基于行駛工況的純電動(dòng)城市客車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配優(yōu)化

茍琦智，李耀華，楊 陽，朱 輝，許冀陽

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

汽車行駛工況是用來描述特定交通環(huán)境下車輛行駛特征的速度-時(shí)間歷程，對(duì)汽車領(lǐng)域的相關(guān)研究有著重要作用，是汽車研發(fā)、試驗(yàn)和檢測(cè)重要的數(shù)據(jù)支撐。全球范圍內(nèi)的汽車排放能耗檢測(cè)工況主要有美國、歐洲兩大體系。我國一直采用歐洲的ECE+EUDC 檢測(cè)工況[1]，車輛能耗認(rèn)證結(jié)果與車輛的實(shí)際行駛表現(xiàn)狀況不符且差異越來越大。因此，亟需對(duì)我國工況進(jìn)行精細(xì)化研究，構(gòu)建城市工況、區(qū)域工況、線路工況等。

國外發(fā)達(dá)國家在整車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配領(lǐng)域已經(jīng)研發(fā)出固定的開發(fā)體系。國外研究人員研究了電動(dòng)汽車不同結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)力總成，對(duì)比分析不同結(jié)構(gòu)形式對(duì)車輛性能的影響，通過優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)和控制策略提升車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，但是未考慮工況選擇對(duì)車輛動(dòng)力系統(tǒng)匹配的影響[2]。

本文采集實(shí)際道路運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建特定城市車輛行駛工況，通過對(duì)工況動(dòng)力需求分析，使電機(jī)工作在最佳區(qū)域，從而匹配出一套符合工況的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，更加符合城市道路運(yùn)行特點(diǎn)?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的運(yùn)行工況進(jìn)行車輛動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和優(yōu)化研究，對(duì)提高車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性具有重要的實(shí)際意義。

1 行駛工況構(gòu)建

本文通過采集西安市若干輛純電動(dòng)城市客車實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，構(gòu)建西安城市客車行駛工況。

1.1 采集線路篩選

城市汽車循環(huán)工況數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)線路篩選的原則是：篩選出的線路能夠代表特定區(qū)域的主要交通特征和車輛運(yùn)行狀態(tài)；線路能基本覆蓋城市市區(qū)和市郊區(qū)域；充分考慮交通強(qiáng)度(車輛流量、周轉(zhuǎn)量、飽和度)、道路等級(jí)(快速路、主干道、次干道、支路)、交叉口密度以及運(yùn)行時(shí)間等[3]。由于城市客車運(yùn)行路線、交通強(qiáng)度、交叉路口密度和運(yùn)行時(shí)間等固有特征規(guī)律性較強(qiáng)，因此其行駛工況線路篩選要求線路有足夠代表性和覆蓋面。

本文定義“線路強(qiáng)度”用來量化線路的代表性，也就是組成線路的站點(diǎn)出現(xiàn)的頻數(shù)之和與站點(diǎn)數(shù)之比，如式(1)所示。

式中：μi為第i條線路的線路強(qiáng)度；λij為第i條線路第j個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)的總頻數(shù)；ni為第i條線路的總站點(diǎn)數(shù)。

本文充分考慮西安市的交通特征以及城市公交車的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，通過對(duì)西安市200 余條公交線路進(jìn)行“線路強(qiáng)度”統(tǒng)計(jì)，最終選取能夠總體上反映西安市城市道路整體狀況的公交車試驗(yàn)線路，分別為609 路、2 路和362 路公交路線。609 路公交路線南北走向，通過西安市繁華市區(qū)且交通流量大的主干路，覆蓋南北向一環(huán)二環(huán)區(qū)域，其線路站點(diǎn)強(qiáng)度高達(dá)15.01，該線路在市區(qū)南北向有足夠代表性且覆蓋面也滿足要求。2 路公交路線東西走向，通過市區(qū)主干路，覆蓋東西向一環(huán)二環(huán)區(qū)域，其線路站點(diǎn)強(qiáng)度較高，為11.69，該線路在市區(qū)東西向有足夠代表性且覆蓋面也滿足要求。362 路公交路線通過市郊交通流量少的快速路，其線路站點(diǎn)強(qiáng)度為2.97，該線路具有市郊代表性。所選公交線路的行駛路線如圖1 所示。

