基于ADVISOR的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配

楊維健，常志超

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710054）

基于ADVISOR的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配

楊維健，常志超

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710054）

發(fā)展純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為當(dāng)今汽車行業(yè)的主流，在電動(dòng)汽車核心技術(shù)中動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配是其中之一，合理的參數(shù)匹配對(duì)汽車的動(dòng)力性與續(xù)駛里程都有很大的影響。文章首先列出了純電動(dòng)汽車整車參數(shù)和性能指標(biāo)，根據(jù)汽車受力分析，初步計(jì)算各部件的基本參數(shù)。然后，利用ADVISOR 仿真軟件，仿真了動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，為以后其他車型的匹配研究提供依據(jù)。

純電動(dòng)汽車；動(dòng)力性；經(jīng)濟(jì)性；匹配；仿真

CLC NO.:U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-32-03

前言

能源與環(huán)境問題成為困擾傳統(tǒng)汽車發(fā)展的瓶頸，因而發(fā)展純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為當(dāng)今汽車行業(yè)的主流。然而，純電動(dòng)汽車面臨一系列的問題沒有解決。其中，電池容量和電機(jī)性能成為困擾電動(dòng)汽車走進(jìn)千家萬戶的重要因素。在短時(shí)間內(nèi)無法有效提高電池容量、新能源電機(jī)技術(shù)不成熟的前提下，合理利用現(xiàn)有條件，對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行合理匹配變得越來越重要。

1、 某型純電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo)

2、動(dòng)力匹配的計(jì)算過程

2.1 汽車受力分析

圖1 汽車加速上坡時(shí)的受力圖

雖然純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車有著很大的區(qū)別特別是在驅(qū)動(dòng)方式上，但是它們在行駛過程中的受力情況是一樣的。

表1 整車參數(shù)和性能指標(biāo)

汽車的行駛方程式是：

上式中，F(xiàn)t為驅(qū)動(dòng)力；ΣF為各種阻力之和；r為輪胎半徑；ηT表示動(dòng)力系統(tǒng)的效率；Ttq表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；ig表示變速器的傳動(dòng)比；io主減速器的傳動(dòng)比；Ff為滾動(dòng)阻力；Fi的為坡度阻力；Fw為空氣阻力；Fj為加速阻力。

2.2 動(dòng)力性能分析

2.2.1 最高車速分析

汽車在水平良好路面上的以最高車速行駛時(shí)，只考慮空氣阻力和滾動(dòng)阻力，可得：

2.2.2 爬坡能力分析

爬坡時(shí)車速較低，忽略空氣阻力和加速阻力。因此其坡度阻力為：

2.2.3 加速性能分析

2.3 經(jīng)濟(jì)性能分析

純電動(dòng)汽車以一定速度，在水平路面等速行駛時(shí)所消耗的能量和等速行駛工況下的續(xù)航里程為：

式中，η表示電機(jī)以及控制器的傳動(dòng)效率；W表示電池總能量。

聯(lián)立式（2.10）和（2.11）可得等速時(shí)續(xù)航里程公式為：

3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的選擇

①根據(jù)最高車速確定電動(dòng)機(jī)功率：

式中，x為擬合系數(shù)，一般約為0.5；tm為起步加速過程的時(shí)間（s），vm為末車速。

假設(shè)整車在平坦路面加速，根據(jù)整車加速過程動(dòng)力學(xué)方程，其瞬態(tài)過程總功率為：

電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)同時(shí)滿足最高行駛車速、爬坡度和加速性能的要求，所以電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)峰值功率Pm為：

式中，λ為電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)，一般取2~3。

3.2 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇

電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne的計(jì)算式為：

在式中，ne表示電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min），nmax表示電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速（r/min），通常一般取2~β~4[5]。

3.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇

根據(jù)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩和功率之間的關(guān)系，可得額定轉(zhuǎn)矩Te：

