纯电动汽车动力系统选型匹配及仿真分析

赵畅 朱春红 梁时光 龙建

摘 要：纯电动汽车动力系统的选型及匹配是整车开发过程中的关键问题。文章根据整车参数及性能指标，通过对动力系统进行匹配及计算确定驱动电机及动力电池组的关键参数。基于cruise仿真软件，搭建纯电动汽车仿真分析模型，并進行动力性及经济性的仿真分析。根据仿真结果与试验实测数据进行对比分析，进一步确定仿真模型的合理性，为后续仿真优化工作奠定了基础。

关键词：纯电动汽车;系统匹配;仿真分析;Cruise

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）15-15-04

Abstract： The selection and matching of electric vehicle power system is a key issue in the development process of the whole vehicle. According to the vehicle parameters and performance indicators， the key parameters of the motor and the power battery pack are determined by matching and calculating the power system. Based on the cruise simulation software， a pure electric vehicle simulation analysis model is built， and the dynamic and economic simulation analysis is carried out. According to the comparison between the simulation results and the experimental data， the rationality of the simulation model is further determined， which lays a foundation for the subsequent simulation optimization.

Keywords： Electric vehicle; System matching; Simulation analysis; Cruise

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）15-15-04

前言

随着科技的进步与世界经济的发展，能源短缺，环境污染成为目前全世界关注的重要问题。如何更高效地利用能源，与环境的和谐共处是当今社会发展面临的一个重大课题之一[1-4]。纯电动汽车由于具有动力响应快，节约能源，降低污染的优点，已成为目前新能源汽车的重点发展方向。

本文以某纯电动汽车作为研究对象，依据整车设计目标对其动力总成系统进行选型匹配，并利用Cruise软件进行整车仿真模型的建立及仿真分析，验证选型匹配方案的合理性。

1 动力总成系统选型匹配计算

纯电动汽车的动力总成系统主要由驱动电机、动力电池、传动系统以及控制系统构成[5]。其动力总成系统结构简图如下图1所示。

为了对纯电动汽车动力总成系统进行选型及匹配，应明确整车参数及所要求的性能指标。整车参数及性能指标如表1-2所示。

1.1 驱动电机选型计算

1.1.1 最高转速及基速

最高车速可由以下公式计算得出：

可得到电机的最高转速为nmax=2274.04r/min;电动机的最高转速与额定转速的关系可用扩大恒功率区系数β来表示，根据关系式可得电机的基速n0：

因此，取最高转速和基速分别为2500 r/min和780r/min。

1.1.2 功率匹配

对于驱动系统峰值功率需求主要考量最高车速、某一车速下满足最大爬坡度以及原地起步加速时分别对应的峰值功率需求。

2 模型建立及仿真分析

2.1 仿真模型建立

本文采用Cruise软件进行整车仿真模型的建立，灵活的模块化理念使得Cruise可以对任意结构形式的汽车传动系统进行建模和仿真，同时完善的算法程序保证了较快的运算速度和计算精度[6]。

依据纯电动客车动力的传输路线可以建立车辆的仿真模型，并输入各部件所需的参数，如图2所示。

2.2 性能仿真分析

2.2.1 整车动力性分析

纯电动汽车的动力性评价指标为最高车速，某一车速下的最大爬坡度和起步加速时间。

（1）整车最高车速及加速时间分析

利用Cruise计算任务中的全负荷加速性能任务计算了纯电动汽车在加速过程中的最高车速和加速时间。如图3所示。

由图中可以得到纯电动汽车最高车速可达到73 km/h，符合设计目标值。同时，由图可得到该纯电动汽车从静止加速到50 km/h的加速时间为14.12s，小于设计的目标值18s，故满足要求。

（2）最大爬坡度分析

尽管在市区路况下不存在如同乡村公路那样非常极端的陡坡，但是随着城市化水平的提高，交通基础建设的拓展，市民对高架桥以及室内环线或高速的依赖性增强，因此即使是在城市中也必不可少的存在高架桥的上下坡，而此时则必须考虑车辆的爬坡性能。设计不当导致爬坡能力的不足会对交通线的畅通带来不必要的麻烦，并且也潜在溜车等交通事故的发生。因此，检验车辆的最大爬坡度是一个非常重要的环节。

2.2.2 整车经济性分析

纯电动汽车的经济性评价指标为续驶里程和电耗。本文分别以40km/h等速和CCBC两种工况条件对纯电动汽车进行仿真分析，计算两种工况下的百公里能耗和续驶里程。

（1）40km/h等速工况下的百公里能耗和续驶里程分析

图5反映了在40km/h等速行驶工况下电池SOC值与行驶距离的关系。经计算，在动力电池组放电深度为85%的条件下，40km/h等速工况百公里能耗为54.61kwh/100km，续驶里程值大于设计的目标值160km，满足设计要求。

（2）CCBC工况能耗分析

中国典型城市公交循环即CCBC工况对于城市客车的能耗分析具有深刻意义，其车速和时间关系如图所示。

4 结论

本文以某纯电动汽车作为研究对象，首先进行了动力总成系统的选型匹配计算，并利用Cruise软件进行了整车仿真模型的建立。基于仿真模型进行了动力性和经济性的计算分析。结果表明，整车参数匹配结果合理且模型具有较高的正确性，为后续的开发优化奠定了良好的基础。

参考文献

[1]      任田园，宋伟萍，冯乾隆，等.基于Cruise的电动汽车仿真分析[J]. 汽车实用技术， 2018， 276（21）：11-12.

[2] 赵畅，张昕.增程式电动商用车能量管理控制策略研究[C]//2015中国汽车工程学会年会.2015.

[3] 黄菊花，徐仕华，刘淑琴，等.电动汽车动力参数匹配及性能仿真[J]. 南昌大学学报（工科版）， 2011， 33（4）.

[4] 李涛，陈猛.增程式公交车动力系统设计及实例化研究[J].中国机械工程.2011，22（14）：1758-1763.

[5] 李胜琴，于博.基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真[J].森林工程，2019， 35（01）：84-90.

[6] 吴剑，张承慧，崔纳新，等.CRUISE软件及其在电动汽车仿真中的应用[C]//中国电动车辆学术交流会.200.