圖1 所選公交線路行駛路線圖

1.2 數(shù)據(jù)采集

西安市目前營(yíng)運(yùn)的純電動(dòng)公交車型主要是比亞迪K9，以該車型作為試驗(yàn)車輛。選取INQ-1000數(shù)據(jù)采集終端采集車輛車速、時(shí)間、位置、行駛軌跡和儀表CAN 等數(shù)據(jù)。采集設(shè)備隨機(jī)安裝在市區(qū)和市郊若干條線路全天候?qū)嶋H運(yùn)營(yíng)車輛上，采集設(shè)備安裝如圖2 所示。車載設(shè)備的采樣頻率為1 Hz，數(shù)據(jù)采集周期為15 天，充分考慮運(yùn)營(yíng)時(shí)間、上下班高峰、節(jié)假日、天氣等因素[4]。累計(jì)行駛里程達(dá)2 238 km，總計(jì)得到544700 條有效速度信息。

圖2 采集設(shè)備安裝圖

1.3 行駛工況的構(gòu)建

1.3.1 瞬態(tài)工況構(gòu)建

本文采用聚類分析法構(gòu)建出西安城市客車瞬態(tài)行駛工況。首先對(duì)長(zhǎng)行程進(jìn)行短行程劃分并求解特征值，然后運(yùn)用主成分分析和聚類分析將短行程特征值按照數(shù)理分析法進(jìn)行分類。在各類短行程中依據(jù)一定原則選取代表性片段，按照各類權(quán)重組合成西安城市客車瞬態(tài)行駛工況，如圖3 所示[5]。

圖3 西安城市客車瞬態(tài)行駛工況

1.3.2 模態(tài)工況構(gòu)建

本文采用多目標(biāo)優(yōu)化法構(gòu)建出西安城市客車模態(tài)行駛工況。首先對(duì)數(shù)據(jù)庫總樣本求解特征值，然后建立市區(qū)和市郊模態(tài)模型，并確定變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。運(yùn)用加權(quán)多目標(biāo)優(yōu)化方法求解目標(biāo)函數(shù)，得到最優(yōu)解向量，從而得到市區(qū)和市郊模態(tài)工況，按照線路強(qiáng)度比例組合成西安城市客車模態(tài)行駛工況，如圖4 所示[6]。

圖4 西安城市客車模態(tài)行駛工況

2 純電動(dòng)城市客車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配

本文研究對(duì)象是純電動(dòng)城市客車動(dòng)力系統(tǒng)，參考車型的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式為單電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)。參考車型的整車主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 參考車型主要技術(shù)參數(shù)

綜合考慮西安市城市客車公交行駛工況、我國道路條件及參考JT/T 325—2013《營(yíng)運(yùn)客車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》第1 號(hào)修改單和JT/T 888—2014《公共汽車類型劃分及等級(jí)評(píng)定》第1 號(hào)修改單的要求，本文所匹配純電動(dòng)城市客車動(dòng)力性應(yīng)滿足以下匹配目標(biāo)：

1）滿足行駛工況（瞬態(tài)及模態(tài)工況）下的功率需求；

2）最高車速umax≥70 km/h；

3）15 km/h 的最大爬坡度i≥20%；

4）0～50 km/h 加速時(shí)間t0-50≤23 s；

5）40 km/h 等速續(xù)駛里程LPE≥200 km。

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配

由于永磁式同步電機(jī)系統(tǒng)具有較高的效率與轉(zhuǎn)矩慣量比，電動(dòng)汽車上逐漸被廣泛應(yīng)用，所以本文選取永磁式同步電機(jī)。

2.1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率選擇

電機(jī)峰值功率取車速最大功率Pumax、加速時(shí)間最大功率Pamax、爬坡度最大功率Pimax和行駛工況最大功率Pemax的最大值。

模態(tài)行駛工況為臺(tái)架測(cè)試工況，對(duì)汽車動(dòng)力性要求較高。循環(huán)工況最大需求功率是模態(tài)工況最大需求功率[7]。可計(jì)算出模態(tài)工況下的功率需求，如圖5 所示。

