基于工況法的新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)匹配仿真研究

【摘" 要】文章首先探討新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)的定義及其關(guān)鍵構(gòu)成部分。隨后，基于NEDC（New European Driving Cycle，新歐洲駕駛循環(huán)）循環(huán)工況特征，構(gòu)建電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力電池系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行匹配研究。在此基礎(chǔ)上，利用MATLAB仿真軟件，從動(dòng)力性和續(xù)駛里程兩大維度分析整車性能。最終，通過將MATLAB仿真結(jié)果與實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)對(duì)比，有效驗(yàn)證所提出計(jì)算方法的精準(zhǔn)度及其滿足整車設(shè)計(jì)需求與期望的實(shí)際效果。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)力系統(tǒng)； NEDC循環(huán)工況；動(dòng)力性；續(xù)駛里程

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）03-0028-07

Research on Power System Matching Simulation of New Energy Commercial Vehicles Based

on Operating Condition Method

【Abstract】This article initially examines the definition and critical components of the powertrain for new energy commercial vehicles. Subsequently，mathematical models for the motor drive system and power battery system were developed and studied for compatibility based on the NEDC（New European Driving Cycle）cycle characteristics. Building on this foundation，the performance of the entire vehicle was analyzed using MATLAB simulation software，focusing on two key areas： power output and driving range. Finally，through a rigorous comparison between MATLAB simulation results and real vehicle test data，the proposed calculation method's precision and its effectiveness in fulfilling the vehicle's design requirements and expectations were conclusively validated.

【Key words】power system；NEDC cycle operating conditions；dynamic performance；driving range

0" 引言

近年來，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已成為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)升級(jí)和全球綠色發(fā)展的重要推動(dòng)力量?！缎履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》明確指出：至2025年，新能源汽車應(yīng)占新車銷售總量的20%左右。然而，汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)，2021—2023年，新能源汽車銷售量占比分別為13.4%、25.6%和31.6%，提前實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)，顯示出中國(guó)在該領(lǐng)域強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭。

隨著新能源汽車市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，新能源物流車作為其中的重要細(xì)分領(lǐng)域，其在新能源商用車行業(yè)中的地位愈發(fā)舉足輕重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年新能源物流車的權(quán)重占比已超過80%，成為該行業(yè)的核心領(lǐng)域，并受到了市場(chǎng)的廣泛關(guān)注。這一趨勢(shì)的快速發(fā)展，不僅得益于政策的大力扶持，也離不開技術(shù)的不斷創(chuàng)新和市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可[1]。

在國(guó)家層面，《“十四五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出：2035年純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力新能源汽車應(yīng)占汽車總銷量的70%以上。這一目標(biāo)的設(shè)定，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展指明了方向，也為相關(guān)企業(yè)提供了巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。

隨著“雙碳”戰(zhàn)略的推進(jìn)，未來新能源物流車市場(chǎng)滲透率將更加快速提升。本文以一款純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車為例，基于NEDC循環(huán)工況法對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行匹配仿真研究，旨在實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、低運(yùn)行成本和高可靠性，從而提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1" 新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)定義及組成

純電動(dòng)新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)主要包括4部分：電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（含驅(qū)動(dòng)電機(jī)和變速器）、動(dòng)力源（動(dòng)力電池）、電力電子控制系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要由整車控制器VCU、電機(jī)控制器MCU、變速器控制器TCU和動(dòng)力電池控制器BMS組成[2]，其連接示意圖如圖1所示。傳動(dòng)系統(tǒng)由傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋和輪胎組成。動(dòng)力系統(tǒng)各參數(shù)匹配是否合理，一定程度決定了汽車性能的發(fā)揮，是新能源汽車的動(dòng)力核心。對(duì)其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、安全性、可靠性、耐久性有著重要意義。

本文基于NEDC循環(huán)工況法，重點(diǎn)對(duì)新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器、動(dòng)力電池的性能參數(shù)進(jìn)行匹配研究，借助MATLAB軟件，開展整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性分析。最后，通過整車試驗(yàn)驗(yàn)證了實(shí)際結(jié)果與仿真結(jié)果的一致性，從而確保研究的準(zhǔn)確性和可靠性。

