王小龍，郭凡，張博

（陜汽集團商用車有限公司，陜西 寶雞 721000）

前言

自20 世紀(jì)70 年代以來，石油危機和環(huán)境污染一直困擾著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車作為主要的陸上交通工具越來越廣泛應(yīng)用的同時，對石油的消耗也在增加。電動汽車作為傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車的替代產(chǎn)品，普遍受到社會各界的關(guān)注。尤其20世紀(jì)90 年代以后，世界范圍的大規(guī)模電動汽車開發(fā)和示范應(yīng)用廣泛開展，電動汽車發(fā)展的重要社會意義和歷史意義凸顯。2015 年以來，隨著國家發(fā)布的一系列新能源汽車優(yōu)惠政策的落地，新能源汽車市場增速迅猛。

隨著石油資源的漸趨匱乏和傳統(tǒng)燃油汽車排放所造成的空氣質(zhì)量日益惡化的嚴(yán)峻形勢，開發(fā)低排放的新能源汽車成為當(dāng)今汽車工業(yè)的緊迫任務(wù)。純電動車去掉了發(fā)動機，直接采用電機驅(qū)動，在保證車輛動力性能的同時，減少了燃油消耗和尾氣的排放。

本項目以擬將原傳統(tǒng)部件（發(fā)動機、燃油、控制系統(tǒng)）進(jìn)行重新選型匹配開發(fā)的一款純電動載貨車。基于傳統(tǒng)輕型載貨汽車的基礎(chǔ)，進(jìn)行了動力系統(tǒng)的選型匹配和優(yōu)化設(shè)計、整車控制系統(tǒng)的設(shè)計、電動輔助系統(tǒng)的設(shè)計、整車的輕量化設(shè)計以及整車性能優(yōu)化，整車原理圖如下。

圖1 整車原理圖

主要研究技術(shù)內(nèi)容：動力系統(tǒng)技術(shù)平臺的匹配選型及仿真建模驗證、整車控制系統(tǒng)、電動輔助系統(tǒng)及部分性能參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了分析和探討。

1 主要部件的選型及參數(shù)的設(shè)計匹配

研究分析了純電動輕型載貨車驅(qū)動系統(tǒng)主要部件的工作特性，根據(jù)純電動輕型載貨車的動力性指標(biāo)及市場需求對該純電動輕型載貨車的主要驅(qū)動部件進(jìn)行選型和參數(shù)設(shè)計，最后得出其整車動力系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)參數(shù)。動力電池是純電動輕型載貨車參數(shù)匹配中的關(guān)鍵元件之一，設(shè)計時既要滿足車輛單次續(xù)航里程的需求，同時也要考慮整車的結(jié)構(gòu)布置以及車架的承載能力。因此動力電池的參數(shù)匹配主要考慮電池功率的需求、能量要求、電壓等級三個方面。

圖2 動力總成仿真圖

2 整車控制邏輯設(shè)計

整車工作模式包括純電動行駛模式及倒車模式。故障檢測與處理：電機及控制器故障、電池及BMS 故障、CAN 通訊故障。根據(jù)故障類型不同采取以下不同措施：降功率行駛，關(guān)閉電機驅(qū)動系統(tǒng)，關(guān)閉電池系統(tǒng)，整車停止工作；顯示系統(tǒng)：除基本的速度、里程等信息外，還包括但不限于以下信息車輛運行狀態(tài)，檔位信息，動力電池荷電狀態(tài)、電壓、電流、溫度，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速、溫度，充電狀態(tài)。故障顯示：系統(tǒng)故障、動力電池低電量報警、動力電池溫度報警、動力電池絕緣報警、動力電池及BMS 故障報警、驅(qū)動電機及控制器過熱報警、驅(qū)動電機及控制器故障報警、故障等級。選擇和編制控制系統(tǒng)的硬件和軟件能夠?qū)崿F(xiàn)整車正常啟動功能、正常行駛的功能、故障處理、穩(wěn)定倒車功能和制動能量回收功能?？刂齐姍C轉(zhuǎn)速不超過后橋最大輸入轉(zhuǎn)速。

