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        基于Cruise的純電動物流車動力系統(tǒng)仿真

        2016-10-14 06:41:16許同盟楊萬國焦亞男
        汽車電器 2016年9期
        關(guān)鍵詞:車速整車電動

        雷 騰,許同盟,李 鋒,楊萬國,王 強(qiáng),焦亞男

        (1.山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250000;2.山東五征集團(tuán)有限公司,山東 日照 276800)

        基于Cruise的純電動物流車動力系統(tǒng)仿真

        雷騰1,2,許同盟1,2,李鋒2,楊萬國2,王強(qiáng)2,焦亞男2

        (1.山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山東 濟(jì)南250000;2.山東五征集團(tuán)有限公司,山東 日照276800)

        基于Cruise軟件的仿真分析來模擬城市工況,對純電動物流車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

        純電動物流車;動力系統(tǒng);仿真分析;Cruise

        近年來霧霾侵襲導(dǎo)致全國大部分地區(qū)PM2.5嚴(yán)重爆表,環(huán)境污染成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),機(jī)動車尾氣也是城市環(huán)境污染來源之一。隨著國家對排放要求的升級,綠色交通的概念開始推廣,城市物流車擔(dān)負(fù)著城市運(yùn)輸?shù)闹厝?,自然對排放等級要求更加?yán)格。開發(fā)一款純電動物流車型來代替燃油車,不僅為城市環(huán)境帶來改善,而且復(fù)雜的城市交通情況更能發(fā)揮純電動汽車的優(yōu)勢。

        1 純電動物流車整車參數(shù)及性能指標(biāo)要求

        城市物流運(yùn)輸車型必須要有良好的動力性能,才能適合城市道路的運(yùn)輸工況。本文設(shè)計(jì)的純電動物流車型性能、參數(shù)指標(biāo)見表1和表2。

        表1 純電動物流車性能指標(biāo)

        2 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

        純電動汽車的動力性主要取決于動力及傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配,包括動力電池、驅(qū)動電機(jī)及傳動系統(tǒng)控制器等部件[11],其評價(jià)指標(biāo)最常用的參數(shù)有:最高車速、最大爬坡度和加速時(shí)間[22]。作為一款城市市內(nèi)物流運(yùn)輸車型,對車速和加速時(shí)間要求比較高,需要選擇合適的驅(qū)動電機(jī)。所選驅(qū)動電機(jī)的功率越大,整車的動力性能也就越好,但還要兼顧到產(chǎn)品的使用經(jīng)濟(jì)性和開發(fā)成本等因素。因此,針對設(shè)計(jì)目標(biāo)合理的匹配電機(jī)參數(shù),所選用的驅(qū)動電機(jī)功率應(yīng)能滿足電動汽車對最高車速、最大爬坡度以及加速時(shí)間的要求[33]。需要確定其額定功率PPee、峰值功率PPmmaaxx、最大轉(zhuǎn)矩TTmmaaxx等參數(shù)。

        表2 純電動物流車基本參數(shù)

        2

        2.11功率計(jì)算

        11)當(dāng)汽車以某一速度vvaa行駛在一定坡度ii上時(shí),所需功率為

        式中:f——滾動摩擦力系數(shù);m——整車質(zhì)量;CD——風(fēng)阻系數(shù);A——迎風(fēng)面積;va——車速;g——重力加速度;η——傳動效率;α——坡度 (角度),α=arctani。根據(jù)我國相關(guān)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對道路縱向坡度的要求,可取適量的道路坡度i進(jìn)行額定功率計(jì)算Pi。

        2)根據(jù)整車性能需求,滿載情況下,最高車速行駛在一定坡度時(shí),可得電機(jī)最大功率Pj。

        3)加速時(shí)間功率驗(yàn)證,根據(jù)整車性能參數(shù),0—50km/h加速時(shí)間為10s,則根據(jù)公式可以計(jì)算出電機(jī)功率為

        式中:v——加速末的速度;δ——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

        驅(qū)動電機(jī)的最大功率要同時(shí)滿足不同工況下的需求,即Pmax≥max{Pi,Pj,Pc},因此,綜合以上各種情況的考慮,驅(qū)動電機(jī)的額定功率為30 kW,最大功率取值Pmax=60kW。

        計(jì)算出電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。根據(jù)步驟1)~4)初步選定電機(jī)的參數(shù)見表3。

        表3 電機(jī)參數(shù)

        2.2電機(jī)減速傳動比的確定

        1)由電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定最小傳動比

        式中:nmax——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速,r/min;vmax——電動汽車最高車速,km/h;r——車輪滾動半徑。

        2)最大傳動比由最大爬坡度計(jì)算

        最大爬坡度為25%,帶入相關(guān)數(shù)值,取得傳動比的數(shù)值。

        2.3動力電池包匹配

        在此項(xiàng)目要求中,要求60km/h等速能夠達(dá)到里程240km。

        在車速60km/h速度運(yùn)行下電機(jī)消耗的功率為

        總續(xù)航里程的耗電量為Ea=Pel×t。

        根據(jù)電機(jī)的工作效率η1、電池的放電率η2,能量守恒得出電池包的能量E=Ea/(η1×η2),整車高壓平臺為380V,可計(jì)算出電池額定容量C=151Ah。

