基于AVL Cruise的某纯电动汽车动力系统匹配设计

缪明雅

基于AVL Cruise的某纯电动汽车动力系统匹配设计

缪明雅

（江苏省吴江中等专业学校 现代制造部，江苏 苏州 215299）

动力系统匹配是纯电动汽车开发过程中的关键，文章按照某纯电动汽车的设计性能要求，拟对该车的动力系统进行匹配设计，从而达到较好的动力性能与经济性能。文章根据设计要求进行理论计算，并对驱动电机、驱动方案、传动比等主要部件进行参数匹配，再运用AVL Cruise软件进行整车建模、仿真，对不同方案的仿真结果进行了分析，择优确定最优化方案。结果表明，该车所选用的动力系统方案满足设计要求，且传动比方案具有较好的动力性和经济性。

AVL Cruise；纯电动汽车；动力系统；系统匹配

动力系统匹配是保证纯电动汽车开发，并使其具有较好的动力性能与经济性能的关键环节。本文按照某纯电动汽车整车设计性能要求，拟对驱动电机、驱动方案、传动比等主要部件进行参数匹配，并通过AVL Cruise软件进行整车建模、仿真，对不同方案的仿真结果进行了分析，择优确定最优化方案。

1 车辆性能要求及主要思路

样车主要应用在路面状况良好的城市路况，须充分考虑市内交通情况，整备质量为1 535 kg，满载质量为1 910 kg，迎风面积为2.55 m2，风阻系数为0.34，轮胎滚动半径为319 mm，性能要求整车最高车速≥160 km/h，最大爬坡度≥20%，0～100 km/h加速时间＜15 s，中国乘用车行驶工况（China Light-duty Vehicle Test Cycle Passenger Car, CLTC-P）百公里电耗＜15 kWh。

第一步：针对整车性能要求，计算整车技术参数，初步确定动力系统方案。第二步：选用AVL Cruise软件为分析工具，对匹配对象进行建模仿真，确定是否满足性能要求[1]。第三步：在满足性能要求的基础上，对传动系统进行优化、仿真。第四步：开展比较分析，确定优化方案。

2 动力匹配分析

2.1 驱动电机选型

基于样车参数、动力性要求和应用工况，根据汽车行驶方程式，汽车在最高车速下的行驶阻力功率e为

按照整车性能参数计算，最高车速max为 160 km/h时，行驶阻力功率e为57.3 kW。因此，初定某电机，该电机的最大转速为10 000 r/min，在转速3 000 r/min以下可输出最大转矩，在3 000 r/min以上范围输出功率达75 kW以上，保证了功率在较广的转速范围内高于行驶阻力功率[2]。

2.2 驱动方案选取

采用一台驱动电机作为动力源，采用差速半轴式进行传动。差速半轴式传动是传统汽车的主流传动方式，便于整车布置，技术成熟、成本偏低，且具有良好的行驶性能和操控性能。如图1所示，该电机最大转速max为10 000 r/min，恒扭矩调速、恒功率调速的转速点n为3 000 r/min，考虑到电机从基频向上调速的范围足够大，即max/n≥2.5，拟采用固定速比。

图1 电动机机械特性

2.3 传动比确定

车辆处于最大爬坡（转矩最大）工况时，按照设计要求，即不低于20%时，传动比需满足

计算得，最小传动比min为2.2。

根据电机转速与行驶速度的关系式，在最高行驶车速160 km/h下，且考虑到最高车速下保持电机最高转速的90%左右，经计算，最大传动比max为6.8。

2.4 蓄电池选择

在AVL Cruise建模过程中，考虑到根据CLTC-P工况下的百公里平均能耗作为评判经济性的主要标准，且侧重通过优化传动比的匹配选型来优化性能，因此，仅对蓄电池进行简单建模，蓄电池总电量48 kWh。

3 纯电动汽车仿真

3.1 模型建立

AVL Cruise是一款可视化的整车仿真软件，建立整车模型时，需要明确机械连接关系，对各部件进行参数设置，设置信息流[3]。如图2所示，在软件中建立整车模型，明确机械连接关系。