圖5 模態(tài)循環(huán)下的功率需求

經(jīng)計(jì)算：max{Pemax}=189.72 kW。

要求汽車滿載能以最高車速巡航，即umax≥70 km/h。

式中：m為整車整備質(zhì)量；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積；ηt為傳動(dòng)效率。經(jīng)計(jì)算，Pumax=100.89 kW。

要求汽車滿載能以15 km/h 爬上20%坡度。

式中：ui為行駛車速；αmax為最大爬坡度。經(jīng)計(jì)算，Pimax=179.89 kW。

加速過程中最大功率需求Pamax出現(xiàn)在車輛加速的末時(shí)刻，滿足0～50 km/h 加速時(shí)間t0-50≤23 s的設(shè)計(jì)要求。

式中：um為加速末速度；tm為加速時(shí)間；δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。經(jīng)計(jì)算，Pamax=125.23 kW。

因此，車輛動(dòng)力性需求最大功率需要滿足上述4 個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，即：Pmax=190 kW。

電機(jī)額定功率確定需考慮電機(jī)過載系數(shù)，考慮永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)難度和成本因素，永磁同步電機(jī)的過載系數(shù)取值一般為2～3。因此，電機(jī)額定功率為90 kW。

2.1.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇

純電動(dòng)客車單電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)沒有變速器，只有主減速器進(jìn)行轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)。因此，該結(jié)構(gòu)適用的電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速均較低，從而使電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)矩提高，以滿足車輛動(dòng)力性要求。同時(shí)，該電機(jī)也使配置的主減速器不至于太大，降低制造難度和成本。參考市場(chǎng)主流電機(jī)參數(shù)，定義該電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax1=3500 r/min。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速關(guān)系為

式中：n額為額定轉(zhuǎn)速；nmax為最高轉(zhuǎn)速；β為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)，取值一般在2～4 之間。

根據(jù)最高車速和最大爬坡度中峰值功率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系可以推出恒功率系數(shù)的公式為

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，單電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)速比范圍q=1，可以得到β≥3.88，取β=3.9。因此，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n額1=897.4 r/min，取整為900 r/min。

2.1.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩選擇

根據(jù)電機(jī)特性，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax應(yīng)滿足：

電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩T額由額定功率和額定轉(zhuǎn)速確定，其關(guān)系為

經(jīng)計(jì)算可得，Tmax≥2016.11 Nm，取整為2100 Nm；T額=955 Nm，取整為1000 Nm。

2.1.4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)確定

根據(jù)前文匹配的電機(jī)參數(shù)P額和n額，確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓范圍為450～500 V。綜合考慮其他相關(guān)因素，本文以永磁同步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，匹配的電機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2 所示。

表2 匹配電機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 動(dòng)力電池參數(shù)匹配

由于磷酸鐵鋰電池具有使用壽命長(zhǎng)、熱穩(wěn)定性好和安全性高等優(yōu)點(diǎn)[8]，因此本文純電動(dòng)城市客車動(dòng)力電池選用磷酸鐵鋰電池。

2.2.1 單體電池?cái)?shù)目選擇

純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的數(shù)量需滿足40 km/h等速最大續(xù)駛里程所需能量，所需的單體電池?cái)?shù)目計(jì)算公式為

式中：P為車輛行駛時(shí)所需功率；v為恒定行駛車速，取40 km/h；s為最大續(xù)駛里程，取200 km；Vb為單節(jié)電池電壓，取3.2 V；Cr為單節(jié)電池額定容量，200 A·h；Ws為電動(dòng)車行駛s(km)時(shí)所消耗的能量；ηb為電池放電效率，取0.8；N為所需單體電池?cái)?shù)目。帶入?yún)?shù)計(jì)算可得N=468。

2.2.2 電池組容量選擇

續(xù)駛里程是反映電動(dòng)汽車行駛性能的一個(gè)重要指標(biāo)，電池容量是影響電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程的關(guān)鍵因素，同時(shí)電池容量也會(huì)關(guān)系到電池包質(zhì)量和電動(dòng)汽車總質(zhì)量。因此，本文對(duì)電池質(zhì)量對(duì)車輛性能影響進(jìn)行研究。

