周哲義 郭世永

摘要：為使純電動(dòng)汽車具有良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，基于某款純電動(dòng)汽車的整車參數(shù)，設(shè)定合理的性能指標(biāo)，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系數(shù)和動(dòng)力電池進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，最后利用AVL Cruise仿真軟件完成模擬仿真，結(jié)果表明所確定的電機(jī)、電池及傳動(dòng)比參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車;動(dòng)力系統(tǒng);匹配設(shè)計(jì);Cruise仿真

中圖分類號(hào)：F407.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0024-03

0? 引言

近年來全球都面臨著環(huán)境污染和能源匱乏的嚴(yán)重問題，因此在汽車行業(yè)中新能源汽車開始受到更多的關(guān)注[1]。其中，純電動(dòng)汽車以其結(jié)構(gòu)簡單的動(dòng)力系統(tǒng)、良好的燃油經(jīng)濟(jì)性和噪聲小等特點(diǎn)在汽車界備受歡迎。越來越多的國家也致力于純電動(dòng)汽車的開發(fā)研究，日本三菱從2009年便開始生產(chǎn)高速電動(dòng)車[2]，法國雪鐵龍?jiān)?6年推出DS5 Hybrid型電動(dòng)汽車，德國寶沃2018年推出續(xù)航里程達(dá)400km的SUV—BX7。

隨著新能源汽車關(guān)鍵技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國也相繼出臺(tái)各種政策扶持純電動(dòng)汽車的研究和開發(fā)[3]。文獻(xiàn)[4]使用ADVISOR仿真軟件合理匹配和模擬電動(dòng)汽車動(dòng)力總成參數(shù)，文獻(xiàn)[5]則基于新型動(dòng)力傳動(dòng)裝置，對(duì)傳動(dòng)裝置及電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行匹配優(yōu)化。本文基于某款純電動(dòng)汽車，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案符合目標(biāo)設(shè)計(jì)要求，并完成匹配仿真，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1? 整車基本性能參數(shù)確定

本文針對(duì)純電動(dòng)家用轎車，要求該車具有良好的動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能，首先對(duì)其整車參數(shù)及性能指標(biāo)進(jìn)行確定。所確定的整車參數(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)如表1及表2所示。

2? 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)選擇

2.1 電機(jī)參數(shù)選擇

驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部位，在設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)要考慮加速時(shí)間、最高車速、最大爬坡度三個(gè)性能指標(biāo)，并主要確定三個(gè)參數(shù)：轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩[6]。

2.1.1 確定電機(jī)的功率

當(dāng)純電動(dòng)汽車用最高車速在良好路面上行駛時(shí)，電機(jī)功率Pm1應(yīng)為：

式中umax為最高車速，m是滿載質(zhì)量，CD是空氣阻力系數(shù)，A是迎風(fēng)面積。

當(dāng)純電動(dòng)汽車以恒定車速勻速行駛在最大爬坡度道路上時(shí)，電機(jī)功率Pm2應(yīng)為：

當(dāng)車輛滿足加速性能時(shí)，電機(jī)功率Pm3應(yīng)為：

在汽車行駛過程中還需要考慮一定的后備功率及純電動(dòng)汽車電機(jī)的峰值功率，最終結(jié)果要滿足以下條件：

2.1.2 確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩

峰值轉(zhuǎn)速一定要符合傳動(dòng)系傳動(dòng)比，可由公式（5）計(jì)算。

轉(zhuǎn)矩的確定一般通過最大爬坡度和汽車的最高車速計(jì)算得到：

最終確定的電機(jī)參數(shù)如表3所示。

2.2 主減速器傳動(dòng)比選擇

本文使用固定速比減速器。這種結(jié)構(gòu)形式具有質(zhì)量輕體積小，可以提供較大轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)[7]。

2.2.1 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比i

純電動(dòng)汽車的最小傳動(dòng)比要滿足汽車的最高行駛車速條件和電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速條件。

2.2.2 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比i

傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比要滿足最大爬坡度的行駛條件，并由對(duì)應(yīng)的行駛阻力和電機(jī)最高轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定[8]。

式中up為最大爬坡度條件下的車速，up=20km/h。

傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比為：

2.3 電池組參數(shù)的選擇

對(duì)于純電動(dòng)汽車，電池要具有高比能量和比功率的特點(diǎn)，同時(shí)動(dòng)力電池要保證自身的使用壽命和高效性。本文選擇性價(jià)比高的鋰離子電池，單體電壓為3.2V。

初步確定鋰電池單體電池個(gè)數(shù)為：

式中：Ue為電機(jī)工作電壓，Uc為單體電池電壓。

本文選用等速法計(jì)算鋰電池消耗能量、電池系統(tǒng)能量及電池容量等相關(guān)參數(shù)，最后確定電池組參數(shù)如表4所示。

3? Cruise仿真結(jié)果及分析

由圖1至圖4所示，最高車速和最大爬坡度分別為126km/h及30.91%;0-50km/h加速時(shí)間和50-80km/h均達(dá)到預(yù)期參數(shù)目標(biāo);NEDC工況下續(xù)航里程為204.18km，能耗為17.24kWh/100km;60km/h等速工況下續(xù)航里程為231.26km，能耗為14.46kWh/100km，各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到所設(shè)定的參數(shù)目標(biāo)。參數(shù)對(duì)比詳細(xì)對(duì)比見表5。

4? 結(jié)語

本文針對(duì)家用5座純電動(dòng)汽車，對(duì)該車的動(dòng)力系統(tǒng)完成匹配設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，完成純電動(dòng)汽車的電機(jī)、電池組、主減速器傳動(dòng)器的參數(shù)選擇，最后通過AVL Cruise軟件對(duì)該車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行模擬仿真。仿真結(jié)果表明，所選擇的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)滿足了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李靜，曹魯光，吳子豪，陳振中.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的可靠性優(yōu)化[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，46（04）：608-615.

[2]郝魁，贠海濤，孫華偉，騰彥飛，焦蕙蓉，劉樹德，王成振.微型純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36（01）：108-113.

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[4]姬芬竹，高峰，吳志新.純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù)的區(qū)間優(yōu)化方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2006（03）：5-7.

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[8]宮永玉.基于CRUISE的某款純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)匹配及參數(shù)優(yōu)化[D].長安大學(xué)，2017.