電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能設(shè)計(jì)和仿真

山東省德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李鎮(zhèn) 于士軍

電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能設(shè)計(jì)和仿真

山東省德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 李鎮(zhèn) 于士軍

電動(dòng)汽車的出現(xiàn)是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著近年來各大公司對(duì)電動(dòng)汽車的研究，電動(dòng)汽車行業(yè)得到快速發(fā)展?；赑SAT動(dòng)力性能仿真軟件建立仿真模型，通過設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車整體參數(shù)，對(duì)電動(dòng)汽車的最高車速、加速能力和爬坡性能進(jìn)行仿真計(jì)算，最后得到電動(dòng)汽車的性能參數(shù)。電動(dòng)汽車符合社會(huì)的需求，極有可能成為新興的代步工具。

電動(dòng)汽車；動(dòng)力性；仿真

引言

由于社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活要求不斷提高，所以對(duì)能源的需求也越來越多。在汽車發(fā)揮其重要交通作用的同時(shí)，開發(fā)新能源汽車在當(dāng)今能源趨緊的現(xiàn)狀下顯得尤為重要?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)現(xiàn)代汽車的要求主要有節(jié)能、環(huán)保、噪音低和舒適性高等，電動(dòng)汽車的出現(xiàn)便有可能解決這些難題，為了充分發(fā)揮電動(dòng)汽車在解決能源方面的優(yōu)勢(shì)，研究電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和仿真便變得尤為重要。為了追趕社會(huì)快速發(fā)展的腳步，電動(dòng)汽車的出現(xiàn)變得切合實(shí)際。電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要包括最大爬坡度、加速能力和最大速度等。

1 動(dòng)力性能指標(biāo)和續(xù)航里程仿真分析

1.1 電動(dòng)汽車的牽引力

對(duì)于電動(dòng)汽車來說其最大牽引力主要受輪胎和地面接觸時(shí)所能提供的最大牽引力影響。作為電動(dòng)汽車主要?jiǎng)恿υ?，其主要有兩個(gè)工作特性，第一是在額定轉(zhuǎn)速以下以恒扭矩模式工作，第二是在額定轉(zhuǎn)速以上以恒定功率模式工作。對(duì)于理想的電動(dòng)汽車來說，其運(yùn)作特性應(yīng)是在全車速范圍內(nèi)以恒功率模式工作。定義電動(dòng)汽車的牽引力為Ft：

公式中Tw為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；η為傳動(dòng)效率即主減速器傳動(dòng)比；Tp為傳到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩；ig為減速器與變速器傳動(dòng)比。

1.2 最高車速、加速能力和最大爬坡度

1.2.1 最高車速

電動(dòng)汽車的最高車速是在良好的道路條件下，在最大轉(zhuǎn)速下取得的速度。電動(dòng)汽車的最高車速主要取決于電動(dòng)汽車的牽引力，并且會(huì)因?yàn)殡妱?dòng)汽車的自重而受到一定的影響。汽車的最高車速可以表示為：Vmax=πnmaxrd/30i0imin

1.2.2 加速能力

電動(dòng)汽車的加速能力是用電動(dòng)汽車原地起步的加速時(shí)間和超車時(shí)間確定的，即“原地起步的加速時(shí)間是用一擋或二擋起步，按最佳換擋時(shí)間逐次換至最高擋，加速至某一預(yù)定距離或車速所需的時(shí)間。

1.2.3 最大爬坡度

電動(dòng)汽車的爬坡能力是指在良好的道路上以一擋爬坡時(shí)所能取得的坡度。最大爬坡度是電動(dòng)汽車在低擋（一擋或二擋）時(shí)的爬坡能力。

整車的動(dòng)力性能指標(biāo)包括：

（1）最高車速：50km/h；

（2）最大爬坡度：≥15%；

（3）0～40km/h加速時(shí)間：≤20s；

（4）蓄電池放電深度能夠滿足以40km/h行駛20km的要求。

1.3 續(xù)航里程仿真分析

續(xù)航里程是指電動(dòng)汽車在蓄電池滿電狀態(tài)下可以行駛的里程數(shù)，作為衡量電動(dòng)汽車主要性能的續(xù)航里程更是評(píng)價(jià)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池、電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。下面就運(yùn)用等速法和工況法這兩種方法進(jìn)行計(jì)算。