4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的選擇

（1）最小傳動(dòng)比的確定：

（2）最大傳動(dòng)比的確定（忽略空氣阻力和加速阻力）：

最大傳動(dòng)比確定以后，還應(yīng)計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪的附著率，檢查附著條件是否滿足要求：

式中，φ為附著系數(shù)，一般可取0.5~0.6。

5、動(dòng)力電池的參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)最大功率選擇電池組數(shù)目：

Pbamx為單個(gè)電池的最大輸出功率，ηe為電機(jī)的效率，ηec為電機(jī)控制器的效率。

（2）根據(jù)續(xù)駛里程選擇電池組的數(shù)目：

式中L為續(xù)駛里程(km)，W為汽車行駛1km所消耗的能量（kw），Vs為單個(gè)電池的電壓(V)，Cs為單位電池的容量(Ah)。

由上述兩種方法確定的電動(dòng)汽車電池組數(shù)目為：

6、匹配結(jié)果

表2 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配結(jié)果

7、仿真軟件ADVISOR的應(yīng)用

隨著仿真理論發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，利用仿真軟件對(duì)純電動(dòng)汽車的整體性能進(jìn)行模擬，逐漸成為一種重要的研究方法。仿真技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上改善了電動(dòng)汽車的性能，縮短了研發(fā)周期，提高了工作效率。

本文選用CYC_ECE_EUDC作為循環(huán)工況。如圖2為該循環(huán)工況的數(shù)據(jù)關(guān)系曲線：

圖2 CYC_ECE_EUDC道路循環(huán)工況

該循環(huán)工況是有兩部分構(gòu)成的。前800s分成四個(gè)相同的小部分，每一個(gè)小部分包括15種行駛方式，所以又稱“十五工況法”， 共進(jìn)行4個(gè)十五工況。測試時(shí)間持續(xù)780s，總行駛里程為4.052km，平均車速18．7km/h。第二部分為一個(gè)附加的市郊行駛工況(EUDC)，代表市郊車輛運(yùn)行過程，測試時(shí)間為400s，行駛里程6．955km，平均車速62.6 km/h，該部分最高速度為120km/h。

表3 ADVISOR仿真結(jié)果與對(duì)比

從表3中仿真結(jié)果以及設(shè)計(jì)指標(biāo)的比較可以看出：汽車的最大行駛速度接近設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明了減速器速比或者電機(jī)功率比較合理；仿真結(jié)果所顯示的0～50(km/h)的加速性能和爬坡度優(yōu)于設(shè)計(jì)的指標(biāo)，這就體現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)機(jī)的低速扭矩特性良好；該工況下的續(xù)駛里程稍微大于設(shè)計(jì)指標(biāo)，說明蓄電池能量正好。

[1] 謝明潔.電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].中國科技信息,2013(22): P120-P122.

[2] 陳清泉,孫逢春,祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2004.

[3] 余志生.汽車?yán)碚?第四版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4] 徐國凱,張秀春.電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)與控制[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.6.

[5] 李曉林.電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)介紹[J].科技資訊,2012(19): P27-P29.

[6] 包建超.基于ADVISOR仿真的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配研究[D].西安：長安大學(xué),2014.

Pure electric automobile power transmission parameter match and study based on ADVISOR

Yang Weijian, Chang Zhichao
( School of automobile, Chang’ an university, Shaanxi Xi’an 710054 )

Nowadays, the development of pure electric vehicles has become the mainstream of automotive industry. The optimal matching of dynamic transmission device parameters is one of the key techniques and optimal matching has a great influence on dynamic performance and driving rang. Firstly, the parameters and performance indexes of the pure electric vehicle are listed in this paper. According to the force analysis of the vehicle，the basic parameters of each device are calculated. Then, using the ADVISOR, the dynamic performance and driving rang are simulated.As a model, it provides a basis for the matching of other models in the future.

pure electric vehicles; dynamic; driving rang; matching; simulation

U469.7

A

1671-7988(2016)07-32-03

楊維健，就讀于長安大學(xué)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.010