2" 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車動(dòng)力性與續(xù)航里程的相

關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及NEDC循環(huán)工況分析

2.1" 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車動(dòng)力性與續(xù)航里程的相關(guān)標(biāo)

準(zhǔn)要求

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的規(guī)定，動(dòng)力性方面的要求為：30min最高車速不應(yīng)小于80km/h，加速時(shí)間不應(yīng)大于10s。其中，N1類車輛加速范圍為0—50km/h和50—80km/h。此外最大爬坡能力不應(yīng)低于20%。至于續(xù)航里程方面，標(biāo)準(zhǔn)要求純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車的續(xù)駛里程不得低于200km。

文獻(xiàn)[4]則對(duì)N1類純電動(dòng)封閉式貨車的動(dòng)力性與續(xù)航評(píng)價(jià)指標(biāo)作出了具體規(guī)定，見表1。這些標(biāo)準(zhǔn)旨在確保車輛在實(shí)際使用中能夠具備良好的動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)性能，從而滿足各種運(yùn)輸需求。

2.2" NEDC循環(huán)工況圖

根據(jù)文獻(xiàn)[5]的規(guī)定，NEDC循環(huán)工況是一個(gè)綜合性的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，它精心設(shè)計(jì)了等速、等加速、等減速以及停車再啟動(dòng)等多種行駛工況，以模擬實(shí)際道路駕駛條件。NEDC循環(huán)工況試驗(yàn)由4個(gè)市區(qū)循環(huán)和1個(gè)市郊循環(huán)程序共同構(gòu)成，其理論試驗(yàn)距離設(shè)定為10.9773km，整個(gè)試驗(yàn)過程耗時(shí)19：40。圖2詳細(xì)展示了試驗(yàn)循環(huán)的具體組成情況，為研究者提供了清晰的試驗(yàn)流程參考。這一工況試驗(yàn)設(shè)計(jì)旨在模擬車輛在不同路況下的運(yùn)行狀況，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估其性能表現(xiàn)。

2.3" 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車動(dòng)力性與續(xù)航里程設(shè)計(jì)要求

針對(duì)純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車的動(dòng)力性與續(xù)航里程，根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)要求以及NEDC循環(huán)工況，同時(shí)結(jié)合其實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，擬定整車動(dòng)力性與續(xù)航里程的設(shè)計(jì)要求，見表2。這一設(shè)計(jì)旨在確保車輛在實(shí)際使用中既能擁有出色的動(dòng)力性能，又能滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)睦m(xù)航需求。

2.4" 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車整車主要參數(shù)

純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車整車主要參數(shù)見表3。這些參數(shù)的選擇與確定，旨在確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)的動(dòng)力性與續(xù)航性能分析提供有力支撐。

3" 基于工況法計(jì)算匹配驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)

3.1" 基于工況法計(jì)算匹配驅(qū)動(dòng)電機(jī)

根據(jù)汽車NEDC循環(huán)工況，計(jì)算勻速行駛、加速行駛及減速行駛時(shí)所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。

在水平道路面上勻速行駛時(shí)所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率：

在水平道路面上加（減）速行駛時(shí)所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率：

式中：tm——加（減）時(shí)間，s。運(yùn)用上述公式，結(jié)合利用MATLAB軟件，得到NEDC循環(huán)工況功率需求曲線，如圖3所示。

從圖3詳細(xì)數(shù)據(jù)分析中可以明確觀察到：在市郊循環(huán)行駛階段，當(dāng)車輛以100～120km/h的速度區(qū)間進(jìn)行加速至其末端時(shí)，所達(dá)到的功率峰值高達(dá)60.4kW。鑒于該純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車的設(shè)計(jì)，其最高車速被限制在100km/h以內(nèi)，為確保車輛在此速度范圍內(nèi)能夠充分發(fā)揮性能并保留一定的功率儲(chǔ)備，可以合理且初步地將電機(jī)的峰值功率設(shè)定為60kW，這一數(shù)值既符合車輛運(yùn)行的實(shí)際需求，也確保了動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性與高效性。同時(shí)電機(jī)的峰值功率要滿足最大坡度、加速時(shí)所需的電機(jī)功率。

