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        純電動汽車匹配及優(yōu)化分析

        2021-03-29 09:39:50賴征海曹雪飛劉殿科
        汽車實用技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化分析

        賴征海,曹雪飛,劉殿科

        (華晨汽車工程研究院,遼寧 沈陽 110141)

        前言

        隨著汽車工業(yè)的逐步發(fā)展,能源危機問題日益加劇,減少石油利用率迫在眉睫,節(jié)能減排及降低燃油消耗已經(jīng)成為汽車研發(fā)所面對的永恒的話題。純電動正式解決這一困境的優(yōu)選方案,它需將汽車技術(shù)、電機驅(qū)動技術(shù)、動力電池技術(shù)及現(xiàn)代控制理論結(jié)合在一起的產(chǎn)物,實現(xiàn)系統(tǒng)集成優(yōu)化,同時排放是零。國內(nèi)外爭先開發(fā)這一項技術(shù),國外主要以日本為代表新能源展開研究,在電機技術(shù)比較領(lǐng)先。國內(nèi)目前電機及電池技術(shù)有很多領(lǐng)先企業(yè),目前電機主要以永磁為主,電池主要以三元為主,能量密度大,成本相對偏高,隨著產(chǎn)業(yè)不斷更新,價格在逐年降低,很適合車輛使用。磷酸鐵鋰電池僅此其后,成本低,能量密度偏低很多主機廠也都在適配車輛。主機廠研發(fā)車型主要以比亞迪為代表,多模塊化,平臺化推進車型,新勢力企業(yè)也都在平臺化研發(fā)車輛。本文主要研發(fā)的汽車車型同樣以平臺化展開,主要是‘3+2’模式平臺化,通過這種模式可以整體提高效率,降低成本等,第一個3主要指電機、電機控制器、減速器合為一,第二個2主要是DCDC、PDU進行合為一,無論從整車幾何布置,性能集成上較其他散件開發(fā)大大節(jié)約成本、周期。

        1 整車動力性經(jīng)濟性匹配分析

        1.1 整車目標(biāo)定義及選型

        本文車輛開發(fā)目標(biāo)來源于市場競品車型,最終定義開發(fā)車輛的性能指標(biāo)為,1km 最高車速不低于 140km/h,30min最高車速不低于120km/h,0到50km/h加速時間小于4.5s,0到 100km/h加速時間小于 13s,整車滿載最大爬坡度大于30%,NEDC工況續(xù)航里程大于300km。

        目標(biāo)定義后,進行整車匹配如下:

        根據(jù)以上公式可以計算出整車需求的持續(xù)功率由 30min最高車速決定;最高轉(zhuǎn)速基本由最高車速決定;電機的峰值轉(zhuǎn)矩由最大爬坡度決定;由0-100km/h加速時間可計算出電機需求的峰值功率;電池電量可根據(jù)續(xù)航300km計算匹配選出電機、電池等參數(shù),最后確定如下需求:

        電機峰值功率大于90kw,額定功率大于45kw;速比大于9,電池初步估算電量45kwh;車輛整備質(zhì)量為1450kg;將所選電機及電池參數(shù)提供部件部門,選取滿足要求電機后,輸出給系統(tǒng)集成部門進行匹配驗證。

        1.2 正向仿真分析校核

        基于AVLCruise軟件進行正向仿真分析,整車提供電機特性曲線和電池數(shù)據(jù)及基本參數(shù)如下:

        表1 基本參數(shù)表

        圖1 物理模型

        1)建立整車模型,利用 Cruise軟件進行對所選取的參數(shù)進行模擬仿真分析,評估各項性能情況。根據(jù)整車參數(shù),完成整車仿真模型搭建,對 Vehicle、gearbox、BMS、generator、battery 以及driver 等各個模塊進行定義設(shè)置,完成仿真參數(shù)設(shè)置,并根據(jù)汽車動力傳遞路徑,完成各個模塊數(shù)據(jù)傳遞和仿真信號連接。其仿真模型如圖1所示[1]。

        2)控制策略分析

        本文針對電動車特性進行制動回收策略制定,采用串聯(lián)回收方案,電池回收窗口值15%-95%,車速低于10km/h不進行回收,減速度大于1.5m/s2,不回收基本原則。前后輪進行制動力分配,前輪采用串聯(lián)回收模式。策略如圖2所示。

        圖2 軟件聯(lián)合仿真

        1.3 仿真分析結(jié)果分析結(jié)果

        30min最高車速大于128km/h,1km最高車速為145km/h,0-100km/h加速時間為12.4s,最大爬坡大于30%,續(xù)航里程大于308km,百公里能耗14.2kwh/100km。

        圖3 綜合工況能耗

        2 整車動力性經(jīng)濟性試驗驗證

        隨著項目開發(fā)進程,試驗車進行試制完成,對此試驗車進行性能測試,試驗采用 VMS采集設(shè)備直接讀取車輛的速度信號,通過vector設(shè)備讀取VCU里信號如下,整車需求扭矩,電機限制扭矩,電機實際扭矩,電機轉(zhuǎn)速,車輛速度,通過這些數(shù)據(jù)進行對整車狀態(tài)進行分析[2]。

        測試結(jié)果,30min最高車速為 132km/h,50到 80km/h加速時間為4.05s,續(xù)航里程測試為311.2km,0到100km/h加速時間13.3s,不滿足開發(fā)設(shè)計目標(biāo)。

        在測試中加速時間不滿足開發(fā)目標(biāo),進行整車排查問題,排查思路整車動力進行排查,動力方面控制邏輯和電機輸出扭矩進行排查,控制邏輯進行 VCU請求扭矩核查,電池輸出狀態(tài)修正。電機進行限制扭矩修正,電機輸出扭矩響應(yīng)進行修正,最終0-100加速時間測試結(jié)果12.2s,此車從駕駛性方面,電機扭矩響應(yīng)符合駕駛員需求,基本達(dá)到此車開發(fā)狀態(tài)。

        3 整車能耗優(yōu)化方案

        盡管整車?yán)锍踢_(dá)標(biāo),依然進行整車能耗進行優(yōu)化。優(yōu)化方案如下:

        第一,整車阻力優(yōu)化,整車阻力主要包括空氣阻力,滾動阻力和內(nèi)阻。通過加裝下護板,格柵導(dǎo)流板,進行優(yōu)化風(fēng)阻。輪胎后期更換滾阻輪胎,滾動阻力由0.0085變到0.0075,內(nèi)阻主要是在保證安全情況下減小拖滯力矩方案。控制邏輯上進行優(yōu)化[3]。

        第二,電池?zé)峁芾磉M行優(yōu)化,水泵功率改進及控制優(yōu)化,最后進行保證安全情況下進一步加大電池窗口值?;厥詹呗陨线M行優(yōu)化,調(diào)整回收車速門限值和減速度的要求[4]。重新進行能耗及續(xù)航里程測試,改進后里程為 332.5km,能耗12.6kwh/100km。

        4 結(jié)語

        本文對電動車進行匹配、正向仿真、試驗、優(yōu)化分析,貫穿了整個電動車開發(fā)過程,最重要是在開發(fā)中整改動力性及優(yōu)化能耗,采取改進標(biāo)定措施、優(yōu)化阻力措施,最終通過臺架試驗驗證得到的不錯的效果,本文有很多欠缺地方,整車能耗優(yōu)化措施還有附件能耗是非常重要一部分,完全可以在降低附件能耗繼續(xù)優(yōu)化程序和硬件,依然會提升續(xù)駛里程。對整車開發(fā)中遇到的動力性經(jīng)濟性問題起到指導(dǎo)意義。

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