王文偉，畢榮華.電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010.

[3] 吳海龍.微型純電動(dòng)城市物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化[D].太原：太原理工大學(xué)，2016.

[4] 顏廷坤，何鋒，周凱，等.純電動(dòng)箱式運(yùn)輸車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比優(yōu)化.[J].現(xiàn)代制造工程，2018（01）：54-58.

[5] 孫貴斌，路廣威，熊敏.某款純電動(dòng)物流車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配與優(yōu)化[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2020（01）：21-25.