整車整備質(zhì)量1520kg，最大質(zhì)量1900kg，不同車速下勻速行駛里程如表1，工況法計(jì)算ECE循環(huán)續(xù)駛里程為214.75km，單位里程能耗為132.99wh/km；UDDS循環(huán)續(xù)駛里程為214.42km，單位里程能耗為127.81wh/km。

表1 不同車速下勻速行駛續(xù)駛里程

通過對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的仿真計(jì)算結(jié)果看出，電動(dòng)汽車在以30km/h的速度行駛時(shí)續(xù)航里程為280km，符合對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航要求。隨著電動(dòng)汽車車速的提高，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)相應(yīng)提高，電池的放電量也會(huì)增加，蓄電池的電量減少導(dǎo)致續(xù)航里程下降，電動(dòng)汽車在工況法下，由于頻繁起步導(dǎo)致電動(dòng)汽車在大功率狀態(tài)下運(yùn)行，蓄電池的電量消耗過快，致使續(xù)航里程減少。

2 整車設(shè)計(jì)參數(shù)

電動(dòng)汽車的整車設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于電動(dòng)汽車和仿真的成功性和電動(dòng)汽車自身的舒適性都有很大的影響。設(shè)計(jì)一款電動(dòng)汽車的整車參數(shù)如表2。

表2 整車參數(shù)

3 動(dòng)力性能仿真分析

采用軟件PSAT進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，PSAT是由美國(guó)Argonne實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的，該仿真模擬計(jì)算軟件是一款功能強(qiáng)大的電動(dòng)汽車仿真模擬軟件，它采用向前仿真模擬計(jì)算算法，PSAT仿真軟件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與電動(dòng)汽車車輛更加接近。PSAT的算法比起采用向后仿真計(jì)算的軟件更為準(zhǔn)確，但是其計(jì)算速度很慢。PSAT能夠加快仿真速度，可以在較短的時(shí)間連續(xù)運(yùn)行多個(gè)仿真速度。

3.1 PSAT的基本功能

對(duì)于向前模型結(jié)構(gòu)來說，PSAT能夠做到能量和實(shí)際的方向流向一致，即從動(dòng)力單元流向動(dòng)機(jī)輪。到目前為止，PSAT軟件已經(jīng)包括了180多種可能的動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力參數(shù)，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)可以進(jìn)行更為精確的模擬計(jì)算，除此之外，PSAT軟件還具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）能夠方便地制造高級(jí)動(dòng)態(tài)模型；

（2）能夠簡(jiǎn)單地優(yōu)化電動(dòng)汽車的各個(gè)部件；

（3）能夠選擇最好的傳動(dòng)系統(tǒng)；

（4）能夠優(yōu)化控制策略。

3.2 仿真模擬過程

圖1 PSAT仿真模擬過程

3.3 動(dòng)力性能仿真結(jié)果分析

本文利用PSAT進(jìn)行仿真模擬，對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能指標(biāo)最高車速、爬坡度和加速能力進(jìn)行計(jì)算，首先建立一個(gè)0～160km/h時(shí)間為100s的工況，以此來得到電動(dòng)汽車動(dòng)力性能指標(biāo)的仿真程序，從而計(jì)算數(shù)據(jù)。

表3 動(dòng)力性能仿真結(jié)果

通過仿真結(jié)果可以看出，電動(dòng)汽車的主要性能最高車速、加速性能和最大爬坡度基本滿足需要，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，但是對(duì)于復(fù)雜的路況，電動(dòng)汽車的性能仍然需要不斷地仿真計(jì)算。

4 結(jié)束語

隨著石油資源的日益匱乏，電動(dòng)汽車的出現(xiàn)已經(jīng)不可阻擋，并且電動(dòng)汽車的優(yōu)勢(shì)越來越明顯，必然會(huì)成為未來的主要代步工具之一。但是電動(dòng)汽車的研究還處于起步階段，通過軟件進(jìn)行模擬，并通過計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化，符合整車的設(shè)計(jì)目標(biāo)，達(dá)到了預(yù)期動(dòng)力性能的指標(biāo)。

［1］張琦.電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的仿真和優(yōu)化［J］.德州學(xué)院，2012.4.

［2］李飛.電動(dòng)汽車總體設(shè)計(jì)及其性能仿真與優(yōu)化［D］.長(zhǎng)安大學(xué)，2012.5.7.

［3］夏青松.電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究［D］.武漢理工大學(xué)，2007.11.

［4］任國(guó)軍，楊久青.電動(dòng)汽車動(dòng)力性能分析與計(jì)算［J］.山東理工大學(xué)，2006.5.