A0级纯电动汽车整车动力性经济性集成方法

熊良剑 魏泽威 倪立 郝义国

（武汉格罗夫氢能汽车有限公司,武汉 430070）

主题词：纯电动汽车 参数匹配 仿真 AVL CRUISE

1 前言

在“双碳”战略加速推动全产业链绿色转型以及消费升级背景下，智能电动汽车正成为新的趋势。在中国汽车产品的研发设计、制造工艺、质量控制、供应链体系等已经处于愈加成熟的背景下，中国智能电动汽车的崛起是发展的必然，中国电子商会智能电动汽车专业委员会公布了2021年度新能源乘用车终端销量数据。其中显示，2021年全年，我国新能源车终端累计销量为288.32万辆。新能源汽车取代燃油车已成大势所趋。以电动智能为主要特征的百年未有之技术变革，让中国汽车从全球的市场中心转变为全球的技术前沿阵地，中国汽车产业迎来了电动智能新时代。

在各大主机厂竞争越加激烈的背景下，同级别车型的整车性能参数作为消费者购车主要的参考指标，一款车型的整车动力性经济性匹配合理性显得尤为重要，本文通过对某款车型的动力性经济性集成方法进行详细阐述，根据输入的基本参数通过理论计算确定电机、动力电池及传动系统的基本参数后联合AVL CRUISE软件进行仿真验算，此方法可供整车工程技术人员今后研究作为参考和借鉴。

2 各系统和整车性能集成匹配技术

2.1 设定整车性能目标

项目开发过程中需要关注的整车性能参数有整车的结构耐久、被动安全、NVH、动力经济性、整车重量、底盘调教、制动性能、热管理及空调性能等等，然而车型整车性能目标设定一般采用市场调研、竞品分析的方式。对于动力经济性参数，0~100 km/h加速时间≤12 s，最大爬坡度≥30%，续驶里程≥300 km，以上为整车性能市场调研结果。通过竞品分析确定最高车速及驱动电机系统功率选型范围。图1为某A0级纯电动汽车最高车速竞品参数。

图1 A0级纯电动汽车公告参数整理

根据图1可知，A0级纯电动汽车最高车速基本都设定在80~120 km/h之间，且以100 km/h左右最为常见。

根据以上调研结果和竞品分析，基本可以确定整车动力性经济性性能目标，通过性能目标并根据整车基本参数可以搭建仿真模型计算各系统集成匹配选型需求，性能目标设定如表1所示。

表1 A0级纯电动汽车整车性能目标

2.2 系统集成匹配选型

2.2.1 整车基本参数

根据车型定义及市场输入，确定整车基本参数如表2所示。

表2 A0级纯电动轿车整车基本参数

2.2.2 A0级纯电动汽车整车动力性经济性仿真计算模型

图2为A0级纯电动汽车整车动力性经济性计算模型，模型包含动力电池系统、驱动电机系统、传动系统（主减速器及传动轴）、制动系统和车轮以及整车控制系统等。

图2 A0级纯电动汽车整车动力性经济性计算模型

2.2.3 确定驱动电机系统基本选型范围

（1）驱动电机系统峰值转速确定

依据整车性能目标，最高车速≥120 km/h，根据式（1）。

式中，为电机峰值转速，为轮胎半径，为主减速比，i为变速箱速比，可以得出驱动电机峰值转速≥9 000 r/min。

（2）驱动电机系统峰值转矩确定

依据整车性能目标，最大爬坡度≥30%，根据式（2）。

式中，为整车满载质量，为主减速比，i为变速箱速比，η为减速器效率，为附着系数，为轮胎半径，为爬坡角度（弧度），可以得出驱动电机峰值转矩≥170 N·m。

（3）驱动电机系统峰值功率确定

图3为A0级纯电动汽车竞品车型驱动系统峰值功率公告申报参数。

图3 A0级纯电动汽车驱动系统集成选型对标

如图3所示，A0级纯电动汽车驱动系统峰值功率多选择40~60 kW；且较多选择45 kW或55 kW。

依据整车性能目标，0~100 km/h加速时间≤12 s，采用60 kW驱动电机系统，整车加速性能如下，表3、图4所示。

表3 整车加速性能 s

图4 峰值功率60 kW驱动电机系统加速性能

根据以上分析，峰值功率60 kW驱动电机系统能满足整车动力性需求。

通过以上驱动电机系统选型计算，基本可以确定驱动电机系统选型范围，按照表4对驱动电机系统进行选型，可以满足整车动力性性能目标。

表4 A0级纯电动汽车整车动力性对驱动电机系统需求计算

根据此选型范围可对驱动电机系统进行集成选型，并综合考虑系统成熟度、成本、寿命、空间结构及可靠性等多方面确定最终选型结果。

2.2.4 动力电池系统集成匹配选型需求

动力电池系统需能满足驱动电机系统、整车附件系统和热管理系统的功率需求，且需满足动力性工况及经济性工况下对动力电池放电功率需求。

（1）等速工况对动力电池需求计算

等速工况下整车以恒定车速稳定行驶，此工况下主要需求动力电池系统持续放电功率，整车性能目标设定最大巡航车速≥100 km/h，故动力电池持续放电功率需覆盖最大巡航车速下整车功率需求。

