山東省德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李鎮(zhèn) 于士軍

電動汽車的動力性能設(shè)計和仿真

山東省德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李鎮(zhèn) 于士軍

電動汽車的出現(xiàn)是當(dāng)今社會發(fā)展的必然趨勢。隨著近年來各大公司對電動汽車的研究，電動汽車行業(yè)得到快速發(fā)展?；赑SAT動力性能仿真軟件建立仿真模型，通過設(shè)計電動汽車整體參數(shù)，對電動汽車的最高車速、加速能力和爬坡性能進(jìn)行仿真計算，最后得到電動汽車的性能參數(shù)。電動汽車符合社會的需求，極有可能成為新興的代步工具。

電動汽車；動力性；仿真

引言

由于社會的快速發(fā)展，人們的生活要求不斷提高，所以對能源的需求也越來越多。在汽車發(fā)揮其重要交通作用的同時，開發(fā)新能源汽車在當(dāng)今能源趨緊的現(xiàn)狀下顯得尤為重要?，F(xiàn)代社會對現(xiàn)代汽車的要求主要有節(jié)能、環(huán)保、噪音低和舒適性高等，電動汽車的出現(xiàn)便有可能解決這些難題，為了充分發(fā)揮電動汽車在解決能源方面的優(yōu)勢，研究電動汽車的動力性能和仿真便變得尤為重要。為了追趕社會快速發(fā)展的腳步，電動汽車的出現(xiàn)變得切合實際。電動汽車的動力性能主要包括最大爬坡度、加速能力和最大速度等。

1 動力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真分析

1.1 電動汽車的牽引力

對于電動汽車來說其最大牽引力主要受輪胎和地面接觸時所能提供的最大牽引力影響。作為電動汽車主要動力源，其主要有兩個工作特性，第一是在額定轉(zhuǎn)速以下以恒扭矩模式工作，第二是在額定轉(zhuǎn)速以上以恒定功率模式工作。對于理想的電動汽車來說，其運作特性應(yīng)是在全車速范圍內(nèi)以恒功率模式工作。定義電動汽車的牽引力為Ft：

公式中Tw為電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；η為傳動效率即主減速器傳動比；Tp為傳到驅(qū)動軸上的轉(zhuǎn)矩；ig為減速器與變速器傳動比。

1.2 最高車速、加速能力和最大爬坡度

1.2.1 最高車速

電動汽車的最高車速是在良好的道路條件下，在最大轉(zhuǎn)速下取得的速度。電動汽車的最高車速主要取決于電動汽車的牽引力，并且會因為電動汽車的自重而受到一定的影響。汽車的最高車速可以表示為：Vmax=πnmaxrd/30i0imin

1.2.2 加速能力

電動汽車的加速能力是用電動汽車原地起步的加速時間和超車時間確定的，即“原地起步的加速時間是用一擋或二擋起步，按最佳換擋時間逐次換至最高擋，加速至某一預(yù)定距離或車速所需的時間。

1.2.3 最大爬坡度

電動汽車的爬坡能力是指在良好的道路上以一擋爬坡時所能取得的坡度。最大爬坡度是電動汽車在低擋（一擋或二擋）時的爬坡能力。

整車的動力性能指標(biāo)包括：

（1）最高車速：50km/h；

（2）最大爬坡度：≥15%；

（3）0～40km/h加速時間：≤20s；

（4）蓄電池放電深度能夠滿足以40km/h行駛20km的要求。

1.3 續(xù)航里程仿真分析

續(xù)航里程是指電動汽車在蓄電池滿電狀態(tài)下可以行駛的里程數(shù)，作為衡量電動汽車主要性能的續(xù)航里程更是評價電動汽車動力電池、電動機(jī)及傳動系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。下面就運用等速法和工況法這兩種方法進(jìn)行計算。

整車整備質(zhì)量1520kg，最大質(zhì)量1900kg，不同車速下勻速行駛里程如表1，工況法計算ECE循環(huán)續(xù)駛里程為214.75km，單位里程能耗為132.99wh/km；UDDS循環(huán)續(xù)駛里程為214.42km，單位里程能耗為127.81wh/km。

