基于Cruise纯电动汽车动力系统匹配仿真

周哲义 郭世永

摘要：为使纯电动汽车具有良好的动力性和经济性，基于某款纯电动汽车的整车参数，设定合理的性能指标，对其动力系统中的驱动电机、传动系数和动力电池进行匹配设计，最后利用AVL Cruise仿真软件完成模拟仿真，结果表明所确定的电机、电池及传动比参数满足设计要求。

关键词：纯电动汽车;动力系统;匹配设计;Cruise仿真

中图分类号：F407.471                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0024-03

0  引言

近年来全球都面临着环境污染和能源匮乏的严重问题，因此在汽车行业中新能源汽车开始受到更多的关注[1]。其中，纯电动汽车以其结构简单的动力系统、良好的燃油经济性和噪声小等特点在汽车界备受欢迎。越来越多的国家也致力于纯电动汽车的开发研究，日本三菱从2009年便开始生产高速电动车[2]，法国雪铁龙在16年推出DS5 Hybrid型电动汽车，德国宝沃2018年推出续航里程达400km的SUV—BX7。

随着新能源汽车关键技术的迅猛发展，我国也相继出台各种政策扶持纯电动汽车的研究和开发[3]。文献[4]使用ADVISOR仿真软件合理匹配和模拟电动汽车动力总成参数，文献[5]则基于新型动力传动装置，对传动装置及电机的参数进行匹配优化。本文基于某款純电动汽车，对其动力系统进行匹配设计，设计方案符合目标设计要求，并完成匹配仿真，最终达到设计要求。

1  整车基本性能参数确定

本文针对纯电动家用轿车，要求该车具有良好的动力性能和经济性能，首先对其整车参数及性能指标进行确定。所确定的整车参数和设计目标如表1及表2所示。

2  纯电动汽车动力系统参数选择

2.1 电机参数选择

驱动电机作为电动汽车的关键部位，在设计参数时要考虑加速时间、最高车速、最大爬坡度三个性能指标，并主要确定三个参数：转速、功率和转矩[6]。

2.1.1 确定电机的功率

当纯电动汽车用最高车速在良好路面上行驶时，电机功率Pm1应为：

式中umax为最高车速，m是满载质量，CD是空气阻力系数，A是迎风面积。

当纯电动汽车以恒定车速匀速行驶在最大爬坡度道路上时，电机功率Pm2应为：

当车辆满足加速性能时，电机功率Pm3应为：

在汽车行驶过程中还需要考虑一定的后备功率及纯电动汽车电机的峰值功率，最终结果要满足以下条件：

2.1.2 确定电机的转速和转矩

峰值转速一定要符合传动系传动比，可由公式（5）计算。

转矩的确定一般通过最大爬坡度和汽车的最高车速计算得到：

最终确定的电机参数如表3所示。

2.2 主减速器传动比选择

本文使用固定速比减速器。这种结构形式具有质量轻体积小，可以提供较大转矩等优点[7]。

2.2.1 传动系最小传动比i

纯电动汽车的最小传动比要满足汽车的最高行驶车速条件和电机的最高转速条件。

2.2.2 传动系最大传动比i

传动系最大传动比要满足最大爬坡度的行驶条件，并由对应的行驶阻力和电机最高转速下对应的行驶阻力确定[8]。

式中up为最大爬坡度条件下的车速，up=20km/h。

传动系最大传动比为：

2.3 电池组参数的选择

对于纯电动汽车，电池要具有高比能量和比功率的特点，同时动力电池要保证自身的使用寿命和高效性。本文选择性价比高的锂离子电池，单体电压为3.2V。

初步确定锂电池单体电池个数为：

式中：Ue为电机工作电压，Uc为单体电池电压。

本文选用等速法计算锂电池消耗能量、电池系统能量及电池容量等相关参数，最后确定电池组参数如表4所示。

3  Cruise仿真结果及分析

由图1至图4所示，最高车速和最大爬坡度分别为126km/h及30.91%;0-50km/h加速时间和50-80km/h均达到预期参数目标;NEDC工况下续航里程为204.18km，能耗为17.24kWh/100km;60km/h等速工况下续航里程为231.26km，能耗为14.46kWh/100km，各项指标均已达到所设定的参数目标。参数对比详细对比见表5。

4  结语

本文针对家用5座纯电动汽车，对该车的动力系统完成匹配设计，根据设计要求，完成纯电动汽车的电机、电池组、主减速器传动器的参数选择，最后通过AVL Cruise软件对该车的动力性和经济型进行模拟仿真。仿真结果表明，所选择的动力系统参数满足了预期设计要求。

参考文献：

[1]李静，曹鲁光，吴子豪，陈振中.纯电动汽车动力系统参数的可靠性优化[J].东华大学学报（自然科学版），2020，46（04）：608-615.

[2]郝魁，贠海涛，孙华伟，腾彦飞，焦蕙蓉，刘树德，王成振.微型纯电动汽车动力系统匹配设计[J].青岛理工大学学报，2015，36（01）：108-113.

[3]中国新能源汽车发展与挑战[J].汽车与配件，2020（08）：48-53.

[4]姬芬竹，高峰，吴志新.纯电动汽车传动系参数的区间优化方法[J].农业机械学报，2006（03）：5-7.

[5]王峰，方宗德，祝小元.纯电动汽车新型动力传动装置的匹配仿真与优化[J].汽车工程，2011，33（09）：805-808.

[6]张民安，储江伟.采用恒功率控制策略的增程式汽车动力系统匹配[J].重庆理工大学学报（自然科学），2019，33（03）：73-79.

[7]张博强.纯电动汽车换挡规律及动力系统参数优化[D].中北大学，2019.

[8]宫永玉.基于CRUISE的某款纯电动汽车的动力系统匹配及参数优化[D].长安大学，2017.