整车、电机、车轮参数设置，如图3、图4所示。

通过软件的多参数计算功能，将主减速器传动比设置为2.2、6.8以及2.5～6.5（间隔步长0.5），共计11种传动比方案，如图5所示。

3.2 仿真结果

3.2.1动力性仿真结果

在软件中，对上述11种方案分别进行最高车速、满负荷加速（0～100 km/h、40～80 km/h）、最大爬坡4项计算任务。

图2 电动轮驱动方案模型

图3 整车参数设置

图4 电机参数设置

图5 主减速器传动比参数设置

结果如表1所示。传动比2.2、2.5、3、3.5、4等五个方案，主要动力性指标均远未达到设计要求。传动比4.5、5、5.5、6、6.5、6.8等六个方案，0～100 km/h加速能力、40～80 km/h加速能力、爬坡能力伴随着传动比的增大而增加，但最高车速与传动比之间未形成线性关系。

表1 动力性仿真结果

3.2.2经济性仿真结果

将经济性仿真的行驶工况设定为CLTC-P工况，实际行驶情况如图6所示。

图6 CLTC-P工况情况

表2 经济性仿真结果

传动比在2.2至4的区间内，百公里电耗随着传动比的增大而减少；当传动比在5至6.8的区间内，百公里电耗随着传动比的增大而增大，如表2所示。

4 确定优化传动比

经动力性分析，按照整车最高车速≥160 km/h，最大爬坡度≥20%，0～100 km/h加速时间＜15 s的设计要求，因传动比2.2、2.5、3、3.5、4等五个方案的三项动力性指标均远未达到要求，故将该五个方案予以排除。

传动比4.5、5等两个方案虽在最高车速方面满足要求，但在加速与爬坡性能方面不能达到要求，传动比5.5、6等两个方案最高车速不能满足要求，均予以排除。

传动比6.5相较于传动比6.8，在加速、爬坡性能方面虽略有不足，但最高车速和经济性更优，且考虑到整车布置，确定最终优化传动比为6.5[4]。如表3所示。

表3 经济性仿真结果

5 结论

选用传动比6.5对车辆进行仿真，结果表明，该车整备质量1 535 kg，最高车速达185 km/h（如图7所示）、最大爬坡度25.9%（如图8所示）、0～100 km/h加速时间13.6 s、CLTC-P百公里电耗13.31 kWh。

图7 传动比6.5情况下的最高车速

图8 传动比6.5情况下的爬坡能力

如表4所示，所选用的动力系统方案满足设计要求，且传动比方案具有较好的经济性[5]。

表4 最终仿真结果

本文针对某纯电动汽车的动力系统进行匹配设计，最后通过AVL Cruise软件对车辆的性能进行仿真[6]，进一步对仿真数据进行分析，并确定了优化传动比，经分析，该纯电动汽车具备了较好的动力性、经济性。

[1] 张凯旋,周志康,胡宸玮,等.电动汽车减速器性能优化与结构设计[J].工程与试验,2020(2):24-27,75.

[2] 徐展.基于AVL CRUISE的某纯电动汽车驱动方案分析及参数匹配[J].汽车实用技术,2019,44(5):41-45.

[3] 赵华慧,黄兆飞,杨镇瑜.四轮独立驱动电动汽车性能仿真方法研究[J].时代汽车,2019(12): 64-65.

[4] 吕晨阳.插电式混合动力汽车控制策略研究与仿真分析[D].武汉:武汉理工大学,2019.

[5] 安洪雨.纯电动汽车动力系统参数匹配选择及计算仿真[J].内燃机与配件,2019(21): 19-22.

[6] 李魁.基于Cruise和Simulink分布式驱动的纯电动汽车仿真[D].十堰:湖北汽车工业学院,2019.

Matching Design of a Pure Electric Vehicle Power System Based on AVL Cruise

MIAO Mingya

( Modern Manufacturing Department, Jiangsu Wujiang Secondary Specialized School, Suzhou 215299, China )

The matching of the pure electric vehicle power system is the key in the development process of electric vehicles. The matching design of the power system of a pure electric vehicle is carried out. According to the design requirements, the parameters of the driving motor, driving scheme, transmission ratio, etc are matched. AVL Cruise software is used to model and simulate the whole vehicle, analyze the simulation results, and further determine the optimal transmission ratio scheme. The results show that the selected power system scheme meets the design requirements, and the transmission ratio scheme has better power performance and economy.

AVL Cruise; Pure electric vehicle; Power system;System matching

U469.72

A

1671-7988(2022)23-109-05

U469.72

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1671-7988(2022)23-109-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.020

缪明雅（1985—），女，讲师，研究方向为汽车运用技术，E-mail:113014768@qq.com。