后驱纯电动轻型商用车驱动系统参数匹配及续航里程提升仿真研究

蒋华梁 覃祥 姜宏霞 陈文

摘要：本文针对后驱纯电动轻型商用车驱动系统参数匹配方法完整性，以及中国轻型商用车行驶工况（CLTC-C）下续驶里程短的问题，建立了较完备的驱动系统参数匹配方法和续航里程提升的数学模型。同时该研究基于AMEsim 整车动力经济性仿真模型，对整车动力经济性进行了仿真，仿真结果满足整车性能指标要求。经过参数敏感性分析，得到了各因素对续航提升的影响百分比，形成了整车项目续航里程提升开发清单。实际项目续航提升清单梳理匹配后，CLTC-C 工况下仿真续航里程提升6.6%，为整车厂续航提升及管控工作提供一种可靠的理论和方法。

关键词：后驱纯电动；轻型商用车；参数匹配；敏感性分析；续航提升；AMEsim

中图分类号：U462.3 文献标识码：A

0 引言

在我国汽车市场，商用车保有量约占汽车保有量的12％，但商用车辆排放中的NO 和PM 污染物排放量分担率高达80％，温室气体排放量占道路交通总排放量的77％。因此，商用车是汽车产业减污降碳的关键之一[1]。为了响应国家节能减排的政策需要，GB 20997《轻型商用车辆燃料消耗量限值》第四阶段限值标准对N1 类轻型商用汽油车油耗限值进一步加严10% ～ 15%，轻型商用车的平均油耗标准预计也会在2026 年1 月1 日考核。基于轻型商用汽油车第四阶段限值和企业平均油耗考核要求，开发纯电动轻型商用车势在必行。

当前我国电动商用车发展仍面临续驶里程短的问题，而驱动系统参数的匹配是影响续航里程的关键因素。为研究纯电动轻型商用车续驶里程的提升和驱动系统参数匹配方法，相关学者做了较多研究。续驶里程提升方面，彭鹏峰等提出了以提高电机效率的3 挡传动系统参数匹配方法提高电机的能量利用率，新欧洲标准行驶循环工况（NEDC）下续驶里程提升了14.1%[2] ；王永鼎等提出了汽车前后轴制动力分配策略，制定能量回收策略，NEDC工况下总能量回收率提升1.97% [3]。驱动系统参数匹配方面，施佳能等根据某款纯电动商用车经济性与动力性的要求，进行了动力参数匹配[4] ；孙国庆等基于某型纯电动商用车总体设计指标，采用理论公式计算初步选定了动力系统参数[5]。

但以上的参数匹配完整性不够，续航提升针对NEDC 工况，且续航提升方法较单一，续航管控时无法为全面挖掘整车续航潛力提供指导。本文以后驱纯电动轻型商用车为研究对象，解析其驱动系统参数匹配理论，并基于AMEsim 进行整车动力经济性仿真，根据匹配理论部分找出CLTC-C 工况下与续航相关的因素，进行参数敏感性分析。

1 驱动系统性能参数匹配理论

后驱纯电动轻型商用车动力系统包括电机控制器、驱动电机、主减速器三合一、动力电池、高压配电盒、车载充电器OBC与直流变换器DCDC、低压蓄电池、低压负载以及慢充系统等，OBC 和DCDC 集成于高压配电盒（图1）。高压电池输出电能，通过电机控制器驱动电机运转，将电能转换成机械能。驱动电机输出扭矩经过主减速器减速增扭后，驱动车辆行驶。

由式（17）可知，影响续驶里程的因素为：最高车速、测试质量、风阻、轮胎滚阻、驱动电机效率、能量回收率、低压附件功耗损失、DCDC 转换效率和电池充电效率。速比影响电机在CLTC-C 工况下运行点，间接影响了驱动电机的效率，故驱动电机的效率不仅包括电机本体的效率，电机电控效率的效率，还包括电机不同速比下的工况效率。为分析各个因素对续驶里程的影响，本文按表4 设置了仿真分析矩阵，将表1 和表2 输入到整车动力经济性仿真模型中，利用AMEsim 的批处理仿真功能进行仿真。仿真时需保持单一变量输入，其他参数保持不变，仿真续航结果变化平均比例如表4 所示。续航变化平均比例是负值，说明该因素按仿真输入列表变化时续航结果是减少的。

根据上述敏感性分析结果表，形成项目可执行清单，输入项目开发中，将此形成可执行清单。可执行清单中，测试质量降低50 kg，风阻系数减少0.1，滚阻系数降低5.0‰，电机效率平均提升1%，能量回收率提升10%，低压功耗降低0.020 kW · h，最高车速、DCDC 效率和电池充电效率以及主减速比保持不变，输入到整车动力经济性仿真模型中，CLTC-C 工况下续航里程提升6.6%。

5 结束语

本研究为解决轻型商用车驱动系统参数匹配方法不够系统的问题以及满足续航里程提升的需求，建立了对应的数学模型和整车仿真模型，进行了多个参数单一变量的敏感性分析，结论如下。

（1）对后驱纯电动商用车驱动系统性能参数进行了详细的理论分析，建立了续航提升的数学模型，按驱动系统性能参数理论匹配结果进行了整车动力经济性仿真，模型仿真结果满足动力经济性目标值。

（2）按驱动系统性能参数匹配理论找出了影响续驶里程的影响因素，并进行了敏感性仿真分析。分析得到了整车最高车速、测试质量、风阻、滚阻及电机效率、能量回收率、低压附件功耗损失、DCDC 转换效率、电池充电效率以及速比变化对续驶里程影响的具体比例，形成了项目可执行清单。根据项目实际开发匹配，CLTC-C 工况下整车续航里程仿真提升6.6%。

（3）驱动系统性能参数匹配理论和敏感性分析的结果为整车厂提升续驶里程提供了理论指导和项目开发具体工作清单，对整车厂纯电动汽车续驶里程提升工作具有一定的参考价值。后续将进一步开展整车滑阻测试、动力性测试和实车测试单一变量对续航里程的影响结果及续航里程的能量流测试，完善仿真模型层级，综合优化提升实车续航里程。

【参考文献】

[1] 邱彬， 彭海丽. 我国商用车低碳化发展环境研究与技术路径分析[J] 汽车工程学报，2022，12（2）：127-136.

[2] 彭鹏峰， 许新权， 曾洁琼. 基于电机效率的纯电动汽车传动系统参数匹配研究[J]. 机械设计与制造，2021，6：39-44.

[3] 王永鼎， 裴开雅. 纯电动汽车制动能量回收策略优化研究[J]. 机械科学与技术，2022，41（9）：1436-1441.

[4] 施佳能， 韦尚军， 丘云燕， 等. 基于CRUISE 的纯电动商用车动力参数匹配及仿真分析[J]. 电子质量，2022（03）：67-72.

[5] 孙国庆， 叶硼林， 余翔宇， 等. 纯电动商用车动力系统选型及其基于Cruise 的动力性经济性仿真[J]. 汽车实用技术，2020（05）：11-14+22.

[6] 余志生. 汽车理论[M]. 北京： 机械工业出版社，2018.

作者简介：

蒋华梁，硕士，工程师，研究方向为整车动力经济性集成。