某型純電動商用車動力鏈匹配及仿真優(yōu)化

【摘? 要】某型純電動商用車參考傳統(tǒng)能源車型設定整車性能目標，搭建樣車，并通過AVL CRUISE軟件搭建仿真模型，進行仿真分析及實車測試，對仿真與實測差異進行分析，優(yōu)化后的仿真模型將有利于提高仿真分析精度，同時采用優(yōu)化后的仿真模型對不同動力鏈組合進行仿真分析，選擇更優(yōu)的動力鏈組合，能縮短開發(fā)周期，降低實車試制、試驗的費用。通過仿真分析與實測誤差對比，發(fā)現(xiàn)誤差在5%范圍內，可為后續(xù)類似車型的開發(fā)提供參考。

【關鍵詞】純電動商用車；CRUISE；動力鏈匹配；仿真優(yōu)化

中圖分類號：U469.72? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0011-04

【Abstract】A pure electric commercial vehicle sets the performance target of the whole vehicle with reference to traditional energy models，builds a sample vehicle，builds a simulation model through AVL CRUISE software，carries out simulation analysis and real vehicle test，analyzes the difference between simulation and actual measurement，optimizes the simulation model，and improves the accuracy of simulation analysis. The optimized simulation model is used to simulate and analyze different power chain combinations，and a better power chain combination is selected，which shortens the development cycle and reduces the cost of trial production test of real vehicles. The error between simulation analysis and actual measurement is within 5%，which provides a reference for the development of subsequent similar models.

【Key words】pure electric commercial vehicle；CRUISE；power chain matching；simulation optimization

移動源污染已成為中國大中城市空氣污染的重要來源，是造成細顆粒物、光化學煙霧污染的重要原因，移動源污染防治的緊迫性日益凸顯[1]。國家大力發(fā)展新能源汽車，并推出免征車輛購置稅的新能源汽車車型[2]，北京等大城市也通過市場準入、補貼等方式強力推進新能源汽車的應用推廣[3]，國家力爭在2025年純電動車完成市場化[4]。

目前國內外各新能源汽車產(chǎn)品如雨后春筍，不同品牌、不同動力總成車型，紛紛投放到市場。作為傳統(tǒng)能源車型，可依托現(xiàn)有車型資源，通過選擇匹配優(yōu)化動力總成，實現(xiàn)傳統(tǒng)車型的電動化，能有效降低開發(fā)費用、節(jié)省開發(fā)周期、保證產(chǎn)品品質，滿足消費者對新能源車型的需求。本文重點對某型純電動商用車的動力系統(tǒng)進行選擇匹配，建模仿真分析并優(yōu)化，為后續(xù)車型的開發(fā)提供參考。

1? 某型純電動商用車整車參數(shù)及性能目標

某型純電動商用車基礎車型為前置后驅，非承載式車身結構，前懸為雙橫臂獨立懸架，后懸為板簧非獨立懸架，在布置動力鏈總成時，采用中置后驅型式，蓄電池布置在車架內側。將儲存在蓄電池的化學能轉換為電機的動能，提高傳動效率，電機布置在前后軸之間，直接將動力通過傳動軸傳輸至后橋。某型純電動商用車動力驅動系統(tǒng)結構如圖1所示。

該型純電動商用車與傳統(tǒng)能源車相比，將動力總成由發(fā)動機、離合器、變速器等更換為永磁同步電機，整車質量、整車尺寸、前后橋、車輪輪胎等均同傳統(tǒng)能源車保持一致，整車基本參數(shù)見表1。

基于用戶使用情況[5]，結合法規(guī)要求，設定該型純電動商用車的整車性能目標，見表2。

從資源內選擇合適電機，確定電機參數(shù)（表3），持續(xù)轉矩功率曲線如圖2所示，電動模式下電機系統(tǒng)效率map圖如圖3所示。

2? 仿真分析及實車驗證

建立仿真分析模型，由奧地利AVL List公司開發(fā)的CRUISE軟件是用于汽車能量和駕駛品質研究的工具。它可用于汽車開發(fā)過程中的動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及汽車性能的匹配、預測和整車仿真計算[6-8]。某型純電動商用車CRUISE仿真模型如圖4所示，本文利用CRUISE軟件進行該型純電動商用車的動力性和經(jīng)濟性仿真分析，建立仿真分析模型。該車型為量產(chǎn)前樣車，與傳統(tǒng)車型相比，僅將動力總成系統(tǒng)由發(fā)動機、離合器及變速器等更換為永磁同步電機，整車外形、質量、前后橋、車輪輪胎等均與傳統(tǒng)車型一致，根據(jù)整車參數(shù)、永磁同步電機輸出特性、電池參數(shù)等，計算該型純電動商用車的動力性和經(jīng)濟性。

同步搭建樣車，進行相關動力性、經(jīng)濟性測試，仿真分析和試驗測試結果見表4。

通過對仿真分析與實測結果進行對比，發(fā)現(xiàn)動力性上，部分參數(shù)的仿真與實測值差異較大，特別是最高車速，實測最高車速比仿真值高21km/h，差異達到24.1%，50—80km/h加速時間的差異也接近15%，其余動力性、經(jīng)濟性數(shù)據(jù)，仿真與實測基本在5%以內，說明仿真模型還有部分參數(shù)設置存在問題，需要對仿真模型進行優(yōu)化。

