王旭，申彩英，黃福全，王崇

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

引言

隨著國家政策的逐步出臺(tái)與國民認(rèn)識(shí)的逐步加深，純電動(dòng)汽車在市區(qū)使用得越來越多，其良好的乘坐舒適性、低噪音、零排放深受大眾的認(rèn)可。本論文以在市內(nèi)運(yùn)行的乘用車為出發(fā)點(diǎn)，參照某款車型，根據(jù)動(dòng)力性能指標(biāo)，對(duì)動(dòng)力總成的各個(gè)部分進(jìn)行計(jì)算與匹配，利用cruise 軟件搭建模型，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，分析設(shè)計(jì)參數(shù)是否符合預(yù)期。

1 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

1.1 動(dòng)力系統(tǒng)組成

純電動(dòng)汽車是目前應(yīng)用最為廣泛的新能源汽車，參數(shù)匹配主要對(duì)電動(dòng)機(jī)、蓄電池、主減速器等組件進(jìn)行基本參數(shù)的確定，使汽車工作效率提高。由于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍比較大，本設(shè)計(jì)只采用主減速器減速增扭。

1.2 整車基本參數(shù)與性能指標(biāo)

在某一款電動(dòng)汽車整車基本參數(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)動(dòng)力總成各部件進(jìn)行計(jì)算匹配，本文設(shè)計(jì)車型為滿足日常在城市內(nèi)基本出行的需求，初步確定性能指標(biāo)。

1.3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算

電動(dòng)機(jī)的參數(shù)主要為峰值功率、額定功率、峰值轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)速等，額定功率要滿足汽車以勻速在平坦路面行駛的要求，峰值功率要滿足汽車的大功率需求，如加速或者爬坡時(shí)。

表1 整車基本參數(shù)

表2 性能指標(biāo)

1.3.1 功率計(jì)算

（1）最高車速下需求功率P1

整車以最高車速行駛時(shí)，忽略加速阻力與坡度阻力。

式中m 為整備質(zhì)量1200kg，f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)0.017，umax為最大車速120km/h，CD為空氣阻力系數(shù)0.3，A 為迎風(fēng)面積2.05m2。計(jì)算得到P1=23.5kw。

（2）電動(dòng)汽車在水平路面上從0 加速到100km/h，需求功率滿足P2[1]

式中u 為末速度100km/h，t 為加速時(shí)間，這里取性能指標(biāo)15s，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)1.05.計(jì)算得到P2=63.2kw。

（3）電動(dòng)汽車以某一車速爬坡計(jì)算需求功率，這里取性能指標(biāo)20%坡度。需求功率為P3：

式中α為爬坡角度，取性能指標(biāo)20%，ua為爬坡車速，取20km/h。計(jì)算得到P3=37.7kw。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率要滿足：

考慮到功率損失與工作效率問題，Pmax取70kw。

根據(jù)電機(jī)峰值功率與額定功率的關(guān)系得到，額定功率：

式中λ為電機(jī)過載系數(shù)取為2.5，Pe=30kw。

1.3.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，制造工藝要求越高，生產(chǎn)成本自然更高，為滿足經(jīng)濟(jì)性要求，參考同級(jí)車，初步選定主減速比為6.5。

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與最高車速關(guān)系為：

式中i 為主減速比，初步選定為6.5 參與計(jì)算，r 為車輪滾動(dòng)半徑0.28.通過計(jì)算取nmax為7500r/min。

電機(jī)額定轉(zhuǎn)速滿足：

式中β為電機(jī)恒擴(kuò)大功率系數(shù)，一般取2-3。ne取3000r/min。

1.3.3 最大轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩

根據(jù)轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

經(jīng)過計(jì)算得到最大轉(zhuǎn)矩為222N·m。

2 主減速比的確定

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出特性一定時(shí)，電動(dòng)汽車傳動(dòng)比的選擇應(yīng)滿足整車動(dòng)力性能的要求[2-3]，因?yàn)殡姍C(jī)調(diào)速范圍較大，所以只選擇主減速比進(jìn)行減速增扭。主減速比的確定要滿足：

