纯电动汽车匹配及优化分析

赖征海，曹雪飞，刘殿科

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

前言

随着汽车工业的逐步发展，能源危机问题日益加剧，减少石油利用率迫在眉睫，节能减排及降低燃油消耗已经成为汽车研发所面对的永恒的话题。纯电动正式解决这一困境的优选方案，它需将汽车技术、电机驱动技术、动力电池技术及现代控制理论结合在一起的产物，实现系统集成优化，同时排放是零。国内外争先开发这一项技术，国外主要以日本为代表新能源展开研究，在电机技术比较领先。国内目前电机及电池技术有很多领先企业，目前电机主要以永磁为主，电池主要以三元为主，能量密度大，成本相对偏高，随着产业不断更新，价格在逐年降低，很适合车辆使用。磷酸铁锂电池仅此其后，成本低，能量密度偏低很多主机厂也都在适配车辆。主机厂研发车型主要以比亚迪为代表，多模块化，平台化推进车型，新势力企业也都在平台化研发车辆。本文主要研发的汽车车型同样以平台化展开，主要是‘3+2’模式平台化，通过这种模式可以整体提高效率，降低成本等，第一个3主要指电机、电机控制器、减速器合为一，第二个2主要是DCDC、PDU进行合为一，无论从整车几何布置，性能集成上较其他散件开发大大节约成本、周期。

1 整车动力性经济性匹配分析

1.1 整车目标定义及选型

本文车辆开发目标来源于市场竞品车型，最终定义开发车辆的性能指标为，1km 最高车速不低于 140km/h，30min最高车速不低于120km/h，0到50km/h加速时间小于4.5s，0到 100km/h加速时间小于 13s，整车满载最大爬坡度大于30%，NEDC工况续航里程大于300km。

目标定义后，进行整车匹配如下：

根据以上公式可以计算出整车需求的持续功率由 30min最高车速决定；最高转速基本由最高车速决定；电机的峰值转矩由最大爬坡度决定；由0-100km/h加速时间可计算出电机需求的峰值功率；电池电量可根据续航300km计算匹配选出电机、电池等参数，最后确定如下需求：

电机峰值功率大于90kw，额定功率大于45kw；速比大于9，电池初步估算电量45kwh；车辆整备质量为1450kg；将所选电机及电池参数提供部件部门，选取满足要求电机后，输出给系统集成部门进行匹配验证。

1.2 正向仿真分析校核

基于AVLCruise软件进行正向仿真分析，整车提供电机特性曲线和电池数据及基本参数如下：

表1 基本参数表

图1 物理模型

1）建立整车模型，利用 Cruise软件进行对所选取的参数进行模拟仿真分析，评估各项性能情况。根据整车参数，完成整车仿真模型搭建，对 Vehicle、gearbox、BMS、generator、battery 以及driver 等各个模块进行定义设置，完成仿真参数设置，并根据汽车动力传递路径，完成各个模块数据传递和仿真信号连接。其仿真模型如图1所示[1]。

2）控制策略分析

本文针对电动车特性进行制动回收策略制定，采用串联回收方案，电池回收窗口值15%-95%，车速低于10km/h不进行回收，减速度大于1.5m/s2，不回收基本原则。前后轮进行制动力分配，前轮采用串联回收模式。策略如图2所示。

图2 软件联合仿真

1.3 仿真分析结果分析结果

30min最高车速大于128km/h，1km最高车速为145km/h，0-100km/h加速时间为12.4s，最大爬坡大于30%，续航里程大于308km，百公里能耗14.2kwh/100km。

图3 综合工况能耗

2 整车动力性经济性试验验证

随着项目开发进程，试验车进行试制完成，对此试验车进行性能测试，试验采用 VMS采集设备直接读取车辆的速度信号，通过vector设备读取VCU里信号如下，整车需求扭矩，电机限制扭矩，电机实际扭矩，电机转速，车辆速度，通过这些数据进行对整车状态进行分析[2]。

测试结果，30min最高车速为 132km/h，50到 80km/h加速时间为4.05s，续航里程测试为311.2km，0到100km/h加速时间13.3s，不满足开发设计目标。

在测试中加速时间不满足开发目标，进行整车排查问题，排查思路整车动力进行排查，动力方面控制逻辑和电机输出扭矩进行排查，控制逻辑进行 VCU请求扭矩核查，电池输出状态修正。电机进行限制扭矩修正，电机输出扭矩响应进行修正，最终0-100加速时间测试结果12.2s，此车从驾驶性方面，电机扭矩响应符合驾驶员需求，基本达到此车开发状态。

3 整车能耗优化方案

尽管整车里程达标，依然进行整车能耗进行优化。优化方案如下：

第一，整车阻力优化，整车阻力主要包括空气阻力，滚动阻力和内阻。通过加装下护板，格栅导流板，进行优化风阻。轮胎后期更换滚阻轮胎，滚动阻力由0.0085变到0.0075，内阻主要是在保证安全情况下减小拖滞力矩方案。控制逻辑上进行优化[3]。

第二，电池热管理进行优化，水泵功率改进及控制优化，最后进行保证安全情况下进一步加大电池窗口值。回收策略上进行优化，调整回收车速门限值和减速度的要求[4]。重新进行能耗及续航里程测试，改进后里程为 332.5km，能耗12.6kwh/100km。

4 结语

本文对电动车进行匹配、正向仿真、试验、优化分析，贯穿了整个电动车开发过程，最重要是在开发中整改动力性及优化能耗，采取改进标定措施、优化阻力措施，最终通过台架试验验证得到的不错的效果，本文有很多欠缺地方，整车能耗优化措施还有附件能耗是非常重要一部分，完全可以在降低附件能耗继续优化程序和硬件，依然会提升续驶里程。对整车开发中遇到的动力性经济性问题起到指导意义。