最大爬坡度（imax=20%@15km/h）及i=12%@30km/h、i=4%@60km/h時(shí)功率Pimax：

根據(jù)整車加速性能計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率Pjmax：

基于NEDC循環(huán)工況、最大爬坡度及加速性能的綜合考量，確定電機(jī)的峰值功率需求為60kW，這一數(shù)值充分滿足了既定的性能要求。

電機(jī)額定功率為：

式中：λ——電機(jī)過載系數(shù)，一般取值2～3，文中選取λ=2（取值為2，常見于實(shí)際應(yīng)用中）。

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速：

為了確保電機(jī)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，預(yù)留10%～15%的設(shè)計(jì)余量，最終將最高轉(zhuǎn)速設(shè)定為9000r/min。

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：

式中：β——恒功率區(qū)擴(kuò)大系數(shù)，一般取值2～4，文中β取值為2.83，以優(yōu)化電機(jī)的性能范圍，這一設(shè)計(jì)既保證了電機(jī)在額定負(fù)載下的高效運(yùn)行，又為其在更高負(fù)載下的性能表現(xiàn)預(yù)留了空間。

電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：

電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩：

[Tmax=λ×Te=220N·m]

式中：[λ]——電機(jī)過載系數(shù)，一般取值2～3，考慮到物流車在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中可能面臨的瞬時(shí)高負(fù)載情況，利用電機(jī)過載系數(shù)[λ]（取值為2.45，以應(yīng)對(duì)物流車的特殊需求）計(jì)算出電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩為220N·m。

綜上所述，精心選取了一款永磁無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其性能參數(shù)見表4。該電機(jī)不僅滿足了整車對(duì)性能的要求，還具備足夠的冗余設(shè)計(jì)，以確保在各種工況下的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3.2" 基于工況法計(jì)算匹配動(dòng)力電池參數(shù)

動(dòng)力蓄電池的能量是影響純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的決定性因素。在進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，應(yīng)根據(jù)客戶需求及產(chǎn)品定位設(shè)定續(xù)駛里程目標(biāo)。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]中相關(guān)要求，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)直流母線額定電壓取以下等級(jí)：36V、48V、60V、72V、80V、120V、144V*、168V、192V、216V、240V、264V、288V*、312V*、336V*、360V、384V*、408V、540V、600V*、650V、700V、750V（標(biāo)*為優(yōu)先等級(jí)）。

純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車在選擇動(dòng)力電池電壓時(shí)，需要綜合考慮車輛類型、設(shè)計(jì)需求、技術(shù)規(guī)格以及安全性等因素。本文車輛選擇搭載磷酸鐵鋰電池，電池組電壓高達(dá)320V，這樣的電壓配置有助于提升車輛的續(xù)航里程和動(dòng)力性能。

本文基于NEDC工況法來精確計(jì)算動(dòng)力電池的容量參數(shù)，以確保電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景高度契合，從而最大化地發(fā)揮純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車的性能優(yōu)勢(shì)，滿足多樣化的物流運(yùn)輸需求。

純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車滿足勻速行駛動(dòng)力電池所需存儲(chǔ)的容量為：

式中：Cm1——滿足勻速行駛動(dòng)力電池所需存儲(chǔ)的容量；tm1——?jiǎng)蛩傩旭倳r(shí)間；U——?jiǎng)恿﹄姵囟穗妷骸?/p>

滿足加（減）速行駛時(shí)動(dòng)力電池所需存儲(chǔ)的容量為：

式中：Cm2——滿足加（減）速行駛動(dòng)力電池所需存儲(chǔ)的容量；tm2——加（減）速行駛時(shí)間[6]。

運(yùn)用上述公式，結(jié)合利用MATLAB 軟件，得到NEDC循環(huán)工況容量需求，如圖4所示。

由圖4可知，在一個(gè)市區(qū)基本循環(huán)中，電動(dòng)汽車在維持勻速行駛及加速過程中，其動(dòng)力電池需穩(wěn)定供應(yīng)0.5162Ah的電能容量以滿足動(dòng)力需求，而當(dāng)電動(dòng)汽車執(zhí)行制動(dòng)操作時(shí)，制動(dòng)產(chǎn)生的能量中可供動(dòng)力電池使用的容量為-0.3429Ah。

