張桂連，陳 宏

（湖南獵豹汽車股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

1 前言

新能源純電動(dòng)貨車具有動(dòng)力響應(yīng)快、平順、靜音、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)電驅(qū)動(dòng)使得車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛技術(shù)更容易實(shí)現(xiàn)，發(fā)展純電動(dòng)貨車已得到更多廠商的重視。由于電動(dòng)貨車經(jīng)常在城區(qū)行駛，配送貨物，其動(dòng)力性和續(xù)駛里程都需要滿足一定的要求，為此合理匹配動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)就顯得尤為重要［1-5］。

本文以純電動(dòng)貨車為研究對(duì)象，依據(jù)整車設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)電動(dòng)貨車的動(dòng)力系統(tǒng)部件進(jìn)行了參數(shù)匹配，并利用CRUISE軟件搭建了整車模型，驗(yàn)證參數(shù)匹配的合理性。

2 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

2.1 整車參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)

本文研究的純電動(dòng)貨車構(gòu)型為后置后驅(qū)，電機(jī)+單級(jí)主減速器的驅(qū)動(dòng)方案，其整車參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 電機(jī)參數(shù)匹配

純電動(dòng)貨車經(jīng)常在城區(qū)行駛，需頻繁啟動(dòng)、加速、制動(dòng)等。電機(jī)作為整車唯一的動(dòng)力源，其參數(shù)匹配需考慮峰值功率、峰值轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)速、額定功率、額定轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速外，還需關(guān)注電機(jī)及控制器的效率map［5］。

1）電機(jī)額定功率和峰值功率

電機(jī)作為電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源，其功率需滿足最高車速、最大爬坡度和加速性能，同時(shí)還需考慮續(xù)航里程和能耗要求。

表1 純電動(dòng)貨車整車參數(shù)及設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB／T18385-2005《電動(dòng)汽車 動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》中規(guī)定及汽車行駛受力分析，其功率平衡方程式為［5］：

式中：P1——最高車速對(duì)應(yīng)的功率，kW；P2——最大爬坡度對(duì)應(yīng)的功率，kW；P3——加速時(shí)間對(duì)應(yīng)的功率，kW；m——汽車滿載質(zhì)量，kg；m1——汽車動(dòng)力性試驗(yàn)質(zhì)量，kg；f——滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD——風(fēng)阻系數(shù)；A——迎風(fēng)面積，m2；umax——最高車速，km·h-1；ηt——機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)效率，%；αmax——最大爬坡度，（°）；u——最大爬坡度對(duì)應(yīng)的車速，km·h-1；t——加速時(shí)間，s；ut——終點(diǎn)加速車速，km·h-1；δ——汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；ui——爬坡對(duì)應(yīng)的車速，km·h-1；r——車輪半徑，mm；i0——主減速比。

根據(jù)式 （1）計(jì)算出最高車速對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率P1；式（2）計(jì)算出最大爬坡度對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率P2；式 （3）計(jì)算出0—100km／h加速時(shí)間對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率P3。而電機(jī)峰值功率應(yīng)該取三者中的最大值。即滿足式 （4）：

電機(jī)額定功率通常滿足最高車速對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率P1即可。

2）電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速需滿足汽車最高車速的要求，即：

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax與額定轉(zhuǎn)速nb應(yīng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性相匹配，且最高轉(zhuǎn)速nmax與額定轉(zhuǎn)速nb比值為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β。增大β值，電機(jī)在低速獲得較大轉(zhuǎn)矩，提高車輛動(dòng)力性能，但β值過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致功率損耗，一般取2～3［6］。

3）電機(jī)峰值扭矩和額定扭矩

電機(jī)峰值扭矩需滿足汽車最大爬坡度的要求，即

電機(jī)額定扭矩根據(jù)額定功率和額定轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算。

2.3 動(dòng)力電池參數(shù)匹配

電池參數(shù)主要有電壓等級(jí)、功率和能量。即電壓等級(jí)要與電機(jī)的電壓等級(jí)保持一致，最大充放電功率需滿足電機(jī)功率需求，能量要滿足續(xù)駛里程需求。等速ub=60km／h續(xù)駛里程需達(dá)到230km，等速ub=60km／h功率見(jiàn)式 （7），根據(jù)續(xù)駛里程要求，電池組容量C見(jiàn)式 （8）。

式中：ηt——機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)效率，%；ub——車速，km／h；m2——汽車經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)質(zhì)量，kg；S——續(xù)駛里程，km；η1——電機(jī)及控制器效率，%；C——電池組容量，kWh；SOChigh取100%；SOClow取10%。

2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配

傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)主要有最小傳動(dòng)比和最大傳動(dòng)比，而最小傳動(dòng)比imin由電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和整車的最高車速確定，即式（5）；最大傳動(dòng)比由整車的最大爬坡度、附著率、最低溫度車速確定，即滿足下式：

式中：Ttqmax——電機(jī)最大輸出扭矩。

由于本純電動(dòng)貨車采用電機(jī)+單級(jí)主減速器的方案，因此，只需要計(jì)算主減速器的傳動(dòng)比即可。

2.5 參數(shù)匹配結(jié)果

根據(jù)前面公式計(jì)算，純電動(dòng)貨車各部件參數(shù)匹配結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 純電動(dòng)貨車整車參數(shù)匹配結(jié)果

3 整車性能仿真

3.1 整車仿真模型

為了驗(yàn)證參數(shù)匹配是否合理，利用CRUISE軟件搭建整車模型，對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行了仿真分析。仿真模型見(jiàn)圖1。

圖1 整車仿真模型

3.2 動(dòng)力性仿真結(jié)果

純電動(dòng)貨車最高車速和加速時(shí)間如圖2所示，汽車加速平穩(wěn)，最高車速大于90km／h，滿足設(shè)定的目標(biāo)車速。0—100km／h加速時(shí)間為22s，小于設(shè)定的25s，滿足設(shè)定目標(biāo)。

本車型主要用于城市貨物運(yùn)輸，汽車以10km／h勻速爬坡，最大爬坡度為28%，大于所設(shè)定的最大爬坡度20%，符合城市道路的要求。

3.3 經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果

對(duì)純電動(dòng)貨車進(jìn)行了NEDC工況和等速60km／h續(xù)駛里程仿真。NEDC工況，續(xù)駛里程為170km，等速60km／h續(xù)駛里程為240km，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 試驗(yàn)對(duì)比

為了驗(yàn)證動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的合理性及仿真模型的可行性，對(duì)純電動(dòng)貨車進(jìn)行了動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。仿真與試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，誤差值控制在5%以內(nèi)。該結(jié)果表明，仿真指標(biāo)與實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，誤差在可接受范圍內(nèi)。

表3 動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性仿真與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

本文以某純電動(dòng)貨車為研究對(duì)象，依據(jù)整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)電動(dòng)貨車的電機(jī)、電池、主減速器等部件參數(shù)進(jìn)行了匹配。利用CRUISE軟件對(duì)整車性能進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，整車參數(shù)匹配合理且模型精度可信。