纯电动货车动力系统参数匹配及仿真

张桂连，陈 宏

（湖南猎豹汽车股份有限公司，湖南 长沙 410100）

1 前言

新能源纯电动货车具有动力响应快、平顺、静音、环保等优点，同时电驱动使得车联网、自动驾驶技术更容易实现，发展纯电动货车已得到更多厂商的重视。由于电动货车经常在城区行驶，配送货物，其动力性和续驶里程都需要满足一定的要求，为此合理匹配动力系统参数就显得尤为重要［1-5］。

本文以纯电动货车为研究对象，依据整车设计目标对电动货车的动力系统部件进行了参数匹配，并利用CRUISE软件搭建了整车模型，验证参数匹配的合理性。

2 动力系统参数匹配

2.1 整车参数及设计目标

本文研究的纯电动货车构型为后置后驱，电机+单级主减速器的驱动方案，其整车参数及设计目标见表1。

2.2 电机参数匹配

纯电动货车经常在城区行驶，需频繁启动、加速、制动等。电机作为整车唯一的动力源，其参数匹配需考虑峰值功率、峰值转矩、最高转速、额定功率、额定转矩、额定转速外，还需关注电机及控制器的效率map［5］。

1）电机额定功率和峰值功率

电机作为电动汽车行驶的动力源，其功率需满足最高车速、最大爬坡度和加速性能，同时还需考虑续航里程和能耗要求。

表1 纯电动货车整车参数及设计目标

根据标准GB／T18385-2005《电动汽车 动力性能试验方法》中规定及汽车行驶受力分析，其功率平衡方程式为［5］：

式中：P1——最高车速对应的功率，kW；P2——最大爬坡度对应的功率，kW；P3——加速时间对应的功率，kW；m——汽车满载质量，kg；m1——汽车动力性试验质量，kg；f——滚动阻力系数；CD——风阻系数；A——迎风面积，m2；umax——最高车速，km·h-1；ηt——机械系统传动效率，%；αmax——最大爬坡度，（°）；u——最大爬坡度对应的车速，km·h-1；t——加速时间，s；ut——终点加速车速，km·h-1；δ——汽车旋转质量换算系数；ui——爬坡对应的车速，km·h-1；r——车轮半径，mm；i0——主减速比。

根据式 （1）计算出最高车速对应的电机功率P1；式（2）计算出最大爬坡度对应的电机功率P2；式 （3）计算出0—100km／h加速时间对应的电机功率P3。而电机峰值功率应该取三者中的最大值。即满足式 （4）：

电机额定功率通常满足最高车速对应的电机功率P1即可。

2）电机最高转速和额定转速

电机最高转速需满足汽车最高车速的要求，即：

电机最高转速nmax与额定转速nb应与驱动电机的转矩转速特性相匹配，且最高转速nmax与额定转速nb比值为电机扩大恒功率区系数β。增大β值，电机在低速获得较大转矩，提高车辆动力性能，但β值过大，会导致功率损耗，一般取2～3［6］。

3）电机峰值扭矩和额定扭矩

电机峰值扭矩需满足汽车最大爬坡度的要求，即

电机额定扭矩根据额定功率和额定转速来计算。

2.3 动力电池参数匹配

电池参数主要有电压等级、功率和能量。即电压等级要与电机的电压等级保持一致，最大充放电功率需满足电机功率需求，能量要满足续驶里程需求。等速ub=60km／h续驶里程需达到230km，等速ub=60km／h功率见式 （7），根据续驶里程要求，电池组容量C见式 （8）。

式中：ηt——机械系统传动效率，%；ub——车速，km／h；m2——汽车经济性试验质量，kg；S——续驶里程，km；η1——电机及控制器效率，%；C——电池组容量，kWh；SOChigh取100%；SOClow取10%。

2.4 传动系统参数匹配

传动系统参数主要有最小传动比和最大传动比，而最小传动比imin由电机的最高转速和整车的最高车速确定，即式（5）；最大传动比由整车的最大爬坡度、附着率、最低温度车速确定，即满足下式：

式中：Ttqmax——电机最大输出扭矩。

由于本纯电动货车采用电机+单级主减速器的方案，因此，只需要计算主减速器的传动比即可。

2.5 参数匹配结果

根据前面公式计算，纯电动货车各部件参数匹配结果见表2。

表2 纯电动货车整车参数匹配结果

3 整车性能仿真

3.1 整车仿真模型

为了验证参数匹配是否合理，利用CRUISE软件搭建整车模型，对动力性和经济性指标进行了仿真分析。仿真模型见图1。

图1 整车仿真模型

3.2 动力性仿真结果

纯电动货车最高车速和加速时间如图2所示，汽车加速平稳，最高车速大于90km／h，满足设定的目标车速。0—100km／h加速时间为22s，小于设定的25s，满足设定目标。

本车型主要用于城市货物运输，汽车以10km／h匀速爬坡，最大爬坡度为28%，大于所设定的最大爬坡度20%，符合城市道路的要求。

3.3 经济性仿真结果

对纯电动货车进行了NEDC工况和等速60km／h续驶里程仿真。NEDC工况，续驶里程为170km，等速60km／h续驶里程为240km，符合设计目标。

4 试验对比

为了验证动力系统参数匹配的合理性及仿真模型的可行性，对纯电动货车进行了动力性、经济性试验。仿真与试验对比结果见表3。由表3可知，误差值控制在5%以内。该结果表明，仿真指标与实车试验结果比较吻合，误差在可接受范围内。

表3 动力性、经济性仿真与试验结果对比

5 结束语

本文以某纯电动货车为研究对象，依据整车动力性、经济性指标对电动货车的电机、电池、主减速器等部件参数进行了匹配。利用CRUISE软件对整车性能进行了仿真，仿真结果表明，整车参数匹配合理且模型精度可信。