有研究表明，在城市行駛工況，大約有50%甚至更多的驅(qū)動(dòng)能量在制動(dòng)過程中損失掉，郊區(qū)工況也有至少20％的驅(qū)動(dòng)能量在制動(dòng)過程損失掉。

假設(shè)制動(dòng)能量回收率為30%，則電動(dòng)汽車完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)市區(qū)循環(huán)運(yùn)行，動(dòng)力電池實(shí)際需額外提供的凈容量將縮減至0.41337Ah。若將此標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展至4個(gè)連續(xù)的市區(qū)行駛循環(huán)，則動(dòng)力電池必須提供的總?cè)萘繛?.6534Ah，以確保電動(dòng)汽車能夠順利完成整個(gè)行駛周期。

在市郊工況的循環(huán)行駛中，電動(dòng)汽車在勻速與加速階段，其動(dòng)力電池需輸出4.3503Ah的電量以支撐車輛運(yùn)行；而當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)產(chǎn)生的能量中可供動(dòng)力電池使用的容量為-1.5764Ah。假設(shè)制動(dòng)能量回收率為30%，則電動(dòng)汽車完成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)市郊循環(huán)運(yùn)行，動(dòng)力電池實(shí)際需額外提供的凈容量為4.3503Ah。

對(duì)于純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車而言，在完成整個(gè)NEDC測(cè)試時(shí)，動(dòng)力電池需提供5.5308Ah的容量以確保車輛順利運(yùn)行。鑒于NEDC循環(huán)的單次行駛距離僅為10.9773km，若要求電動(dòng)汽車在循環(huán)工況下的續(xù)駛里程達(dá)到252km，那么動(dòng)力電池的容量配置至少需要達(dá)到126.97Ah，以滿足這一長(zhǎng)距離行駛需求。

值得注意的是，在實(shí)際為電動(dòng)汽車匹配動(dòng)力電池時(shí)，還需綜合考慮多方面因素，包括但不限于傳動(dòng)系統(tǒng)的效率、電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率、電池的放電效率以及電池的放電深度等。這些因素均會(huì)對(duì)動(dòng)力電池的實(shí)際使用效果產(chǎn)生影響，正是基于這樣的全面考量與精心調(diào)配，最終確定了純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車所采用的動(dòng)力電池參數(shù)為320V、135Ah，總能量高達(dá)43.2kW·h，確保了車輛性能與續(xù)航能力的卓越表現(xiàn)。

3.3" 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器參數(shù)匹配分析

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的額定/最大容量大于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定/峰值功率。本車型選用整車動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓為320V，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的參數(shù)見表5。

4" 利用MATLAB仿真動(dòng)力系統(tǒng)

4.1" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車動(dòng)力性

建立純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車整車動(dòng)力性數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB對(duì)整車動(dòng)力性進(jìn)行仿真分析，并繪制相關(guān)函數(shù)曲線。電動(dòng)汽車行駛方程式：

4.1.1" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車最高車速

當(dāng)驅(qū)動(dòng)力曲線與行駛阻力曲線相交時(shí)，其交點(diǎn)所標(biāo)示的車速即為該汽車的最高車速。這一最高車速的確定嚴(yán)格遵循特定的方程規(guī)則。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)力持續(xù)保持在行駛阻力之上，導(dǎo)致兩曲線并未相交，那么電動(dòng)汽車所能達(dá)到的最高車速將直接受限于其電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速[7]，即電動(dòng)汽車的極速性能將由電機(jī)的性能上限來界定。

圖5為汽車驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力的平衡關(guān)系圖，可以直觀讀取到最高車速的具體數(shù)值為115km/h，這一數(shù)據(jù)為評(píng)估汽車性能提供了關(guān)鍵參考。

4.1.2" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車最大爬坡度

最大爬坡度是衡量其爬坡能力的重要參數(shù)之一。這一指標(biāo)直接反映了電動(dòng)汽車在面對(duì)不同坡度道路時(shí)的適應(yīng)性和通過能力。

電動(dòng)汽車的動(dòng)力因素為：

電動(dòng)汽車最大爬坡度為：

在圖6所示的爬坡度曲線中可以清晰看到，該電動(dòng)汽車在特定速度（33km/h）下能夠達(dá)到的最大爬坡度為24.8%。這一數(shù)值不僅展示了電動(dòng)汽車的強(qiáng)勁動(dòng)力，也為其在不同路況下的行駛能力提供了有力證明。

