本文以純電動廂式運輸車為研究對象，按照車輛動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)要求，對電動機和動力電池等關(guān)鍵部件進行參數(shù)匹配，并利用CRUISE 軟件對整車進行性能仿真優(yōu)化控制邏輯。

1 整車方案

目前純電動商用車動力總成形式和布置不同可分為三種結(jié)構(gòu)：

圖1

圖2

圖3

圖1 為電動機直驅(qū)方案結(jié)構(gòu)相對比較簡單，為滿足車輛動力性能電動機需要較大的扭矩，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在對動力性要求不高的輕型車輛;圖2 為電機+變速器方案，通過變速箱不同檔位的調(diào)節(jié)可以滿足車輛在不同工況下的動力性要求，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在中、重車型;圖3 為輪轂電機方案，傳動鏈效率高，但非簧載質(zhì)量大，對車輛平順性影響較大同時該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致成本比較高?？紤]到將要開發(fā)車型的市場定位以及開發(fā)成本，本項目采用電動機直驅(qū)方案。

純電動輕型載貨車主要由車身系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、動力系統(tǒng)及電氣附件等構(gòu)成，其動力系統(tǒng)主要由動力電池及管理系統(tǒng)、驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)等組成，電氣附件主要包括電動空調(diào)壓縮機、PTC 加熱器、電動轉(zhuǎn)向油泵等。純電動輕型載貨車主要總成部件如圖下所示。

圖4

2 動力總成系統(tǒng)主要參數(shù)匹配

2.1 整車指標(biāo)

表1

2.2 驅(qū)動電機的參數(shù)確定

2.2.1 驅(qū)動電機功率確定

驅(qū)動電機的最高功率通常需要滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時間的要求。

式中：va 為爬坡速度，取15km/h，δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，取1.08;vm 為加速末的速度(m/s);tm 為汽車的加速時間(s);x 取0.5;dt 為迭代步長，通常取0.1;ηt 為傳動系統(tǒng)機械效率，取0.95。

由上述計算結(jié)果可知，電機額定功率應(yīng)不小于30kW，電機峰值功率應(yīng)不小于65kW。

2.2.2 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速確定

式中，n 為電機額定轉(zhuǎn)速;ig 為變速器最高擋位速比;io 為驅(qū)動橋速比4.875;r 為輪胎滾動半徑327mm(6.00R15/10PR)。

電機最高轉(zhuǎn)速>3600rpm。

2.3 動力電池參數(shù)確定

目前常用的的動力電池均選用鋰離子電池，能量按照電池SOC100%到SOC10%計算。按照GBT 18386-2017 電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程 試驗方法要求進行(40±2)km/h 的等速計算動力電池參數(shù)。

式中，Qb 為動力電池電量;L 為續(xù)駛里程220KM;Vh 為行駛車速;ph 為 Vh (40km/h)對應(yīng)的電機功率10.3KW;pimax為電氣附件最大功率2KW;SOC =100%為最小剩余電量。

由以上計算可得動力電池電量應(yīng)該大于62KWh。

根據(jù)以上計算結(jié)果以及現(xiàn)有供應(yīng)商產(chǎn)品資源，動力總成和動力電池初選如下：

表2

表3

3 基于CRUISE 的純電動輕型載貨車性能仿真

3.1 仿真模型搭建

AVL Cruise 是AVL 公司開發(fā)的一款整車及動力總成仿真分析軟件。它可以研究整車的動力性、燃油經(jīng)濟性、排放性能及制動性能，是車輛系統(tǒng)的集成開發(fā)平臺。AVL Cruise 軟件已經(jīng)成功的在整車生產(chǎn)商和零部件供應(yīng)商之間搭建起了溝通的橋梁(3)。在Cruise 軟件中建立仿真模型，如下圖：

圖5

3.2 仿真結(jié)果輸出

3.2.1 動力性仿真結(jié)果

表4

圖6

3.2.2 經(jīng)濟性仿真結(jié)果

表5

4 道路試驗

為驗證參數(shù)匹配過程的合理性以及仿真模型的可信性和可行性，對純電動輕型載貨車進行道路試驗。

4.1 動力性試驗

空載和重載最高車速、加速能力、爬坡能力試驗參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18385《電動汽車動力性能試驗方法》進行測試。

表6

4.2 經(jīng)濟性試驗

重載(車貨總重4.25 噸)狀態(tài)下，等速40km/h、城市續(xù)航、綜合工況續(xù)航試驗方法參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T18386-2017《電動汽車能量消耗和續(xù)駛里程試驗方法》。

表7

注：1.用電量均為儀表顯示100%-10%;

通過道路試驗和仿真數(shù)據(jù)對比，我們可以發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)基本一致，因此可以認為前期匹配計算的驅(qū)動電機和動力電池參數(shù)是在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本文以純電動輕型載貨車為研究對象，根據(jù)整車性能指標(biāo)確定了整車動力總成形式并對驅(qū)動電機和動力電池主要參數(shù)進行了參數(shù)匹配。利用CRUISE 軟件搭建了車輛仿真模型，對動力性和經(jīng)濟性指標(biāo)進行仿真，仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比表明，該純電動輕型載貨車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配過程合理。

審核編輯：湯梓紅