表1 不同車速下勻速行駛續(xù)駛里程

通過對電動汽車?yán)m(xù)航里程的仿真計算結(jié)果看出，電動汽車在以30km/h的速度行駛時續(xù)航里程為280km，符合對電動汽車的續(xù)航要求。隨著電動汽車車速的提高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會相應(yīng)提高，電池的放電量也會增加，蓄電池的電量減少導(dǎo)致續(xù)航里程下降，電動汽車在工況法下，由于頻繁起步導(dǎo)致電動汽車在大功率狀態(tài)下運行，蓄電池的電量消耗過快，致使續(xù)航里程減少。

2 整車設(shè)計參數(shù)

電動汽車的整車設(shè)計參數(shù)對于電動汽車和仿真的成功性和電動汽車自身的舒適性都有很大的影響。設(shè)計一款電動汽車的整車參數(shù)如表2。

表2 整車參數(shù)

3 動力性能仿真分析

采用軟件PSAT進(jìn)行仿真模擬計算，PSAT是由美國Argonne實驗室開發(fā)的，該仿真模擬計算軟件是一款功能強(qiáng)大的電動汽車仿真模擬軟件，它采用向前仿真模擬計算算法，PSAT仿真軟件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與電動汽車車輛更加接近。PSAT的算法比起采用向后仿真計算的軟件更為準(zhǔn)確，但是其計算速度很慢。PSAT能夠加快仿真速度，可以在較短的時間連續(xù)運行多個仿真速度。

3.1 PSAT的基本功能

對于向前模型結(jié)構(gòu)來說，PSAT能夠做到能量和實際的方向流向一致，即從動力單元流向動機(jī)輪。到目前為止，PSAT軟件已經(jīng)包括了180多種可能的動力系統(tǒng)的動力參數(shù)，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行更為精確的模擬計算，除此之外，PSAT軟件還具有以下優(yōu)勢：

（1）能夠方便地制造高級動態(tài)模型；

（2）能夠簡單地優(yōu)化電動汽車的各個部件；

（3）能夠選擇最好的傳動系統(tǒng)；

（4）能夠優(yōu)化控制策略。

3.2 仿真模擬過程

圖1 PSAT仿真模擬過程

3.3 動力性能仿真結(jié)果分析

本文利用PSAT進(jìn)行仿真模擬，對電動汽車的動力性能指標(biāo)最高車速、爬坡度和加速能力進(jìn)行計算，首先建立一個0～160km/h時間為100s的工況，以此來得到電動汽車動力性能指標(biāo)的仿真程序，從而計算數(shù)據(jù)。

表3 動力性能仿真結(jié)果

通過仿真結(jié)果可以看出，電動汽車的主要性能最高車速、加速性能和最大爬坡度基本滿足需要，符合設(shè)計指標(biāo)，但是對于復(fù)雜的路況，電動汽車的性能仍然需要不斷地仿真計算。

4 結(jié)束語

隨著石油資源的日益匱乏，電動汽車的出現(xiàn)已經(jīng)不可阻擋，并且電動汽車的優(yōu)勢越來越明顯，必然會成為未來的主要代步工具之一。但是電動汽車的研究還處于起步階段，通過軟件進(jìn)行模擬，并通過計算進(jìn)行優(yōu)化，符合整車的設(shè)計目標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期動力性能的指標(biāo)。

［1］張琦.電動汽車動力性能的仿真和優(yōu)化［J］.德州學(xué)院，2012.4.

［2］李飛.電動汽車總體設(shè)計及其性能仿真與優(yōu)化［D］.長安大學(xué)，2012.5.7.

［3］夏青松.電動車動力系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究［D］.武漢理工大學(xué)，2007.11.

［4］任國軍，楊久青.電動汽車動力性能分析與計算［J］.山東理工大學(xué)，2006.5.