40 km/h 等速行駛工況續(xù)駛里程與電池質(zhì)量關(guān)系計(jì)算公式為

式中：W為磷酸鐵鋰電池的比能量，取值為150 Wh/kg；ηm為電機(jī)效率；E為動(dòng)力電池總能量；m1為整車除去電池的質(zhì)量；m2為電池質(zhì)量。

根據(jù)汽車動(dòng)力學(xué)方程，可以得到加速時(shí)間tm、爬坡度i與電池質(zhì)量的關(guān)系方程為

式中：tm為加速時(shí)間；um為加速末速度，取值為50 km/h；i為實(shí)際車輛爬坡度；ui為車輛爬坡恒定車速，取值為15 km/h。

為深入研究電池質(zhì)量對(duì)整車動(dòng)力性能和續(xù)駛里程的影響，本文定義實(shí)際加速時(shí)間與設(shè)計(jì)要求加速時(shí)間比值為加速時(shí)間影響因子ξa。同理定義爬坡度影響因子ξp和續(xù)駛里程影響因子ξs[9]，分別表示為：

式中：t0、i0、s0表示設(shè)計(jì)要求的加速時(shí)間、最大爬坡度和等速續(xù)駛里程；t、i、s表示實(shí)際的加速時(shí)間、最大爬坡度和等速續(xù)駛里程。

加速時(shí)間影響因子、最大爬坡度影響因子和等速續(xù)駛里程影響因子隨電池質(zhì)量的變化曲線如圖6 所示。

圖6 影響因子隨電池質(zhì)量變化曲線

對(duì)圖6 進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論：

1）電池質(zhì)量小于4 500 kg 時(shí)，整車加速性能滿足設(shè)計(jì)要求；

2）電池質(zhì)量小于3 180 kg 時(shí)，以15 km/h 運(yùn)行車輛的最大爬坡度性能滿足設(shè)計(jì)要求；

3）電池質(zhì)量大于1 990 kg 時(shí)，以40 km/h 運(yùn)行車輛的續(xù)駛里程滿足設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，為滿足車輛動(dòng)力性能和續(xù)駛里程設(shè)計(jì)要求，電池質(zhì)量的取值范圍為1 990＜m2＜3180。綜合考慮到成本和其他因素，電池質(zhì)量取為2 000 kg。

已知電池組電壓為500 V，單體電池?cái)?shù)目為468，根據(jù)電池容量與電池質(zhì)量的關(guān)系，可以確定電池組的容量，具體計(jì)算方程如下：

式中：E為電池組能量；U為電池組的電壓；m2為電池質(zhì)量；W為電池的比能量，取值為150 Wh/kg。

計(jì)算可得電池組容量C=600 A·h。綜上所述，本文匹配的電池組的技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

表3 動(dòng)力電池組技術(shù)參數(shù)

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配

由于單電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系主要由固定速比減速器構(gòu)成，故該結(jié)構(gòu)傳動(dòng)系選擇主要確定主減速器傳動(dòng)比。汽車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配原則為：最小傳動(dòng)比依據(jù)最大爬坡度選擇，最大傳動(dòng)比依據(jù)最高車速選擇[10]。

為滿足該結(jié)構(gòu)車輛的最高行駛車速，要求傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比為

式中：imax為最大傳動(dòng)比；nmax為峰值轉(zhuǎn)速；r為車輪半徑；umax為最高車速。

為保證最大爬坡度，要求傳動(dòng)系傳動(dòng)比為

式中：imin為最小傳動(dòng)比；Tmax為峰值轉(zhuǎn)矩。

由以上公式可得，為保證該結(jié)構(gòu)車輛的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求，主減速器傳動(dòng)比取值范圍為：6.94≤i0≤9.14。初取主減速器傳動(dòng)比i0=6.94。

2.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化

本文依據(jù)西安城市客車瞬態(tài)循環(huán)工況的城市電動(dòng)客車作為參考對(duì)象，建立以單位里程能耗作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)，從而建立單目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型[11]。本文優(yōu)化變量選擇為傳動(dòng)系參數(shù)，即主減速器傳動(dòng)比。通過驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況下能耗分析，可得在循環(huán)工況下單位能耗的公式：

