纯电动汽车动力参数匹配及优化

摘 要：在全球能源结构转型中，纯电动汽车已经成为交通运输领域重要的发展方向。作为纯电动汽车的重要组成部分，传动系统的参数匹配对于汽车的动力性和经济性有着举足轻重的作用。通过对纯电动车传动系统参数的合理匹配，实现车辆动力性与经济性的双重提升。这不仅可以改善车辆的加速性能、最高车速和爬坡能力，还可以提高车辆的续航里程和降低使用过程中的能耗费用。此外，通过对参数的合理匹配，车辆在降低自重的同时，也可以提高经济性。通过对纯电动汽车传动系统的研究，对其参数匹配和优化计算的方法进行了探讨。

关键词：纯电动汽车 传动系统 参数匹配 CRUISE

1 纯电动汽车的传动系统组成

由中央控制单元、驱动控制器、驱动电动机、机械传动装置等组成的纯电动汽车传动系统。纯电动车仍保留加速踏板、刹车踏板和相关手柄或按钮，以适应驾驶者的传统操作习惯。而在纯电动车上则是通过将加速踏板、制动踏板的机械位移量向中控单元输入相应的电信号，从而达到控制汽车的目的。对于变速杆，为了遵循驾驶者的传统习惯，一般还是需要保留的，以开关信号的方式传递到中控单元，控制汽车前进、停车、倒车，这三个最常见的挡位有空挡、前进、例挡。

2 纯电动汽车传动系统参数匹配设计

在对市场上众多纯电动车型进行深入分析，并结合用户喜好、设计哲学和气候多样性的仔细评估后，确定了车辆的关键性能指标。

2.1 电机参数匹配

2.1.1 根据最高车速来确定电动机功率

式中，M为整车质量（kg）；f为滚动阻力系数；为迎风阻力系数；A为迎风面积（m2）；为最高行驶车速（km/h）；为传动系统总效率。

将M=2030kg；f=0.013；=0.32；A=2.3m2；=180km/h；=0.92代入式3-1中，得=77.89kw

2.1.2 根据汽车爬坡情况决定电机功率

式中，为汽车的爬坡角；为爬坡时的恒定速度（km/h）。

将=arctan40%=21.80°；=40km/h代入式3-2中得=81.98kw

2.1.3 根据电动车的加速性能决定电动机的功率大小

式中，为加速的目标速度（km/h）；为汽车旋转质量换算系数；tm为加速时间；dt=0.1s；拟合系数x=0.5。

将=100km/h；=1.05；tm代=9s入得=125.68kw

电动机的功率大小应能同时满足车辆对最高车速、加速度及爬坡度的要求。即：

式中，为电机的额定功率（kw）；电机的峰值功率（kw）。

通过上面计算得，=125.68kw

驱动电机的峰值功率和额定功率之间有如下直接的关系：

式中，λ为电机过载系数，取值为2～3，本论文中取值为2。

通过计算得，=75kw

2.2 电机转速

本文根据车辆的最高速度和电动机的功率选取交流感应式电动机，考虑到一定的冗余量，拟将该款电动机的最高速度选为选15000 r/min。

电动机额定转速与电机的转速峰值之间的关系如下，关系式为

β一般选2<β<4本文取3.5。

经过计算，得=4286 r/min。

2.3 电机扭矩匹配

式中，电机额定转矩（N·m）；电机的最大转矩（N·m）。

经过计算，得=167.13N·m，取=168N·m；=334.25N·m，取=335N·m。

2.4 减速器参数匹配

2.4.1 传动比的上限值确定

式中，为主减速器的传动比；变速器的传动比。

经过计算，得。

2.4.2 传动比的下限值确定

经过计算，得。

通过上述计算，可得，所以本文取i=11.2。

2.5 动力电池参数匹配

2.5.1 电池能量

符合续驶里程要求的目标车辆性能指标

式中，为等速行驶速度（km/h）；L行驶里程（km）；DOD为电池放电深度；为电机效率；为放电效率；为电池总能量；为汽车附件能量消耗比例系数。

将=60km/h；L=400km；DOD=0.90；=0.9；=0.9；=0.1代入，得≥79.34kw·h。

2.5.2 电池容量

Um为电池组的额定电压350V，计算得CE≥226.70A.h，动力电池选用额定电压3.2V、额定容量60Ah，4芯并联，选择110组电池包串联成整块电池板。总电压=3.2×110=352V，总电量=320×60×4/1000=84.48kWh。

3 基于CRUISE的整车建模及传动比优化分析

3.1 整车模型搭建（见图1）

3.2 整车动力性仿真结果

3.2.1 最高车速

从图２中可以看出，电动车的实际最高时速达到了 186Km/h，完全可以满足电动车在设计时对最高车速的要求。

3.2.2 加速性能（见图３）

全车百公里加速时间为9.52s，是根据加速性能模拟结果得出的。在设计时完全符合电动车对整车加速表现的要求。

3.2.3 爬坡性能

通过仿真成绩可以看出，整车爬坡度在20km/h时为41.58%，而整车速度达到40km/h，全车爬坡高度是41.39%。设计时对爬坡的设计要求，与电动汽车的要求是完全一致的。

3.2.4 续航里程

从仿真图中可以看出，在以60km/h的速度匀速行驶的情况下，测试的电动汽车在电池电量耗尽前能够行驶大约485.21km，这个续航里程超过了最初设定的目标400km。

4 优化

本文根据通过不同工况下的续航里程来进行优化。

4.1 NEDC工况

NEDC （New European Driving Cycle）工况是欧洲续航标准测试工况，最新的是1997年版本，包含4个市区循环和1个郊区循环。其中市区工况共780秒，最高车速50km/h；郊区工况400秒，最高车速120km/h，见图６。

4.2 WLTC工况

WLTC（WorldwideHarmonized Light Vehicles TestCycle），是由联合国制定，诞生于2017年的测试标准，用于确定传统和混合动力汽车的污染物水平、二氧化碳排放量、油耗水平以及纯电动汽车和混合动力汽车的纯电动续航里程，包括30%的城市道路，33%的乡村道路，以及33%的高速公路驾驶循环，见图７。

NEDC工况多数处于匀速行驶状况，速度-时间曲线十分规则属于稳态的工作范畴。WLTC相较于NEDC模拟出的工况更多，还考虑了刹车、短暂停车的情况更加符合实际行驶环境参考意义更大。

5 结论

总结前文，文章采用了cruise软件进行研究，并有效地得出了预期的研究结论。此外，仿真分析的成果进一步证明了本文所提仿真模型在纯电动汽车动力参数匹配、设计及性能研究方面的实用价值。

参考文献：

[1]卫腾达.纯电动汽车传动系统参数匹配及优化研究[D].长春：吉林大学，2022.

[2]朱志亮.纯电动汽车动力参数匹配优化及再生制动策略研究[D].福州：福建工程学院，2022.

[3]刘博.纯电动汽车传动系统的参数匹配及优化研究[D].长春：长春工业大学，2021.