后驅純電動輕型商用車驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配及續(xù)航里程提升仿真研究

蔣華梁 覃祥 姜宏霞 陳文

摘要：本文針對后驅純電動輕型商用車驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配方法完整性，以及中國輕型商用車行駛工況（CLTC-C）下續(xù)駛里程短的問題，建立了較完備的驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配方法和續(xù)航里程提升的數(shù)學模型。同時該研究基于AMEsim 整車動力經(jīng)濟性仿真模型，對整車動力經(jīng)濟性進行了仿真，仿真結果滿足整車性能指標要求。經(jīng)過參數(shù)敏感性分析，得到了各因素對續(xù)航提升的影響百分比，形成了整車項目續(xù)航里程提升開發(fā)清單。實際項目續(xù)航提升清單梳理匹配后，CLTC-C 工況下仿真續(xù)航里程提升6.6%，為整車廠續(xù)航提升及管控工作提供一種可靠的理論和方法。

關鍵詞：后驅純電動；輕型商用車；參數(shù)匹配；敏感性分析；續(xù)航提升；AMEsim

中圖分類號：U462.3 文獻標識碼：A

0 引言

在我國汽車市場，商用車保有量約占汽車保有量的12％，但商用車輛排放中的NO 和PM 污染物排放量分擔率高達80％，溫室氣體排放量占道路交通總排放量的77％。因此，商用車是汽車產(chǎn)業(yè)減污降碳的關鍵之一[1]。為了響應國家節(jié)能減排的政策需要，GB 20997《輕型商用車輛燃料消耗量限值》第四階段限值標準對N1 類輕型商用汽油車油耗限值進一步加嚴10% ～ 15%，輕型商用車的平均油耗標準預計也會在2026 年1 月1 日考核?；谳p型商用汽油車第四階段限值和企業(yè)平均油耗考核要求，開發(fā)純電動輕型商用車勢在必行。

當前我國電動商用車發(fā)展仍面臨續(xù)駛里程短的問題，而驅動系統(tǒng)參數(shù)的匹配是影響續(xù)航里程的關鍵因素。為研究純電動輕型商用車續(xù)駛里程的提升和驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配方法，相關學者做了較多研究。續(xù)駛里程提升方面，彭鵬峰等提出了以提高電機效率的3 擋傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配方法提高電機的能量利用率，新歐洲標準行駛循環(huán)工況（NEDC）下續(xù)駛里程提升了14.1%[2] ；王永鼎等提出了汽車前后軸制動力分配策略，制定能量回收策略，NEDC工況下總能量回收率提升1.97% [3]。驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配方面，施佳能等根據(jù)某款純電動商用車經(jīng)濟性與動力性的要求，進行了動力參數(shù)匹配[4] ；孫國慶等基于某型純電動商用車總體設計指標，采用理論公式計算初步選定了動力系統(tǒng)參數(shù)[5]。

但以上的參數(shù)匹配完整性不夠，續(xù)航提升針對NEDC 工況，且續(xù)航提升方法較單一，續(xù)航管控時無法為全面挖掘整車續(xù)航潛力提供指導。本文以后驅純電動輕型商用車為研究對象，解析其驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配理論，并基于AMEsim 進行整車動力經(jīng)濟性仿真，根據(jù)匹配理論部分找出CLTC-C 工況下與續(xù)航相關的因素，進行參數(shù)敏感性分析。

1 驅動系統(tǒng)性能參數(shù)匹配理論

后驅純電動輕型商用車動力系統(tǒng)包括電機控制器、驅動電機、主減速器三合一、動力電池、高壓配電盒、車載充電器OBC與直流變換器DCDC、低壓蓄電池、低壓負載以及慢充系統(tǒng)等，OBC 和DCDC 集成于高壓配電盒（圖1）。高壓電池輸出電能，通過電機控制器驅動電機運轉，將電能轉換成機械能。驅動電機輸出扭矩經(jīng)過主減速器減速增扭后，驅動車輛行駛。