4.1.3" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車加速時(shí)間

由汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)可知：

基于汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)的深入理解，可以精確計(jì)算加速時(shí)間，這一過程既可通過高效的計(jì)算機(jī)積分算法實(shí)現(xiàn)，也可借助直觀的圖解積分法來完成。為便于實(shí)際應(yīng)用，特此提供一套針對(duì)特定車速范圍加速時(shí)間的計(jì)算公式，以簡(jiǎn)化計(jì)算流程。

式中：ub——電機(jī)基速，km/h。

圖7直觀描繪了汽車的速度與加速時(shí)間之間的關(guān)系。具體而言，車輛從靜止加速至50km/h，從50km/h加速至80km/h，以及從靜止加速至100km/h的加速時(shí)間分為6.1s、7s和20.5s。這些數(shù)據(jù)不僅體現(xiàn)了車輛在不同速度區(qū)間內(nèi)的加速性能，也為評(píng)估汽車動(dòng)力系統(tǒng)的效能提供了重要依據(jù)。

4.2" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程

動(dòng)力電池總能量為：

式中：Q——電池總能量；Cm——電池額定容量；Ue——電池端電壓。

4.2.1" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車等速行駛工況下續(xù)駛里程

當(dāng)汽車在平坦道路上以等速行駛時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率可以表示為：

對(duì)于電動(dòng)汽車在等速工況下的續(xù)駛里程與動(dòng)力電池能量的關(guān)系，其數(shù)學(xué)模型為：

進(jìn)一步推導(dǎo)，可以得到續(xù)駛里程S的表達(dá)式：

電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程和能量消耗量在車輛公告認(rèn)證中是非常重要的測(cè)試項(xiàng)目，特別是在等速（如40km/h）行駛條件下的續(xù)駛里程，它是《免征車輛購(gòu)置稅的新能源汽車車型目錄》和《享受車船稅減免優(yōu)惠的節(jié)約能源使用新能源汽車車型目錄》中的關(guān)鍵考核指標(biāo)。

基于上述計(jì)算模型，運(yùn)用MATLAB仿真技術(shù)，針對(duì)電動(dòng)汽車在等速行駛工況下的續(xù)航能力進(jìn)行了詳盡模擬，并繪制了如圖8所示的仿真結(jié)果圖。該圖直觀展示了純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車在恒定40km/h速度下，其續(xù)航里程可高達(dá)S=571.574km。

4.2.2" 利用MATLAB仿真電動(dòng)汽車NEDC循環(huán)工況下續(xù)駛里程

NEDC循環(huán)工況是由等速、等加速、等減速、停車行駛工況組成的循環(huán)。鑒于等速工況下的續(xù)駛里程與能量消耗量計(jì)算方法已在前文中詳盡闡述，此處不再重復(fù)說明。下面聚焦于等加速、等減速以及停車行駛這3種特定工況下的能量消耗量的計(jì)算，并基于這些計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步推導(dǎo)整個(gè)NEDC循環(huán)工況下的能量消耗率及續(xù)駛里程。

1）等加速行駛工況能量消耗量和續(xù)駛里程的計(jì)算。在汽車加速行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)除克服滾動(dòng)阻力和空氣阻力之外，還要提供為克服加速阻力所消耗的功率，若加速度為du/dt（m/s），則電機(jī)提供的功率Pa為：

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在等加速行駛時(shí)間ta內(nèi)的能量消耗為：

在等加速行駛工況下，電動(dòng)汽車的行駛距離為：

2）等減速行駛工況能量消耗量和續(xù)駛里程的計(jì)算。在汽車減速行駛的過程中，非但不消耗動(dòng)力電池中的電量，反而可以通過使電機(jī)進(jìn)入發(fā)電模式來有效回收制動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量?jī)?chǔ)存于動(dòng)力電池中，從而實(shí)現(xiàn)了能量的再利用。電機(jī)制動(dòng)回收的功率為：

式中：Ψ——制動(dòng)能量回收比例系數(shù)，即電機(jī)回收的制動(dòng)能量占總制動(dòng)能量的比值，0lt;Ψlt;1。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)Ψ取30%。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在等減速行駛時(shí)間td內(nèi)所回收的能量為：