式中：W1為驅(qū)動(dòng)工況能耗；N1、N2為不同工況采樣點(diǎn)數(shù)目；ud為行駛車速；τ2為采樣點(diǎn)序號(hào)；ηEV為整車工作效率；W2為制動(dòng)工況能耗；u0、ut為制動(dòng)區(qū)間的始末車速；k為在制動(dòng)區(qū)間中電機(jī)制動(dòng)所占的比例，其值取0.2；ηc為制動(dòng)能量回收時(shí)電機(jī)發(fā)電給電池的能量效率，取0.8；N2為在制動(dòng)工況的總采樣數(shù)；ub為對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)處的行駛車速；ηb為電池效率；ηm為電機(jī)效率；ηt為傳動(dòng)系效率。

根據(jù)前文匹配電機(jī)的實(shí)測(cè)效率表，采用二元拉格朗日插值法計(jì)算出任意一點(diǎn)ηm(n,T)電機(jī)效率。二元拉格朗日插值法求解電機(jī)效率公式如式(22)—(24)所示，電機(jī)效率差值表如圖7 所示。

圖7 電機(jī)效率插值表

式中：ni為采樣點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；Ti為采樣點(diǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)矩；a為電機(jī)所設(shè)定的轉(zhuǎn)速步長(zhǎng)；b為電機(jī)所設(shè)定的轉(zhuǎn)矩步長(zhǎng)。

將上式和電機(jī)效率計(jì)算公式帶入到比能耗計(jì)算公式，可以得到循環(huán)目標(biāo)工況下的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)：式中，F(xiàn)(x)和W(i)分別為在循環(huán)工況下的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)和比能耗。

基于車輛傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配建立約束條件：主減速器傳動(dòng)比6.94≤i0≤9.14。

基于罰函數(shù)的思想，引入約束條件后的模擬退火PSO 算法的目標(biāo)函數(shù)為

式中：p為約束條件的個(gè)數(shù)；rk為懲罰因子，且rk＞1；隨著迭代的進(jìn)行，r(k+1)=Crk，C為遞增系數(shù)，且C＞1。

隨著k的增加，可以得到無約束問題的最優(yōu)序列{x0*，x1*，x2*，…，xk*}，且滿足則認(rèn)為x*為原約束問題的最優(yōu)解，考慮約束條件的優(yōu)化算法流程如圖8 所示。

圖8 優(yōu)化算法流程圖

經(jīng)過200 次迭代后，最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值基本趨于不變，兩種結(jié)構(gòu)形式的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值變化趨勢(shì)如圖9 所示。

達(dá)到最優(yōu)適應(yīng)度值時(shí)，優(yōu)化變量解為：X1=8.8981，因此優(yōu)化后的主減速器傳動(dòng)比為i0=8.89。優(yōu)化前后參數(shù)、能耗和續(xù)駛里程對(duì)比如表4 所示。

由表4 可以看出，在西安城市客車瞬態(tài)循環(huán)工況下，優(yōu)化后理論計(jì)算的單位里程能耗降低了0.03 kWh，續(xù)駛里程增量為2.6 km。

3 動(dòng)力系統(tǒng)建模及仿真分析

3.1 整車仿真模型搭建

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的純電動(dòng)大客車整車布置形式和動(dòng)力總成各參數(shù)，將用到各部件模塊拖到工作區(qū)完成整車模型的搭建[12]，如圖10 所示。

整車仿真模型各部件模型需根據(jù)汽車配置方案使用模塊的Connect 連接建立機(jī)械連接和電傳動(dòng)連接。掌握汽車系統(tǒng)內(nèi)各部件之間的連接和控制關(guān)系、信息傳遞關(guān)系以及整車運(yùn)行原則和邏輯就可以正確地建立各部件之間的信號(hào)連接。本文整車仿真模型的信號(hào)連接如圖11 所示。

圖9 最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值變化趨勢(shì)

