純電動汽車匹配及優(yōu)化分析

賴征海，曹雪飛，劉殿科

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

前言

隨著汽車工業(yè)的逐步發(fā)展，能源危機問題日益加劇，減少石油利用率迫在眉睫，節(jié)能減排及降低燃油消耗已經(jīng)成為汽車研發(fā)所面對的永恒的話題。純電動正式解決這一困境的優(yōu)選方案，它需將汽車技術(shù)、電機驅(qū)動技術(shù)、動力電池技術(shù)及現(xiàn)代控制理論結(jié)合在一起的產(chǎn)物，實現(xiàn)系統(tǒng)集成優(yōu)化，同時排放是零。國內(nèi)外爭先開發(fā)這一項技術(shù)，國外主要以日本為代表新能源展開研究，在電機技術(shù)比較領(lǐng)先。國內(nèi)目前電機及電池技術(shù)有很多領(lǐng)先企業(yè)，目前電機主要以永磁為主，電池主要以三元為主，能量密度大，成本相對偏高，隨著產(chǎn)業(yè)不斷更新，價格在逐年降低，很適合車輛使用。磷酸鐵鋰電池僅此其后，成本低，能量密度偏低很多主機廠也都在適配車輛。主機廠研發(fā)車型主要以比亞迪為代表，多模塊化，平臺化推進車型，新勢力企業(yè)也都在平臺化研發(fā)車輛。本文主要研發(fā)的汽車車型同樣以平臺化展開，主要是‘3+2’模式平臺化，通過這種模式可以整體提高效率，降低成本等，第一個3主要指電機、電機控制器、減速器合為一，第二個2主要是DCDC、PDU進行合為一，無論從整車幾何布置，性能集成上較其他散件開發(fā)大大節(jié)約成本、周期。

1 整車動力性經(jīng)濟性匹配分析

1.1 整車目標定義及選型

本文車輛開發(fā)目標來源于市場競品車型，最終定義開發(fā)車輛的性能指標為，1km 最高車速不低于 140km/h，30min最高車速不低于120km/h，0到50km/h加速時間小于4.5s，0到 100km/h加速時間小于 13s，整車滿載最大爬坡度大于30%，NEDC工況續(xù)航里程大于300km。

目標定義后，進行整車匹配如下：

根據(jù)以上公式可以計算出整車需求的持續(xù)功率由 30min最高車速決定；最高轉(zhuǎn)速基本由最高車速決定；電機的峰值轉(zhuǎn)矩由最大爬坡度決定；由0-100km/h加速時間可計算出電機需求的峰值功率；電池電量可根據(jù)續(xù)航300km計算匹配選出電機、電池等參數(shù)，最后確定如下需求：

電機峰值功率大于90kw，額定功率大于45kw；速比大于9，電池初步估算電量45kwh；車輛整備質(zhì)量為1450kg；將所選電機及電池參數(shù)提供部件部門，選取滿足要求電機后，輸出給系統(tǒng)集成部門進行匹配驗證。

1.2 正向仿真分析校核

基于AVLCruise軟件進行正向仿真分析，整車提供電機特性曲線和電池數(shù)據(jù)及基本參數(shù)如下：

表1 基本參數(shù)表

圖1 物理模型

1）建立整車模型，利用 Cruise軟件進行對所選取的參數(shù)進行模擬仿真分析，評估各項性能情況。根據(jù)整車參數(shù)，完成整車仿真模型搭建，對 Vehicle、gearbox、BMS、generator、battery 以及driver 等各個模塊進行定義設(shè)置，完成仿真參數(shù)設(shè)置，并根據(jù)汽車動力傳遞路徑，完成各個模塊數(shù)據(jù)傳遞和仿真信號連接。其仿真模型如圖1所示[1]。

2）控制策略分析

本文針對電動車特性進行制動回收策略制定，采用串聯(lián)回收方案，電池回收窗口值15%-95%，車速低于10km/h不進行回收，減速度大于1.5m/s2，不回收基本原則。前后輪進行制動力分配，前輪采用串聯(lián)回收模式。策略如圖2所示。

圖2 軟件聯(lián)合仿真

1.3 仿真分析結(jié)果分析結(jié)果

30min最高車速大于128km/h，1km最高車速為145km/h，0-100km/h加速時間為12.4s，最大爬坡大于30%，續(xù)航里程大于308km，百公里能耗14.2kwh/100km。

圖3 綜合工況能耗

2 整車動力性經(jīng)濟性試驗驗證

隨著項目開發(fā)進程，試驗車進行試制完成，對此試驗車進行性能測試，試驗采用 VMS采集設(shè)備直接讀取車輛的速度信號，通過vector設(shè)備讀取VCU里信號如下，整車需求扭矩，電機限制扭矩，電機實際扭矩，電機轉(zhuǎn)速，車輛速度，通過這些數(shù)據(jù)進行對整車狀態(tài)進行分析[2]。

測試結(jié)果，30min最高車速為 132km/h，50到 80km/h加速時間為4.05s，續(xù)航里程測試為311.2km，0到100km/h加速時間13.3s，不滿足開發(fā)設(shè)計目標。

在測試中加速時間不滿足開發(fā)目標，進行整車排查問題，排查思路整車動力進行排查，動力方面控制邏輯和電機輸出扭矩進行排查，控制邏輯進行 VCU請求扭矩核查，電池輸出狀態(tài)修正。電機進行限制扭矩修正，電機輸出扭矩響應(yīng)進行修正，最終0-100加速時間測試結(jié)果12.2s，此車從駕駛性方面，電機扭矩響應(yīng)符合駕駛員需求，基本達到此車開發(fā)狀態(tài)。

3 整車能耗優(yōu)化方案

盡管整車里程達標，依然進行整車能耗進行優(yōu)化。優(yōu)化方案如下：

第一，整車阻力優(yōu)化，整車阻力主要包括空氣阻力，滾動阻力和內(nèi)阻。通過加裝下護板，格柵導(dǎo)流板，進行優(yōu)化風(fēng)阻。輪胎后期更換滾阻輪胎，滾動阻力由0.0085變到0.0075，內(nèi)阻主要是在保證安全情況下減小拖滯力矩方案。控制邏輯上進行優(yōu)化[3]。

第二，電池?zé)峁芾磉M行優(yōu)化，水泵功率改進及控制優(yōu)化，最后進行保證安全情況下進一步加大電池窗口值?；厥詹呗陨线M行優(yōu)化，調(diào)整回收車速門限值和減速度的要求[4]。重新進行能耗及續(xù)航里程測試，改進后里程為 332.5km，能耗12.6kwh/100km。

4 結(jié)語

本文對電動車進行匹配、正向仿真、試驗、優(yōu)化分析，貫穿了整個電動車開發(fā)過程，最重要是在開發(fā)中整改動力性及優(yōu)化能耗，采取改進標定措施、優(yōu)化阻力措施，最終通過臺架試驗驗證得到的不錯的效果，本文有很多欠缺地方，整車能耗優(yōu)化措施還有附件能耗是非常重要一部分，完全可以在降低附件能耗繼續(xù)優(yōu)化程序和硬件，依然會提升續(xù)駛里程。對整車開發(fā)中遇到的動力性經(jīng)濟性問題起到指導(dǎo)意義。