表1 整車控制邏輯

整車控制器通過對當(dāng)前車輛功率的需求和蓄電池當(dāng)前的狀態(tài)計算并控制電機輸出功率，實現(xiàn)比普通燃油汽車的經(jīng)濟性和低排放等目標(biāo)。整車模擬量輸入包括的信號有：加速踏板輸入信號、鑰匙開關(guān) ON 信號。整車數(shù)字量檢測輸入信號包括：鑰匙開關(guān) START 信號，充電機工作信號，制動踏板信號，前進(jìn)/后退擋信號、上裝工作信號等。

圖3 整車通訊圖

整車控制系統(tǒng)是電動汽車的控制中樞，對汽車的正常行駛、網(wǎng)絡(luò)管理、故障診斷與處理、車輛的狀態(tài)與監(jiān)控等功能起著關(guān)鍵的作用，其性能直接影響到整車性能。依據(jù)以上整車控制邏輯及通訊原理最大限度提高整車能量使用率有效增加整車?yán)m(xù)航及安全可靠性。

3 主要零部件仿真模型的建立及仿真結(jié)果分析

根據(jù)選取的動力總成外特性參數(shù)及電機標(biāo)定參數(shù)，在基于AVL Cruise平臺建立動力總成的主要零部件以及控制策略模型，并建立整車的模型仿真計算結(jié)果分析。設(shè)置AVL Cruise環(huán)境，以車輛的動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)為研究目標(biāo)，輸入?yún)?shù)并進(jìn)行仿真分析，通過分析結(jié)果對動力總成參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

圖4 整車動力仿真圖

根據(jù)要求對驅(qū)動電機模塊進(jìn)行仿真分析，驅(qū)動電機參數(shù)的的設(shè)置。對于能得到的各零件參數(shù)，都采用了真實的輸入。對于不能得到的各零部件參數(shù)，采用默認(rèn)值和經(jīng)驗值。

僅有電機的基本參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在Cruise 中還需要電機的外特性曲線和電機效率圖。電機的效率圖越詳細(xì)，所建模型就精準(zhǔn)，仿真結(jié)果也就接近現(xiàn)實，但詳盡的電機效率圖要經(jīng)過大量的試驗獲得，在沒有確定所選確定電機是否符合使用要求是，這樣的的試驗可能浪費很多人力物力。所以為了在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上盡量獲得更詳細(xì)的電機效率圖，所建電機模型的外特性及效率圖如下：

圖5 所建電機模型的外特性及效率圖

成模型搭建后即可進(jìn)行模型的運算，整車仿真計算結(jié)果如下：

表2 整車仿真計算結(jié)果表

在完成動力總成參數(shù)選型后，我們利用原車型改裝了一輛純電動樣車，在完成初步控制策略的標(biāo)定后，進(jìn)行了一輪60km/h 續(xù)航里程的測試，并針對相同工況下進(jìn)行了相應(yīng)的Cruise 虛擬計算，半載等速60km/h 續(xù)航里程計算與實車測試結(jié)果如下：

表3

由結(jié)果可以看出，Cruise 計算結(jié)果與實車測試結(jié)果之間的誤差較小，此誤差基本屬于可接受的范圍內(nèi)，說明當(dāng)前的計算對預(yù)測將來產(chǎn)品實車性能是具有指導(dǎo)意義的。通過計算結(jié)果對整車動力總成相關(guān)參數(shù)及控制邏輯進(jìn)行部分優(yōu)化，有效降低整車能耗提高整車?yán)m(xù)航能力。

純電動汽車以電能作為動力源，近年國內(nèi)外各汽車企業(yè)均投入大量的人力、物力研究開發(fā)。雖然電驅(qū)動系統(tǒng)的效率高于內(nèi)燃機，但是能量密度上的巨大差距導(dǎo)致了純電動汽車在續(xù)駛里程方面仍有很大的提升空間。主要在整車動力總成傳動效率、動力總成外特性曲線、控制邏輯等方面進(jìn)行深入研究，積極尋求適合城市、城際間物流車的工況進(jìn)行相關(guān)試驗，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整改，最大限度提升整車能量使用效率增加整車?yán)m(xù)航力能。