纯电动物流车动力系统参数稳健性设计

税永波

摘 要：应用Cruise构建了纯电动物流車整车性能仿真模型。以动力性和经济性为综合目标，对电机额定功率、额定转速，过载系数和总传动系数进行了稳健性优化设计。优化后的动力参数使整车动力性和经济性更好的同时，也更能容忍车辆载荷等噪声因素的波动对整车性能的影响，可为相关参数匹配提供借鉴。

关键词：纯电动物流车;参数匹配;稳健性

中图分类号：U469.72  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）16-63-03

Abstract： The simulation model of the whole vehicle performance of pure electric logistics vehicle is built by using cruise. Taking the power and economy as the comprehensive goal， the robust optimization design of the rated power of the motor， rated speed， overload coefficient and total transmission coefficient is carried out. The optimized dynamic parameters make the vehicle more dynamic and economical， and also more tolerant of the impact of noise factors such as vehicle load on vehicle performance.

Keywords： Pure electric logistics vehicle; Parameter matching; Robustness

CLC NO.： U469.72  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）16-63-03

1 前言

物流行业是电子商务崛起后商贸行业的重要连通性行业，并成为了当前我国经济发展的一个重要基础性行业[1]，而纯电动汽车由于在路权、优先上牌和免购置税等方面享受一系列优惠政策，以及相对更低的使用成本，在物流行业得到了广泛应用，各汽车厂商也在竞相开发高性价比的纯电动物流车，在动力电池能量密度没有突破性进展的背景下，对纯电动物流车电驱系统参数进行合理匹配及优化显得十分重要[2]。

文献[3]应用仿真和试验手段对某款微型纯电动城市物流车动力系统进了匹配设计与初步优化。文献[4]以提高最大爬坡度为目标，采用DOE正交试验法对传动系统传动比进行优化。文献[5]应用多目标遗传算法对某款纯电动物流车的主减速器速比进行了优化设计，目前的文献在对电驱系统参数的匹配设计时，更注重对算法的选择，较少考虑这些优化方案能否容忍不可控因素的波动。本文以整车动力性与经济性为目标，应用田口稳健设计方法对动力系统参数进行优化设计。

2 构建整车仿真模型

在整车开发阶段，应用CAE 方法可缩短开发周期，降低开发成本，为此，鉴于Cruise 软件在电动汽车动力性和经济性仿真方面的优势，根据表1中的整车相关参数在 Cruise 软件中创建了如图1所示的仿真模型。

3 田口稳健性优化

纯电动物流车动力系统匹配涉及零部件选取和整车性能，是一项较为系统复杂的工作。为了保证车辆性能的优良和稳健性，有必要对动力系统各参数进行优化设计。电动汽车在行驶过程中受到包括路况、天气以及瞬时载荷突变等诸多因素的影响，所有这些因素不仅会影响到整车性能，而且会干扰驾驶员的主观判断，从而增加交通事故发生的可能性。因此，合理匹配动力系统的相关参数，在保证整车性能的同时提高稳健性，对电动汽车的设计有很重要的意义。

首先定义可控因素：

（1）额定功率（kW），额定载荷范围以内驱动电机正常工作能提供的功率最大值;

（2）额定转速（r/min），驱动电机功率输出在转折位置点的电动机转速;

（3）过载系数，电机能够达到的瞬时峰值输出功率和额定功率的比值;

（4）总传动比，指的是传动系统变速器参数和主减速器参数两者的速比乘积。

车辆在行驶过程中，影响其性能的不可控制因素包括道路条件，载荷变动，天气状况等外界因素，还有传动磨损，胎压之类的车辆自身因素。载荷的改变频率是最高的，对整车的行驶性能影响也最大，因此选定车辆载荷为噪声因素。各因素水平如表 2 所示，各水平取值参考工程实际。

目标评价体系，评价指标包含如下几个：

（1）加速时间（s），电动车辆从速度为零加速达到 100km/h 耗费的时间;

（2）最高车速（km/h），电动车辆在良好路面上能够保持稳定行驶 30 分钟以上的最大速度值;

（3）最大爬坡能力，电动车辆在足够长度的良好斜坡路面上能够保持稳定行驶的最大路面坡度值;

（4）综合循环工况能耗（deg/100km），电动车辆依据 NEDC 工况具体要求运行时的能量消耗平均平均值。

总体目标：

式中A为加速时间的初始设计目标，B为最大爬坡度的初始设计目标，C为最高车速的初始设计目标，D为综合循环工况能耗的初始设计目标。k1、k2、k3、k4分别为对应的加权因子，分别取为：0.15、0.35、0.15、0.35。

从目标函数的定义可以，目标属于望大特性，即总体目标值越大越好。内表采用L9（34）正交试验表，按照相应的顺序进行仿真分析之后，求解各匹配方案对应的目标均值和性噪比，如表3所示。

通过极差分析方法可知：额定功率取3水平、过载系数取3水平、额定转速取1水平、总传动比取3水平时，总体目标与信噪比都取得相对最优状态。

优化前后方案仿真结果对比如表4所示：

4 总结

通过田口稳健设计，对纯电动物流车动力系统的参数进行了匹配优化，仿真结果表明优化后的参数组合方案，整车动力性和经济性都有所提高，也更能容忍噪声因素的波动。

参考文献

[1] 肖仕昊.浅析电动汽车在物流行业的应用与优化[J].商讯，2019（32）： 163-165.

[2] 王文伟，毕荣华.电动汽车技术基础[M].北京：机械工业出版社， 2010.

[3] 吴海龙.微型纯电动城市物流车动力系统匹配优化[D].太原：太原理工大学，2016.

[4] 颜廷坤，何锋，周凯，等.纯电动箱式运输车动力传动系统传动比优化.[J].现代制造工程，2018（01）：54-58.

[5] 孙贵斌，路广威，熊敏.某款纯电动物流车动力系统匹配与优化[J].汽车实用技术，2020（01）：21-25.