宋金龍

摘要：本文以某款電動汽車為參考模型，以景區(qū)擺渡車的特殊運行工況為設(shè)計依據(jù)，對其動力系統(tǒng)進行參數(shù)匹配，使用AVL CRUISE整車仿真軟件搭建擺渡車模型并進行仿真分析。結(jié)果表明，動力系統(tǒng)參數(shù)匹配合理有效。

關(guān)鍵詞：景區(qū)擺渡車；參數(shù)匹配；仿真分析

1 引言

中國是旅游大國，并且景觀資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計數(shù)字顯示，截至2019年，中國境內(nèi)5A級景區(qū)有259個，4A級景區(qū)有3 034個，總的景區(qū)景點已經(jīng)超過3萬個[1]。在中國旅游景區(qū)中紅色主題旅游景區(qū)有300個，國家級旅游度假區(qū)26個，達到旅游休閑水準(zhǔn)的城市多達10個，國家生態(tài)旅游示范地區(qū)達到110個[2-3]。根據(jù)中國旅游研究院公示的《2019年中國旅游市場基本情況》指出，國內(nèi)2019年旅游人次達60.06億，以8.4 %的增速增長[4]。

國內(nèi)廣闊的旅游市場，促使相應(yīng)的配套設(shè)施的發(fā)展，景區(qū)擺渡車就是一個非常重要的將游客從景區(qū)門口帶到景點的環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段較大的景區(qū)都配備有景區(qū)擺渡車。得益于我國汽車工業(yè)的自主創(chuàng)新力度不斷加大和應(yīng)用市場的拓展，很多大型汽車制造廠商開始涉足景區(qū)用擺渡車，這進一步規(guī)范了景區(qū)擺渡車的標(biāo)準(zhǔn)。由于很多景區(qū)以自然資源為主，甚至景區(qū)生態(tài)環(huán)境非常的脆弱，環(huán)境較為特殊，因此對于環(huán)保的要求較高，新能源汽車是景區(qū)擺渡車的首選。隨著全世界范圍內(nèi)的環(huán)境污染問題和能源不足危機加重，各個國家、汽車企業(yè)以及高校對新能源汽車的開發(fā)與研究高度重視，促使新能源汽車技術(shù)得到快速發(fā)展，從而使新能源景區(qū)擺渡車的發(fā)展成為可能[5-7]。

本文以某款純電動汽車為參考車型，以景區(qū)擺渡車的特殊運行工況為設(shè)計條件，對景區(qū)擺渡車的動力系統(tǒng)進行參數(shù)匹配計算，并通過整車仿真軟件搭建的整車仿真模型進行整車性能的仿真驗證。

2 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配計算

本文選取的參考車型的整備質(zhì)量為1 260 kg，設(shè)計載客量為10人，滿載質(zhì)量m為2 460 kg，風(fēng)阻系數(shù)CD為0.6，滾動阻力系數(shù)f為0.014，迎風(fēng)面積A為2.9 m2，主減速器傳動比i0為7.58，滾動半徑r為0.254 m。由于景區(qū)擺渡車屬于特種用車，對最高車速的要求比較低，但是對爬坡度以及加速性能要求比較高，因此本文設(shè)計的景區(qū)擺渡車的整車設(shè)計指標(biāo)如表所示。

2.1 驅(qū)動電機參數(shù)匹配

驅(qū)動電機是景區(qū)擺渡車的唯一動力源，并且其轉(zhuǎn)速范圍較寬，因此本車型沒有設(shè)計變速箱只有主減速器，即驅(qū)動電機直接與驅(qū)動橋相連經(jīng)主減速器后將動力傳遞給驅(qū)動輪驅(qū)動整車行駛，所以在對驅(qū)動電機進行參數(shù)匹配時，需要在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都具備較好的輸出特性。以保證滿載時整車的起步、爬坡和加速性能。除此之外，新能源汽車的另一個特性就是能量回收，因此選取的驅(qū)動電機還必須能夠反轉(zhuǎn)，從而保證整車減速過程中可以拖動驅(qū)動電機進行能量回收。