3? 仿真模型優(yōu)化

通過對仿真模型進行分析，目前在仿真中采用的阻力為Function with Reference Vehicle模式，該模型為以該型傳統(tǒng)能源商用車滑行阻力為基礎，根據(jù)整車質量、風阻系數(shù)、迎風面積和輪胎滾阻等在CRUISE模型中修正。

該型傳統(tǒng)能源商用車的實測滑行阻力是在105km/h時掛空擋滑行，直至車速為0時測得滑行阻力值。該型純電動商用車的實測滑行阻力是在105km/h時掛N擋滑行，直至車速為0時測得滑行阻力值。兩種車型滑行阻力數(shù)據(jù)如圖5所示。

兩種車型阻力曲線差異較大，在低速區(qū)域，該型傳統(tǒng)能源商用車滑行阻力略低于該型電動商用車。在高速區(qū)域，該型傳統(tǒng)能源商用車滑行阻力遠高于該型電動商用車。該型傳統(tǒng)能源商用車在空擋滑行時，整車會受到風阻、輪胎滾阻和內阻影響。該型電動商用車在N擋滑行時，整車也會受到風阻、輪胎滾阻和內阻影響。兩種車型主要在內阻上差異較大，該型傳統(tǒng)能源商用車的內阻主要是車輪將轉動力矩通過主減速器傳至傳動軸，傳動軸再傳至變速器輸出軸，帶動變速器內部齒輪轉動，特別在整車高速區(qū)域時，齒輪與潤滑油的快速摩擦攪動而導致的能量損失較大，而該型電動商用車在N擋滑行時，內阻是車輪將轉動力矩通過主減速器傳至傳動軸，傳動軸將轉動力矩傳遞至永磁同步電機的轉子，帶動轉子轉動，通過程序設置，此時轉子與定子相互之間不切割磁力線，不會產(chǎn)生較大阻力，故該型電動商用車在高速區(qū)域內阻較小，從而在高速區(qū)域該型純電動商用車滑行阻力偏小。

因該型純電動商用車與該型傳統(tǒng)能源商用車的滑行阻力相差較遠，故在AVL CRUISE仿真模型中對整車阻力值設置為Function without Reference Vehicle模式，采用該型純電動商用車實測滑行阻力參數(shù)，不根據(jù)整車質量、風阻系數(shù)、迎風面積和輪胎滾阻等在CRUISE模型中修正。對優(yōu)化后的CRUISE仿真模型進行仿真計算，與實測結果對比見表5。

從表5可知，優(yōu)化后仿真計算與實測結果差異在5%以內，可知優(yōu)化后的CRUISE仿真模型仿真方式可行，可指導后續(xù)開發(fā)。

4? 傳動系參數(shù)優(yōu)化仿真及實測

根據(jù)目前仿真和實測可知，部分動力性和經(jīng)濟性參數(shù)不滿足目標值，需要結合整車參數(shù)、動力性/經(jīng)濟性目標、電機輸出特性等要求，在現(xiàn)有產(chǎn)品系列中選擇合適的后橋主減速器速比和車輪輪胎以滿足0—30km/h加速時間和40km/h勻速續(xù)駛里程目標要求。

現(xiàn)有產(chǎn)品系列中，可適用于該型純電動商用車的后橋主減速器速比有5種，車輪輪胎有2種，采用排列組合共有以下10種組合，前期已完成其中1種組合的仿真與實測，接下來根據(jù)電機及電池選型情況，對剩下9種動力鏈組合進行仿真計算。10種動力鏈組合仿真計算結果匯總見表6。

根據(jù)仿真結果顯示，有幾種組合的動力性、經(jīng)濟性均滿足目標要求，但后橋主減速器速比4.444與車輪輪胎195/75R16組合效果最佳，特別是在續(xù)駛里程上顯得更優(yōu)，能更好滿足客戶對更長續(xù)駛里程的要求。對此進行分析，主要是在該動力鏈組合對應的電機轉矩與轉速匹配更優(yōu)，電機在工作狀態(tài)時的傳動效率最高，以車輪輪胎195/75R16、40km/h等速工況為例，不同后橋主減速器速比對應的電機轉矩和轉速局部圖如圖6所示。

根據(jù)優(yōu)化傳動比仿真分析，整車性能目標初步滿足設計要求，據(jù)此對樣車進行動力鏈優(yōu)化組合，并進行相關動力性和經(jīng)濟性測試。優(yōu)化傳動比仿真與實測對比測試結果見表7。

經(jīng)過仿真分析及實車驗證，采用優(yōu)化后的主減速器速比和車輪輪胎動力性、經(jīng)濟性均能滿足性能目標要求，仿真與實測差異在5%以內，通過仿真，可以對該型純電動商用車的動力鏈系統(tǒng)進行優(yōu)化匹配。

5? 結語

本文根據(jù)某型純電動商用車整車性能目標，初步選擇匹配的動力總成系統(tǒng)，經(jīng)AVL CRUISR軟件進行動力性、經(jīng)濟性初步仿真分析，結合試驗結果，對仿真模型進行優(yōu)化，優(yōu)化后的仿真結果與實測誤差在5%范圍內，驗證仿真模型可行。然后據(jù)此對后橋主減速速比和車輪輪胎等進一步優(yōu)化，提高了動力性、經(jīng)濟性，且最終仿真分析與實測誤差在5%范圍內，這樣能驗證優(yōu)化后的仿真分析是可以指導車型開發(fā)、縮短開發(fā)周期、降低實車試制試驗費用的，為后續(xù)類似車型的開發(fā)提供了參考。

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（編輯? 凌? 波）