式中α為爬坡角，umax為最高車速120km/h，f 為輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)0.017。

計(jì)算得到4.48≤i≤6.5975。選定主減速比為6.5。

3 蓄電池

蓄電池的主要參數(shù)為功率、容量等，分析目前常用的幾種動(dòng)力電池，本文選用鋰離子電池，參考18650 鋰電池，電池單體額定電壓一般為3.6v，最小放電終止電壓一般為2.5-2.75v，容量約為3200mAH。

3.1 電池?cái)?shù)量

為保護(hù)蓄電池，增加蓄電池的使用壽命，電池的最大放電電流不宜過大，這里設(shè)計(jì)最大放電電流300A[4]，所以蓄電池電壓等級(jí)要滿足：

串聯(lián)數(shù)量為：

求得N=65，所以串聯(lián)65 節(jié)。

3.2 蓄電池容量

電池組要滿足汽車?yán)m(xù)駛里程的要求，取勻速60km/h 行駛80km 工況計(jì)算蓄電池組容量。汽車以勻速行駛需求功率為：

式中u 為勻速行駛速度60km/h。所需求能量為：

式中x 為續(xù)駛里程，u 為行駛速度。經(jīng)計(jì)算，為滿足能量要求最少需要并聯(lián)12 組。在考慮蓄電池不過放，這里取并聯(lián)16 組。

4 仿真分析

4.1 整車模型搭建

AVL-Cruise 軟件由奧地利 AVL 公司開發(fā)，主要用于車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性能以及制動(dòng)性能等的仿真分析，該軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，建模快速、便捷、準(zhǔn)確、高效，可用于車輛開發(fā)過程中動(dòng)力系統(tǒng)的匹配、車輛性能預(yù)測(cè)等，廣泛應(yīng)用于純電動(dòng)汽車的性能仿真分析中[5]。本文選用cruise搭建車輛仿真模型，通過選用模塊，并且將各模塊之間物理連接、電氣連接、信息連接搭建完畢。設(shè)置循環(huán)任務(wù)，爬坡任務(wù)，加速任務(wù)等仿真驗(yàn)證動(dòng)力系統(tǒng)。

圖1 整車模型圖

4.2 數(shù)據(jù)仿真分析

仿真分析包括爬坡性能、加速性能、循環(huán)工況續(xù)駛里程等。

4.2.1 動(dòng)力性仿真

分析圖2 和圖3，通過設(shè)置task folder 任務(wù)進(jìn)行仿真分析，得到加速仿真曲線，仿真得到最高車速可以達(dá)到200km/h，0-100km/h 加速時(shí)間為8.18s，并且最大爬坡度為27%。滿足動(dòng)力性需求。

圖2 最高車速

圖3 最大爬坡度

4.2.2 續(xù)駛里程

設(shè)置NEDC 循環(huán)工況，續(xù)駛里程設(shè)計(jì)目標(biāo)為80km，這里設(shè)定10 仿真任務(wù)。

圖4 循環(huán)工況仿真結(jié)果

分析仿真圖，在循環(huán)工況總行駛里程為80011m 的時(shí)候，蓄電池SOC 值為35.02%。在蓄電池SOC 值下降到20%，循環(huán)工況里程達(dá)到98403m。仿真結(jié)果表明在保證蓄電池不過放的前提下滿足續(xù)駛里程80km 的要求，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。

5 結(jié)語

本文定位于城市內(nèi)乘用車的要求，通過對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行參數(shù)匹配，并經(jīng)過cruise 軟件搭建模型并仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明數(shù)據(jù)基本符合預(yù)期目標(biāo)，滿足動(dòng)力性、續(xù)駛里程要求。