驅(qū)動電機是景區(qū)擺渡車的重要組成部分，也是景區(qū)擺渡車研究的關(guān)鍵，現(xiàn)在常用的驅(qū)動電機可以分為兩類：同步電動機和異步電機。異步驅(qū)動電機的成本低，可靠性高，但是控制比較困難，無法快速達到預(yù)期目標(biāo)。矢量控制原理被用于解決異步驅(qū)動電機的控制問題[8]，但是成效不大。永磁鐵同步電機相比于勵磁繞組同步電機結(jié)構(gòu)更簡單，價格低廉，不需要電刷、集電環(huán)以及勵磁繞組[9]。但是輸出效率相對較低。本文研究的是景區(qū)擺渡車，其主要運行特點是車速較低，爬坡度比較大，啟停頻繁以及負載高等，即景區(qū)擺渡車對驅(qū)動電機的主要需求是低轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩，因此本文選取的是直流永磁同步驅(qū)動電機，該電機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，低速特性非常好，過載能力強，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，調(diào)整性能好，并且具有較小的體積和體重。

帶入電池輸出能量可計算得動力電池的總的電池組容量為543 Ah。動力電池的電池容量除需要滿足續(xù)駛離程外，還要滿足短時大功率放電需求，以滿足整車動力性要求，經(jīng)cruise仿真驗證得并聯(lián)電池組數(shù)為10組。

2.3 整車模型搭建

目前，國內(nèi)外車輛系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件主要有AVL Cruise、Carsim、Advisor及Adams等，其功能側(cè)重點各不相同[11]。CRUISE軟件是奧地利AVL公司開發(fā)的一款基于模塊化建模的整車仿真軟件，可以用來研究車輛動力性、燃油經(jīng)濟性、排放性能及制動性能的高級模擬分析軟件。本節(jié)應(yīng)用CRUISE軟件進行整車模型的搭建。

整車模型如圖2所示，其各功能塊主要包括：整車模塊（Electric Hybrid Vehicle），輪胎模塊（Vehicle），制動器模塊（Disc Brake），電器系統(tǒng)模塊（Electrical System），動力電池模塊（NiMH），防滑模塊（ASC），差速器模塊（Differential），傳動模塊（Final Drive），驅(qū)動電機模塊（eDrive）模塊等。模塊之間除需要進行力矩與電的傳遞外，還需要進行信號傳遞，從而保證各個模塊能夠進行協(xié)同工作。如圖2所示，藍色線實現(xiàn)了機械力矩的傳遞，紅色線實現(xiàn)了電流的傳遞，信號傳遞圖中不可見。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 經(jīng)濟性仿真結(jié)果

基于cruise搭建的整車模型，且由于景區(qū)擺渡車的最高車速相對較低、啟停頻繁與FTP75運行工況相似，因此選取FTP75運行工況進行整車經(jīng)濟性仿真驗證。仿真過程中初始電荷量為90%，為了保證電池壽命不受影響，當(dāng)電池電荷量達到20%時，停止仿真。在FTP75循環(huán)工況下仿真結(jié)果如圖3所示，由圖3可知續(xù)駛里程為56.6 km，滿足經(jīng)濟性設(shè)計要求。

3.2 動力性仿真結(jié)果

景區(qū)擺渡車的動力性仿真結(jié)果如圖4、圖5所示，其分別表示為爬坡度仿真結(jié)果和加速性能仿真結(jié)果。由圖4可知，在車速為30 km/h的最大爬坡度大于40%，由圖5可知0到50 km/h的加速時間為4.75 s，且在圖5中可看出此款擺渡車的最高車速達到了100 km/h。

綜上所述，景區(qū)擺渡車的動力性仿真結(jié)果滿足整車設(shè)計要求。

4 結(jié)語

以某款純電動汽車作為景區(qū)擺渡車的設(shè)計參考車型，對其驅(qū)動電機與動力電池進行參數(shù)匹配。通過cruise仿真軟件搭建整車仿真模型，對整車的動力性和經(jīng)濟性進行了計算分析，仿真結(jié)果表明，整車的動力性和經(jīng)濟性仿真結(jié)果都滿足其設(shè)計指標(biāo)，參數(shù)匹配比較合理，其匹配計算過程對擺渡車的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

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