        3 AVL-Cruise建模與仿真

        3.1仿真模型的建立

        Cruise軟件提供了一種圖形化的交互環(huán)境,將汽車的各個(gè)零部件模塊化,根據(jù)研究的需要添加相應(yīng)的控制模塊,并正確連接數(shù)據(jù)總線[4]。整車建模過程中,將相關(guān)的模塊調(diào)用,搭建整車架構(gòu),根據(jù)整車參數(shù)對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行模擬仿真。純電動物流車整車模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 純電動商用車Cruise模型

        3.2仿真結(jié)果分析

        本文對研究車型進(jìn)行了車輛加速性能、爬坡性能、等速續(xù)航里程、NEDC(歐洲循環(huán)工況)等進(jìn)行了模擬分析,具體分析結(jié)果如下。

        1)加速性能分析純電動物流車在城市道路運(yùn)輸中,需要不斷地起停、加減速。因此,對整車動力性能的加減速和最高車速要求比較高。本文設(shè)計(jì)的這款城市純電動物流車型,要求0—50km/h的加速度設(shè)計(jì)目標(biāo)為≤10s。通過Cruise軟件的綜合分析,整車加速性能如圖2所示,0—50km/h的加速時(shí)間為8.2s,符合最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

        圖2 0—50km/h加速性能曲線圖

        2)最高車速分析城市物流車主要負(fù)責(zé)城市內(nèi)的物流運(yùn)輸,對整車速度也有一定的要求,結(jié)合中國目前城市物流車型的情況,對整車的最初設(shè)計(jì)目標(biāo)為滿載的情況下車輛速度≥85km/h。通過Cruise軟件的分析,如圖3所示,在整車滿載的情況下,車輛的最高速度可達(dá)91km/h,滿足本文最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

        圖3 最高車速曲線圖

        3)爬坡性能分析汽車的最大爬坡度作為汽車動力性能的一個(gè)重要指標(biāo)[5],城市物流車對整車爬坡度性能指標(biāo)也有一定的要求。本文最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)為≥25°。通過Cruise軟件的綜合分析,車速在25km/h時(shí)可達(dá)到的最大爬坡度為28°,滿足車輛的性能需求,結(jié)果如圖4所示。

        圖4 爬坡性能曲線圖

        4)NEDC循環(huán)工況下整車性能分析 如圖5所示,循環(huán)工況下,整車的車速與瞬態(tài)電量消耗曲線顯示,整車的動力匹配在滿足NEDC工況的要求下,整車耗電量SOC變化比較平穩(wěn),瞬時(shí)起停對電池電量的消耗也符合初期的預(yù)定目標(biāo)。低車速運(yùn)行時(shí),SOC下降比較平緩,隨著車速的增大,電機(jī)功率的加大,SOC下降比較明顯。

        圖5 NEDC工況曲線圖

        4 結(jié)論

        本文針對城市運(yùn)輸工況的特點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)一款純電動物流車,對其動力系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算,然后運(yùn)用Cruise軟件進(jìn)行建模和仿真分析。通過對整車的加速性能、爬坡性能、最大車速和NEDC工況的模擬分析,根據(jù)最后的仿真結(jié)果來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。仿真結(jié)果顯示,整車的動力系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)需求,能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。運(yùn)用Cruise軟件仿真分析,可以進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性與準(zhǔn)確性。

        [1]楊程,杜振新.基于某款電動汽車動力系統(tǒng)計(jì)算與仿真分析[J].科技導(dǎo)刊-電子版 (上旬),2015(7):164-165.

        [2]張文廣,張振東,蘭志波,等.應(yīng)用CRUISE的商用車傳動系統(tǒng)匹配研究[J].現(xiàn)代制造工程,2015(12):34-112.

        [3]余志生.汽車?yán)碚摚跰].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

        [4]劉振軍,趙海峰,秦大同.基于CRUISE的動力傳動系統(tǒng)建模與仿真分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,28(11):8-11.

        [5]牛明強(qiáng),郭興眾,孫駟洲,等.基于CRUISE的純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào),2014(3):49-53.

        (編輯楊景)

        Power System Simulation of Pure Electric Carrier Vehicle Based on Cruise

        LEI Teng1,2,XU Tong-meng1,2,LI Feng2,YANG Wan-guo2,WANG Qiang2,JIAO Ya-nan2
        (1.School of Mechanical Engineering,Shandong University,Ji'nan 250000,China;2.Shandong Wuzheng Group Co.,Ltd.,Rizhao 276800,China)

        In this paper,simulation is conducted for the city driving situation based on Cruise software,in which key parameters of pure-electric power system is analyzed,and verified for feasibility.

        pure electric carrier vehicle;power system;simulation analysis;Cruise

        U469.72

        A

        1003-8639(2016)09-0001-03

        2016-03-21;

        2016-06-12

        雷騰 (1987-)男,碩士,工程師,研究方向?yàn)樾履茉雌囋O(shè)計(jì)、整車開發(fā)工作。

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