由式（17）可知，影響續(xù)駛里程的因素為：最高車速、測試質量、風阻、輪胎滾阻、驅動電機效率、能量回收率、低壓附件功耗損失、DCDC 轉換效率和電池充電效率。速比影響電機在CLTC-C 工況下運行點，間接影響了驅動電機的效率，故驅動電機的效率不僅包括電機本體的效率，電機電控效率的效率，還包括電機不同速比下的工況效率。為分析各個因素對續(xù)駛里程的影響，本文按表4 設置了仿真分析矩陣，將表1 和表2 輸入到整車動力經(jīng)濟性仿真模型中，利用AMEsim 的批處理仿真功能進行仿真。仿真時需保持單一變量輸入，其他參數(shù)保持不變，仿真續(xù)航結果變化平均比例如表4 所示。續(xù)航變化平均比例是負值，說明該因素按仿真輸入列表變化時續(xù)航結果是減少的。

根據(jù)上述敏感性分析結果表，形成項目可執(zhí)行清單，輸入項目開發(fā)中，將此形成可執(zhí)行清單?？蓤?zhí)行清單中，測試質量降低50 kg，風阻系數(shù)減少0.1，滾阻系數(shù)降低5.0‰，電機效率平均提升1%，能量回收率提升10%，低壓功耗降低0.020 kW · h，最高車速、DCDC 效率和電池充電效率以及主減速比保持不變，輸入到整車動力經(jīng)濟性仿真模型中，CLTC-C 工況下續(xù)航里程提升6.6%。

5 結束語

本研究為解決輕型商用車驅動系統(tǒng)參數(shù)匹配方法不夠系統(tǒng)的問題以及滿足續(xù)航里程提升的需求，建立了對應的數(shù)學模型和整車仿真模型，進行了多個參數(shù)單一變量的敏感性分析，結論如下。

（1）對后驅純電動商用車驅動系統(tǒng)性能參數(shù)進行了詳細的理論分析，建立了續(xù)航提升的數(shù)學模型，按驅動系統(tǒng)性能參數(shù)理論匹配結果進行了整車動力經(jīng)濟性仿真，模型仿真結果滿足動力經(jīng)濟性目標值。

（2）按驅動系統(tǒng)性能參數(shù)匹配理論找出了影響續(xù)駛里程的影響因素，并進行了敏感性仿真分析。分析得到了整車最高車速、測試質量、風阻、滾阻及電機效率、能量回收率、低壓附件功耗損失、DCDC 轉換效率、電池充電效率以及速比變化對續(xù)駛里程影響的具體比例，形成了項目可執(zhí)行清單。根據(jù)項目實際開發(fā)匹配，CLTC-C 工況下整車續(xù)航里程仿真提升6.6%。

（3）驅動系統(tǒng)性能參數(shù)匹配理論和敏感性分析的結果為整車廠提升續(xù)駛里程提供了理論指導和項目開發(fā)具體工作清單，對整車廠純電動汽車續(xù)駛里程提升工作具有一定的參考價值。后續(xù)將進一步開展整車滑阻測試、動力性測試和實車測試單一變量對續(xù)航里程的影響結果及續(xù)航里程的能量流測試，完善仿真模型層級，綜合優(yōu)化提升實車續(xù)航里程。

【參考文獻】

[1] 邱彬， 彭海麗. 我國商用車低碳化發(fā)展環(huán)境研究與技術路徑分析[J] 汽車工程學報，2022，12（2）：127-136.

[2] 彭鵬峰， 許新權， 曾潔瓊. 基于電機效率的純電動汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J]. 機械設計與制造，2021，6：39-44.

[3] 王永鼎， 裴開雅. 純電動汽車制動能量回收策略優(yōu)化研究[J]. 機械科學與技術，2022，41（9）：1436-1441.

[4] 施佳能， 韋尚軍， 丘云燕， 等. 基于CRUISE 的純電動商用車動力參數(shù)匹配及仿真分析[J]. 電子質量，2022（03）：67-72.

[5] 孫國慶， 葉硼林， 余翔宇， 等. 純電動商用車動力系統(tǒng)選型及其基于Cruise 的動力性經(jīng)濟性仿真[J]. 汽車實用技術，2020（05）：11-14+22.

[6] 余志生. 汽車理論[M]. 北京： 機械工業(yè)出版社，2018.

作者簡介：

蔣華梁，碩士，工程師，研究方向為整車動力經(jīng)濟性集成。