电动汽车的动力性能设计和仿真

山东省德州学院汽车工程学院 李镇 于士军

电动汽车的动力性能设计和仿真

山东省德州学院汽车工程学院 李镇 于士军

电动汽车的出现是当今社会发展的必然趋势。随着近年来各大公司对电动汽车的研究，电动汽车行业得到快速发展。基于PSAT动力性能仿真软件建立仿真模型，通过设计电动汽车整体参数，对电动汽车的最高车速、加速能力和爬坡性能进行仿真计算，最后得到电动汽车的性能参数。电动汽车符合社会的需求，极有可能成为新兴的代步工具。

电动汽车；动力性；仿真

引言

由于社会的快速发展，人们的生活要求不断提高，所以对能源的需求也越来越多。在汽车发挥其重要交通作用的同时，开发新能源汽车在当今能源趋紧的现状下显得尤为重要。现代社会对现代汽车的要求主要有节能、环保、噪音低和舒适性高等，电动汽车的出现便有可能解决这些难题，为了充分发挥电动汽车在解决能源方面的优势，研究电动汽车的动力性能和仿真便变得尤为重要。为了追赶社会快速发展的脚步，电动汽车的出现变得切合实际。电动汽车的动力性能主要包括最大爬坡度、加速能力和最大速度等。

1 动力性能指标和续航里程仿真分析

1.1 电动汽车的牵引力

对于电动汽车来说其最大牵引力主要受轮胎和地面接触时所能提供的最大牵引力影响。作为电动汽车主要动力源，其主要有两个工作特性，第一是在额定转速以下以恒扭矩模式工作，第二是在额定转速以上以恒定功率模式工作。对于理想的电动汽车来说，其运作特性应是在全车速范围内以恒功率模式工作。定义电动汽车的牵引力为Ft：

公式中Tw为电动机输出转矩；η为传动效率即主减速器传动比；Tp为传到驱动轴上的转矩；ig为减速器与变速器传动比。

1.2 最高车速、加速能力和最大爬坡度

1.2.1 最高车速

电动汽车的最高车速是在良好的道路条件下，在最大转速下取得的速度。电动汽车的最高车速主要取决于电动汽车的牵引力，并且会因为电动汽车的自重而受到一定的影响。汽车的最高车速可以表示为：Vmax=πnmaxrd/30i0imin

1.2.2 加速能力

电动汽车的加速能力是用电动汽车原地起步的加速时间和超车时间确定的，即“原地起步的加速时间是用一挡或二挡起步，按最佳换挡时间逐次换至最高挡，加速至某一预定距离或车速所需的时间。

1.2.3 最大爬坡度

电动汽车的爬坡能力是指在良好的道路上以一挡爬坡时所能取得的坡度。最大爬坡度是电动汽车在低挡（一挡或二挡）时的爬坡能力。

整车的动力性能指标包括：

（1）最高车速：50km/h；

（2）最大爬坡度：≥15%；

（3）0～40km/h加速时间：≤20s；

（4）蓄电池放电深度能够满足以40km/h行驶20km的要求。

1.3 续航里程仿真分析

续航里程是指电动汽车在蓄电池满电状态下可以行驶的里程数，作为衡量电动汽车主要性能的续航里程更是评价电动汽车动力电池、电动机及传动系统效率的重要指标。下面就运用等速法和工况法这两种方法进行计算。

整车整备质量1520kg，最大质量1900kg，不同车速下匀速行驶里程如表1，工况法计算ECE循环续驶里程为214.75km，单位里程能耗为132.99wh/km；UDDS循环续驶里程为214.42km，单位里程能耗为127.81wh/km。

表1 不同车速下匀速行驶续驶里程

通过对电动汽车续航里程的仿真计算结果看出，电动汽车在以30km/h的速度行驶时续航里程为280km，符合对电动汽车的续航要求。随着电动汽车车速的提高，电机的转速也会相应提高，电池的放电量也会增加，蓄电池的电量减少导致续航里程下降，电动汽车在工况法下，由于频繁起步导致电动汽车在大功率状态下运行，蓄电池的电量消耗过快，致使续航里程减少。

2 整车设计参数

电动汽车的整车设计参数对于电动汽车和仿真的成功性和电动汽车自身的舒适性都有很大的影响。设计一款电动汽车的整车参数如表2。

表2 整车参数

3 动力性能仿真分析

采用软件PSAT进行仿真模拟计算，PSAT是由美国Argonne实验室开发的，该仿真模拟计算软件是一款功能强大的电动汽车仿真模拟软件，它采用向前仿真模拟计算算法，PSAT仿真软件内部的结构与电动汽车车辆更加接近。PSAT的算法比起采用向后仿真计算的软件更为准确，但是其计算速度很慢。PSAT能够加快仿真速度，可以在较短的时间连续运行多个仿真速度。

3.1 PSAT的基本功能

对于向前模型结构来说，PSAT能够做到能量和实际的方向流向一致，即从动力单元流向动机轮。到目前为止，PSAT软件已经包括了180多种可能的动力系统的动力参数，其强大的数据库可以进行更为精确的模拟计算，除此之外，PSAT软件还具有以下优势：

（1）能够方便地制造高级动态模型；

（2）能够简单地优化电动汽车的各个部件；

（3）能够选择最好的传动系统；

（4）能够优化控制策略。

3.2 仿真模拟过程

图1 PSAT仿真模拟过程

3.3 动力性能仿真结果分析

本文利用PSAT进行仿真模拟，对电动汽车的动力性能指标最高车速、爬坡度和加速能力进行计算，首先建立一个0～160km/h时间为100s的工况，以此来得到电动汽车动力性能指标的仿真程序，从而计算数据。

表3 动力性能仿真结果

通过仿真结果可以看出，电动汽车的主要性能最高车速、加速性能和最大爬坡度基本满足需要，符合设计指标，但是对于复杂的路况，电动汽车的性能仍然需要不断地仿真计算。

4 结束语

随着石油资源的日益匮乏，电动汽车的出现已经不可阻挡，并且电动汽车的优势越来越明显，必然会成为未来的主要代步工具之一。但是电动汽车的研究还处于起步阶段，通过软件进行模拟，并通过计算进行优化，符合整车的设计目标，达到了预期动力性能的指标。

［1］张琦.电动汽车动力性能的仿真和优化［J］.德州学院，2012.4.

［2］李飞.电动汽车总体设计及其性能仿真与优化［D］.长安大学，2012.5.7.

［3］夏青松.电动车动力系统设计及仿真研究［D］.武汉理工大学，2007.11.

［4］任国军，杨久青.电动汽车动力性能分析与计算［J］.山东理工大学，2006.5.