在等減速行駛工況下，電動(dòng)汽車的行駛距離為：

3）停車時(shí)的能量消耗。電動(dòng)汽車停車時(shí)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量消耗量Qp=0。

4）整個(gè)循環(huán)工況下的最大續(xù)航里程和能量消耗。對(duì)于由等速、等加速、等減速、停車等行駛工況組成的NEDC循環(huán)，一個(gè)NEDC循環(huán)工況的行駛里程為：

式中：S1——一個(gè)NEDC循環(huán)工況的行駛里程；Si——每個(gè)狀態(tài)行駛的距離；k——電動(dòng)汽車能夠完成的狀態(tài)總數(shù)。

一個(gè)NEDC循環(huán)工況行駛動(dòng)力電池所消耗的能量為：

式中：Q1——一個(gè)NEDC循環(huán)工況行駛動(dòng)力電池所消耗的能量；Qi——每個(gè)狀態(tài)動(dòng)力電池所消耗的能量。

電動(dòng)汽車循環(huán)工況續(xù)駛里程為：

式中：S——電動(dòng)汽車循環(huán)工況續(xù)駛里程[6]。

通過利用MATLAB進(jìn)行仿真計(jì)算，深入分析電動(dòng)汽車在單個(gè)NEDC駕駛循環(huán)工況下的續(xù)駛里程及能量消耗情況，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表6。

綜合分析結(jié)果為：在單個(gè)NEDC循環(huán)工況下，電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)累計(jì)續(xù)駛里程10.9773km，并伴隨總能量消耗1.8631kW·h（備注：制動(dòng)能量回收率按30%計(jì)算）?；谶@一數(shù)據(jù)，則電動(dòng)汽車在NEDC循環(huán)工況下的總續(xù)駛里程S可計(jì)算為：

S=43.2/1.8631[×]10.9773=254.53km

這一結(jié)果表明，在NEDC標(biāo)準(zhǔn)條件下，該電動(dòng)汽車的理論總續(xù)駛里程約為254.53km。這一數(shù)據(jù)滿足車輛設(shè)計(jì)之初所設(shè)定的各項(xiàng)要求。

5" 整車性能試驗(yàn)驗(yàn)證與仿真結(jié)果對(duì)比分析

由表7可知，本文所建立仿真模型與試驗(yàn)結(jié)果雖然有一定偏差，但是相對(duì)變化量在5%以內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，整車性能目標(biāo)制定基本合理，也驗(yàn)證了匹配計(jì)算的正確性與仿真模型搭建的合理性。

6" 結(jié)束語(yǔ)

本文深入剖析了新能源商用車的NEDC循環(huán)工況特性，并以此為基石，構(gòu)建了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。該模型有效支撐了對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及動(dòng)力電池核心參數(shù)的精確計(jì)算與配置，確保了動(dòng)力系統(tǒng)的科學(xué)匹配。

借助MATLAB仿真平臺(tái)，全面模擬并驗(yàn)證了新能源商用車在整車動(dòng)力性能及續(xù)駛里程方面的表現(xiàn)。通過將仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)、預(yù)設(shè)目標(biāo)值（技術(shù)要求）進(jìn)行多維度、深層次的對(duì)比分析，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的合理性與高效性，證明了該系統(tǒng)能夠充分滿足整車性能的各項(xiàng)指標(biāo)要求。為新能源商用車動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能評(píng)估提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐與理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 莊勛.新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)研究[J].時(shí)代汽車，2020，325（1）：49-50.

[2] GB/T 18488.1—2015，電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng) 第1部分 技術(shù)條件[S].

[3] JT/T 1371—2021，電動(dòng)營(yíng)運(yùn)貨車選型技術(shù)要求[S].

[4] T/CECA-G 0123—2021，“領(lǐng)跑者”標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)要求 純電動(dòng)輕型貨車[S].

[5] GBT 18386—2017，電動(dòng)汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程 試驗(yàn)方法[S].

[6] 崔勝民.基于MATLAB的新能源汽車仿真分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020.

[7] 余志生.汽車?yán)碚摚旱?版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[8] 楊志華.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.