福田F60電動(dòng)汽車起步加速仿真及分析

肖濤

摘 要：電動(dòng)汽車因其具有污染小、噪聲低、節(jié)約能源、結(jié)構(gòu)和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注，其研發(fā)已成為汽車行業(yè)的熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車在行駛過程中，其電源電壓、道路狀況和駕駛模式多變，為保證良好的駕駛特性和乘坐舒適性，對電動(dòng)汽車起步加速和速度控制的研究具有重大的理論價(jià)值和實(shí)用意義。該文對福田F60電動(dòng)汽車在良好路面的經(jīng)濟(jì)車速和起步加速性能及其爬坡性能進(jìn)行了仿真分析，對仿真結(jié)果與說明書參考數(shù)據(jù)和計(jì)算值進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了所建立模型的正確性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 動(dòng)力學(xué) 仿真 加速性能

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（c）-0234-02

車輛在行駛時(shí)輪胎與地面摩擦力的反作用力提供車輛的動(dòng)力，輪胎和地面的附著系數(shù)決定了地面所能提供驅(qū)動(dòng)力的極限值。在該仿真中設(shè)置路面為水平路面，摩擦系數(shù)為1.0，在對模型施加不同動(dòng)扭矩的情況下進(jìn)行仿真分析，完成模型在不同動(dòng)力形式下的動(dòng)力學(xué)仿真。

1 經(jīng)濟(jì)車速

當(dāng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下運(yùn)行時(shí)，變速箱在高檔位，車輛維持的車速一般作為經(jīng)濟(jì)車速，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗率較低，經(jīng)濟(jì)性最好。該文涉及的電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)車速是指電動(dòng)機(jī)額定輸入電壓時(shí)的額度功率下，車輛所能維持的最高車速。

錐齒輪減速器的主動(dòng)軸扭矩如圖1所示，為了減少仿真開始時(shí)懸架和輪胎在整車重力作用下的下降震動(dòng)引起的波動(dòng)對仿真造成的影響，扭矩的起始點(diǎn)與滯后點(diǎn)的時(shí)間間隔為1 s，這時(shí)整車震動(dòng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，先利用電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，使車輛加速至較大的車速后，再逐漸降低到發(fā)動(dòng)機(jī)的額定扭矩并且保持一段時(shí)間，最后的穩(wěn)定車速為該車在良好路面上的經(jīng)濟(jì)車速。仿真結(jié)果如圖2所示。

電動(dòng)汽車模型在圖1電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩作用下，得到模型的速度曲線圖。由速度曲線可以看出，模型在2.5 s，即轉(zhuǎn)矩作用1.5 s時(shí)模型開始起步運(yùn)行，這時(shí)加速度大于零。在2～4 s的時(shí)間內(nèi)加速度迅速以接近線性增加，同時(shí)車速以非線性增加。當(dāng)時(shí)間在4～10 s之間，由于轉(zhuǎn)矩為一定值，這時(shí)加速度也相應(yīng)為一確定值，車速開始以線性增加。在10～11 s內(nèi)加速度隨著轉(zhuǎn)矩的減小而減小，速度作相應(yīng)的變化。在11 s以后的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)矩重新確定為一新的數(shù)值，這時(shí)加速度近似穩(wěn)定為零，其平均值為10 mm/s2，此時(shí)的車速為8.67 m/s（31.2 km/h），這與計(jì)算車速及實(shí)際穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)車速30 km/h左右基本相吻合。仿真開始時(shí)曲線的波動(dòng)是由于懸架處于自由狀態(tài)，懸架和輪胎在整車重力作用下，其下降震動(dòng)引起的波動(dòng)造成的。通過對經(jīng)濟(jì)車速的計(jì)算和仿真可以看出，模型的簡化、建模和約束設(shè)置與實(shí)際和理論基本相符，模型建立基本成功。

2 加速性能

建立所編程序生成水平B級(jí)路面，添加水平路面。電機(jī)的動(dòng)力采用斜坡輸入模擬起步加速過程，在動(dòng)力輸入的錐齒輪減速器主動(dòng)軸處模擬電機(jī)力學(xué)性能添加快速變化的扭矩如圖3所示，該扭矩從0N·m開始，同樣為消除懸架影響，在前1 s扭矩始終為0N·m，使懸架在這段時(shí)間趨于穩(wěn)定，然后經(jīng)過3 s，逐漸增加到額定的轉(zhuǎn)矩24N·m，總的仿真時(shí)間設(shè)定為5 s，在該輸入下最終得到仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。

電動(dòng)汽車在如圖3所示轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動(dòng)下，加速度對應(yīng)扭矩的變化趨勢相近，整車起始速度為0 km/s，在1～4 s速度似線性增長，加速度變化為非線性增加，在4 s以后由于外加轉(zhuǎn)矩為一常數(shù)，這時(shí)加速度相應(yīng)為固定值，速度線性增加。該過程可以近似模擬車輛的起步加速工況。模型運(yùn)行情況和設(shè)定的相符合，該仿真很好地模擬了電動(dòng)汽車的起步加速性能，該型號(hào)的電動(dòng)汽車具有良好的起步加速性能。

3 結(jié)語

該文在建立電動(dòng)汽車的整車模型和添加約束的基礎(chǔ)上，對電動(dòng)汽車模型在不同路面和不同的轉(zhuǎn)矩輸入情況下進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果與理論數(shù)據(jù)吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性，這為進(jìn)一步對電動(dòng)車的傳動(dòng)系研究建立了研究平臺(tái)和奠定了基礎(chǔ)。

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