纯电动物流车动力系统参数匹配与仿真分析.docx

    纯电动物流车动力系统参数匹配与仿真分析    吴智勇湖北新楚风汽车股份有限公司湖北省随州市441300Reference：以设计一款实用的纯电动物流车为目的，根据车辆的动力性能要求，对车辆动力系统参数进行匹配，运用AVL-Cruise软件搭建整车仿真模型，分析了整车的动力性能和经济性能，验证了匹配设计的正确性Keys：纯电动物流车；动力性；经济性；仿真1引言随着工业化进程的不断发展，环境污染和能源匮乏等问题日趋严峻，传统化石燃料车辆的弊端也在不断显现出来，研发更加节能环保的交通工具是当今汽车行业发展的首要任务纯电动汽车相比于传统汽车具有结构简单、无排放污染、噪声低、能量转换效率高等显著优点[1]纯电动物流车在纯电动汽车的发展普及过程中具有更明显的优势纯电动物流车型通常用于城市内部间的物件派送，对车辆续驶里程的要求不高，且可在夜间闲时进行集中充电，很好地克服了当前纯电动汽车所存在的缺点与不足AVL-Cruise软件可以用于传统汽车及新能源汽车的动力系统、传动系统、尾气排放系统的辅助开发以及整车性能的仿真与优化2整车参数和设计要求2.1纯电动物流车动力系统结构纯电动物流车沿用了传统内燃机车辆的动力系统基本结构，用驱动电机取代内燃机作为车辆的动力源，并配备电机控制器以及适当容量的车载动力电池等，采用后轮驱动的方式，动力系统结构简图如图1所示。

2.2纯电动物流车整车参数纯电动物流车整车参数及变速器参数如表1、表2所示2.3设计要求所开发的纯电动物流车的性能要求如表3所示3动力系统参数匹配3.1驱动电机参数匹配驱动电机作为纯电动汽车的唯一动力来源，它的性能在很大程度上决定了纯电动汽车整车的性能[2]因此，驱动电机的合理选择及参数匹配，是纯电动汽车动力系统的研究设计与性能优化的关键因素3.1.1驱动电机功率的确定电动机具有一定的效率特性，在特定的转速和转矩条件下对应特定的效率由于车载动力电池所携带的能量是有限的，在选择驱动电机时，尽量使驱动电机在实际工作过程中经常处于高效率的范围内，以获得较高的能量转化效率1）根据最高车速确定电动机峰值功率在选择驱动电机功率时既要使整车具有正常的车速，也要根据车辆的用途，使电动机经常在较高负荷条件下运行，并且能使车辆在良好的工况下能够以较高的车速行驶对于主要运行在城市内部的纯电动物流车而言，以中低速行驶的工况占有很大的比例，因此电动机的功率不宜选得过大，否则会使电动机经常工作于低负荷低效率区，整车能量利用率低根据所要求达到的最高车速，由式（1）可以初步选定电动机所需的峰值功率[3]式中，P2—满足常用车速行驶所需的电动机额定功率（kW），v0—车辆常用车速（km/h）。

经计算得出P2=23.64kW3）根据爬坡性能确定电机峰值功率所选用的电动机应保证电动汽车在某一最小车速vc（设计要求取17km/h）时能够爬上一定的坡度i，此时电动机所需峰值功率可由式（3）估算得出取电动机的过载系数为2，最终确定驱动电机的峰值功率为100kW，额定功率为50kW3.1.2驱动电机额定电压的选择额定电压是电动机的一项重要性能参数，通常是由所选电机的参数决定的纯电动汽车驱动电机的额定电压与车载电池组的电压密切相关相同输出功率下，如果电池组电压高，则放电电流较小，对电器元件的要求也会随之降低但高电压意味着需要串联更多的单体电池，不仅增加了电池组的重量，而且由于单体电池不均匀性带来的影响也会上升电压过低时，车辆工作电流较高，对连接导线的要求高，损耗功率上升[4]因此，合理选择电动机的额定电压对提高电动汽车的整车性能具有重要意义结合所选电动机的功率值，电动机的额定电压选为540V综合上述结果，电动机的基本参数如表4所示3.2动力电池参数车载动力电池是纯电动汽车的能量来源，一般选用能量密度较高的锂电池由选定的电池组电压以及给定的电池组容量可得电池组主要参数如表5所示为了提高电池寿命，在计算过程中，充满电后电池SOC（StateofCharge，SOC）上限值设为90%，完全放电后SOC下限值设为10%，按照车辆在水平道路上以40km/h匀速行驶计算续驶里程（等速法）。