表4 優(yōu)化前后參數(shù)、能耗和續(xù)駛里程對(duì)比

圖10 整車仿真模型

3.2 動(dòng)力性能仿真結(jié)果對(duì)比分析

本文從模態(tài)工況車速跟隨試驗(yàn)、全負(fù)荷加速試驗(yàn)和爬坡性能試驗(yàn)3 個(gè)方面對(duì)整車動(dòng)力性能進(jìn)行仿真分析[13]。

3.2.1 模態(tài)工況車速跟隨仿真

由于模態(tài)工況容易實(shí)現(xiàn)，因此選擇模態(tài)工況進(jìn)行模態(tài)工況車速跟隨試驗(yàn)。在車輛滿載條件下，采用CRUISE 軟件自帶車速跟隨控制算法進(jìn)行模態(tài)工況仿真，結(jié)果如圖12 所示。由圖可知車輛能夠較好地跟隨模態(tài)工況車速，動(dòng)力性滿足模態(tài)工況測(cè)試要求。

圖11 整車模型信號(hào)連接

圖12 模態(tài)工況下仿真車速跟隨情況

3.2.2 全負(fù)荷加速仿真

全負(fù)荷加速試驗(yàn)為車輛在滿載狀態(tài)下從零加速到最高車速試驗(yàn)，可以得到0～50 km/h 加速時(shí)間和最大加速度指標(biāo)。優(yōu)化前后全負(fù)荷加速試驗(yàn)仿真結(jié)果如圖13 所示。

圖13 全負(fù)荷加速試驗(yàn)對(duì)比

可以看出，優(yōu)化前的整車最高車速為85 km/h，0～50 km/h 加速時(shí)間為12.7 s，優(yōu)化后最高車速為72 km/h，0～50 km/h 加速時(shí)間為12.2 s。優(yōu)化前后的車輛最高車速和加速時(shí)間均滿足設(shè)計(jì)要求。由于優(yōu)化后傳動(dòng)系速比增大，導(dǎo)致優(yōu)化后最高車速明顯降低。

3.2.3 爬坡性能仿真

整車15 km/h 最大爬坡度仿真曲線如圖14 所示。優(yōu)化前爬坡度為23.67%，優(yōu)化后爬坡度能達(dá)到25.34%。優(yōu)化前后爬坡性能均滿足設(shè)計(jì)要求，但在參數(shù)優(yōu)化后，車輛最大爬坡度有明顯的改善。

圖14 整車爬坡性能對(duì)比

3.3 經(jīng)濟(jì)性能仿真結(jié)果對(duì)比分析

整車經(jīng)濟(jì)性能仿真主要從瞬態(tài)工況和40 km/h等速工況兩方面進(jìn)行，仿真結(jié)果主要對(duì)比分析兩個(gè)工況下百公里電耗和續(xù)駛里程。圖15 為兩種測(cè)試工況下優(yōu)化前后電池電壓、SOC 和續(xù)駛里程變化曲線。由圖可以看出：等速工況優(yōu)化前后續(xù)駛里程仿真結(jié)果分別為242.33 km 和236.22 km，均滿足本文等速工況續(xù)駛里程設(shè)計(jì)要求；循環(huán)工況優(yōu)化前后續(xù)駛里程分別為179.91 km 和181.62 km，優(yōu)化后續(xù)駛里程增加了1.71 km。

通過CRUISE 模擬仿真運(yùn)算得到的純電動(dòng)客車在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化前后整車性能對(duì)比情況如表5 所示。

圖15 電池電壓、SOC 和續(xù)駛里程變化曲線

表5 優(yōu)化前后車輛性能指標(biāo)參數(shù)對(duì)比列表

4 結(jié)論

1）通過西安城市客車實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建出西安城市公交車瞬態(tài)工況和模態(tài)工況。基于已構(gòu)建工況，進(jìn)行純電動(dòng)客車電機(jī)、電池和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配和優(yōu)化研究。

2）通過運(yùn)用CRUISE 軟件搭建仿真模型和優(yōu)化前后兩套參數(shù)輸入，完成車輛性能仿真分析。結(jié)果表明優(yōu)化后車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均得到明顯改善且滿足設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了動(dòng)力系統(tǒng)匹配優(yōu)化方案的合理性以及仿真模型的準(zhǔn)確性。