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        純電動(dòng)汽車(chē)建模與仿真

        2014-04-29 05:13:40黃冠崔俊杰
        電子世界 2014年17期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)力系統(tǒng)純電動(dòng)汽車(chē)

        黃冠 崔俊杰

        【摘要】本文分析了cruise軟件建模仿真過(guò)程,通過(guò)給定電動(dòng)汽車(chē)滿(mǎn)足的汽車(chē)動(dòng)力性能及續(xù)駛里程,對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了參數(shù)匹配,利用cruise軟件建立了電動(dòng)汽車(chē)模型,通過(guò)仿真分析驗(yàn)證電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)能滿(mǎn)足汽車(chē)性能。

        【關(guān)鍵詞】純電動(dòng)汽車(chē);動(dòng)力系統(tǒng);Cruise

        1.引言

        純電動(dòng)汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一。在純電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,最關(guān)鍵的是保證汽車(chē)的動(dòng)力性和續(xù)駛里程數(shù)。本文通過(guò)根據(jù)給定動(dòng)力性能要求對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì),利用 cruise軟件建立了純電動(dòng)汽車(chē)模型,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        2.純電動(dòng)汽車(chē)建模

        2.1 汽車(chē)參數(shù)及滿(mǎn)足的性能

        純電動(dòng)汽車(chē)具體參數(shù)如表1所示。

        表1 純電動(dòng)汽車(chē)參數(shù)

        參數(shù)名稱(chēng) 數(shù)值 參數(shù)名稱(chēng) 數(shù)值

        汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量(kg) 1500 路面滾動(dòng)阻力系數(shù)f 0.02

        空氣阻力系數(shù)Cd 0.3 迎風(fēng)面積A(m2) 2.0

        車(chē)輪半徑(mm) 305 傳動(dòng)效率 0.92

        性能要求:

        加速時(shí)間(從0km/h到100km/h)12s±1s

        最大爬坡度(v0=15km/h)>30%

        最高車(chē)速150km/h

        續(xù)駛里程≥200km

        2.2 牽引電動(dòng)機(jī)選取

        電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是純電動(dòng)汽車(chē)的心臟。電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能推動(dòng)車(chē)輛,或反之將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能進(jìn)行再生制動(dòng)和對(duì)車(chē)載儲(chǔ)能裝置充電[1]。本文通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能要求確定合適的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。

        電動(dòng)汽車(chē)在水平路面上的以最高車(chē)速行駛所消耗的功率為:

        (1)

        電動(dòng)汽車(chē)爬坡所消耗的功率為:

        (2)

        電動(dòng)汽車(chē)從0km/h加速到100km/h所消耗的功率估算為[2]:

        (3)

        式中:為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù),vt為汽車(chē)加速終速。代入所給數(shù)據(jù)可求得:pv=42.23kw,pα=20.21kw,pa=62.3kw。

        電動(dòng)機(jī)的額定功率。由求得的數(shù)據(jù)可得pm=65kw可滿(mǎn)足汽車(chē)性能。電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)如表2所示。

        2.3 動(dòng)力電池的選取

        目前,鋰離子電池是車(chē)用電池產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn),性能好、環(huán)保,在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛[1]。本文在選用電池的過(guò)程中采用等速法進(jìn)行續(xù)駛里程計(jì)算,選用合適容量的動(dòng)力電池[3]。

        假設(shè)汽車(chē)以等速V=60km/h行駛,此時(shí)消耗的功率為:

        (6)

        (7)

        = ? ? ? ? ? ? ? (8)

        電池的實(shí)際總能量為:

        (9)

        其中:S為續(xù)駛里程,為電池組有效電容量系數(shù),該系數(shù)取0.8。Ub為電池組的平均工作電壓;C為電池組的總?cè)萘俊?/p>

        把式(7)、式(8)代入到式(9)中可得:

        (10)

        代入數(shù)據(jù),可得到滿(mǎn)足續(xù)駛里程200km的最小電池容量C=135.98Ah,最終選取動(dòng)力電池的容量C=150Ah,采用國(guó)內(nèi)主流的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池,容量為150Ah,標(biāo)稱(chēng)電壓(3.2×100)v。

        3.Cruise軟件建模仿真分析

        3.1 建立純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)模型

        打開(kāi)軟件,進(jìn)入設(shè)計(jì)模塊,建立汽車(chē)各模塊,完成機(jī)械連接和電氣連接。如圖1所示。

        圖1 純電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)模型

        3.2 仿真分析

        (1)加速性能分析。在cruise軟件任務(wù)中建立Full Load Acceleration任務(wù),測(cè)試汽車(chē)從0km/h到100km/h加速時(shí)間,如圖2所示。電動(dòng)汽車(chē)在12.8s加速到100km/h,滿(mǎn)足汽車(chē)加速性能要求。

        圖2 汽車(chē)加速過(guò)程

        (2)爬坡性能分析。在cruise軟件任務(wù)中建立Climbing Performance任務(wù),測(cè)試汽車(chē)的爬坡能力,結(jié)果如圖3所示。最大爬坡度可達(dá)63%,滿(mǎn)足汽車(chē)爬坡要求。

        (3)汽車(chē)最高車(chē)速分析。在cruise軟件任務(wù)中建立Constant Drive任務(wù),測(cè)試汽車(chē)達(dá)到的最高車(chē)速。各檔位最高車(chē)速如表3所示。

        表3 各檔最高車(chē)速

        檔位 最高車(chē)速(km/h) 轉(zhuǎn)速(r/min)

        1 94 7450

        2 153 8000

        續(xù)駛里程分析。在cruise軟件任務(wù)中建立Cycle Run任務(wù),在UDC實(shí)驗(yàn)工況下進(jìn)行測(cè)試,可得到動(dòng)力電池SOC的變化曲線(xiàn),如圖4所示,當(dāng)SOC=15%的點(diǎn)的橫坐標(biāo)作為電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程,則S=260000m>200000m。

        圖3 汽車(chē)爬坡度

        圖4 UDC工況下電池SOC變化曲線(xiàn)

        4.結(jié)論

        本文通過(guò)給定電動(dòng)汽車(chē)的性能要求,對(duì)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。運(yùn)用cruise軟件對(duì)純電動(dòng)車(chē)進(jìn)行建模和動(dòng)力性能的仿真,得到了0km/h到100km/h加速時(shí)間、最高速度、最大爬坡度及續(xù)駛里程等性能指標(biāo),仿真結(jié)果驗(yàn)證了汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。通過(guò)本文的仿真和分析,為純電動(dòng)汽車(chē)的參數(shù)選擇以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]趙航,史廣奎.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

        [2]倪光正,倪培宏,熊素. Ehsani,M.現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料汽車(chē)——基本原理、理論和設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

        [3]朱鵬飛,趙文杰,許宏云.基于CRUISE 純電動(dòng)汽車(chē)匹配計(jì)算與仿真[J].上海汽車(chē),2012(9):12-15.

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