4基于Cruise的整车建模与仿真4.1整车模型的建立依据纯电动物流车的结构，将车辆各个部件模块逐一添加至Cruise建模平台中，建立正确的电气连接与机械连接，随后将完整的数据输入到各个模块中，设置所需的计算任务并开始进行仿真计算模型中包括整车参数模块、变速器模块、主减速器模块、车轮模块、制动器模块、驱动电机模块、差速器模块、驾驶员模块、防滑模块、电池模块、制动控制模块、驱动控制模块、监控模块、常数设置模块等4.2计算任务的设定动力性能和经济性能是评价车辆性能优劣的主要依据[5]本次分析中纯电动物流车的主要计算任务包括在中国典型城市循环工况下的仿真计算、40km/h匀速工况下的仿真计算、0~50km/h加速时间计算、最大爬坡度的计算以及最高车速的计算等中国典型城市循环工况总行驶里程约为5.9km，历时1314s，最高车速60km/h，具体工况如图3所示5计算结果分析5.1动力性能仿真结果5.1.1爬坡性能由仿真结果可得，所匹配设计的纯电动物流车在满载条件下的最大爬坡度约为33%，车速为17km/h时的爬坡度约为26.1%，满足车辆对爬坡性能的设计要求图4为该车在满载条件下的爬坡性能曲线。

5.1.2加速性能由仿真结果可得，所匹配设计的纯电动物流车在满载条件下从车速为零加速至50km/h所需的时间约为10.1秒，加速性能优良5.1.3最高车速图6为满载条件下车辆加速过程中驱动功率与阻力功率平衡曲线，其中阻力包括滚动阻力、加速阻力、风阻阻力和坡度阻力等从图中可以得出该车在满载条件下最高车速约为100km/h，满足对最高车速的设计要求5.2经济性能仿真结果5.2.1循环工况由仿真结果可得，该车半载条件下在中国典型城市循环工况下行驶一个循环耗电量约为2.87kWh，折算后为48.64kWh/100km图7为循环工况下电池SOC值变化曲线，直至循环工况结束，电池SOC值由初始90%降至86.12%图8为城市循环工况下驱动电机工作点云图从图8中可以看出，电机在循环工况下基本工作在高效率区5.2.2匀速工况由仿真结果得，车辆半载在水平道路上以40km/h车速匀速行驶，电池SOC值从90%降至10%，续驶里程约为140km，折算成耗电量为43.98kWh/100km，吨百公里耗电量为7.996kWh/T.100km（试验质量按车辆半载为5.5T）图9为匀速工况下电池SOC随车辆续驶里程的变化关系曲线。

6结论根据纯电动物流车的性能需求，对车辆的驱动电机、动力电池等动力系统参数进行了匹配设计运用Cruise软件搭建了整车仿真模型，分析计算了所设计的纯电动物流车的动力性能和经济性能仿真结果表明，所匹配的动力系统各部件满足动力性能的要求采用理论研究与仿真计算相结合的方法快速地完成了对纯电动物流车的初步设计，这可以大量节省原型试验所需的成本，缩短产品设计周期，仿真结果可为今后纯电动汽车的优化设计提供重要的数据参考Reference：[1]麻良友，严运兵.电动汽车概论[M].北京：机械工业出版社，2012：17-99.[2]袁苑，钱立军.基于CRUISE中型纯电动客车动力匹配仿真[J].农业装备与车辆工程，2012，第50卷（第5期）：15-18.[3]丁楠楠.城市电动公交客车的动力系统优化匹配与能效分析[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014年.[4]陈佼.某城市公交动力传动系匹配优化研究[D].南京：南京理工大学，2014年.[5]周胜.纯电动汽车动力性及经济性分析[D].长沙：湖南大学，2013年.  -全文完-。