表5 A0级纯电动汽车不同巡航车速整车功率需求

如表5所示，整车性能目标设定的最大巡航车速下整车功率需求为13.36 kW，所以需求的动力电池持续放电功率需求需≥15 kW，按照动力电池技术要求，动力电池电量需≥15 kW·h。

（2）综合工况对辅助能源需求计算

依据GB/T 18386—2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》及GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法第1部分：轻型汽车》。A0级纯电动汽车目前适用的综合工况主要有NEDC综合工况和CLTC-P综合工况。下面将结合这2个综合工况计算分析工况对动力电池需求，如图5中在NEDC综合工况下动力电池峰值放电功率为35 kW持续时间10 s，动力电池峰值充电功率20 kW持续时间10 s。

图5 NEDC综合工况对辅助能源需求计算

如图6中CLTC-P综合工况下动力电池峰值放电功率55 kW持续时间10 s，动力电池峰值充电功率25 kW持续时间10 s。

如图5、图6所示，可以通过对综合工况整车功率需求分析得出动力电池综合工况下功率需求。

（3）动力性工况对辅助能源需求计算

动力性工况下，为满足驱动电机系统峰值需求，动力电池需满足相应的整车功率需求。考虑的动力性工况主要是功率需求或电量需求较大的工况，主要考虑的有最高车速、30 min最高车速、0~100 km/h加速。

图6 CLTC-P综合工况对辅助能源需求计算

（4）最高车速对辅助能源需求计算

根据最高车速试验要求，车辆需加速到最高车速并保持行驶1 000 m，最高车速分为加速到最高车速和保持最高车速行驶1 000 m，图7为A0级纯电动汽车最高车速计算结果。图7结果显示放电功率67 kW时可持续15 s，放电功率21 kW时可持续30 s。

图7 最高车速对动力电池需求计算

（5）30 min最高车速对辅助能源需求计算

30 min最高车速试验要求车辆以该车速持续行驶30 min，30 min最高车速100 km/h，对应的整车功率需求为13.36 kW。

2.2.5 综合工况续驶里程≥300 km

基于当前A0级纯电动汽车集成匹配的整车基本参数和驱动电机系统参数，综合工况下整车续驶里程≥300 km。

根据以上动力性经济性工况下整车功率需求计算以及综合工况下续驶里程需求电量计算（图8），可以初步集成匹配整车性能对动力电池需求（表6）。

3 系统集成匹配选型结果

基于以上计算的整车动力性经济性集成需求并结合市场资源和供应商体系等，可以对动力系统进行集成匹配选型，表7为基本选型结果。

图8 综合工况下续驶里程≥300 km

表6 A0级纯电动汽车整车动力性经济性对动力电池需求

基于以上匹配选型结果，可以搭载样车进行整车性能摸底试验，进而确定性能是否达标，从而验证匹配选型合理性。

4 整车动力性经济性试验与标定

整车动力性经济性试验基于标准GB/T 18385—2005《电动汽车 动力性能 试验方法》和GB/T 18386—2017《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》GB/T 18386.1—2021《电动汽车能量消耗量和续驶里程试验方法第1部分：轻型汽车》。

4.1 整车动力性试验

整车动力性试验在试验场的试验跑道上进行，依据试验标准，依次进行30 min最高车速试验、最高车速试验、加速性能试验和坡道起步能力试验，试验结果如表8所示。

表7 动力系统集成匹配选型结果

表8 整车动力性试验结果

根据表8整车动力性试验结果，整车动力性满足性能目标，且比性能目标好很多，具有较强市场竞争力。

4.2 整车经济性试验

整车经济性试验需在环境舱转毂试验台上进行，依据标准，须分别进行NEDC综合工况和CLTC-P综合工况整车经济性试验。济性满足性能目标，比性能目标好很多，具有较强市场竞争力。

表9 整车经济性试验结果

5 结语

通过以上整车性能和各系统集成选型，系统设计可以尽可能做到迎合具体应用场景和工况的需求，以适应工况达到较优的整车动力性、经济性。在满足运输需求的情况下，降低整车集成成本，对于推动纯电动汽车的发展具有巨大意义。同时，根据最终的试验结果分析整车的动力性、经济性的相关参数值与仿真值相接近，这也体现了此动力性经济性的集成方法的可靠性，动力选型的正确性，可为今后其它级别的车型或者其它更为复杂的模型的研究奠定基础。