科技风2021年6月机械化工
韩宁梁作华刘婷
聊城职业技术学院山东聊城252000
摘要：纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真研究是其设计开发中的一个重要环节，主要工作是根据预设的电动汽车性能指标，对动力系统的主要部件进行选型，以及动力参数的匹配和仿真，本文利用电动汽车仿真软件ADVISOR进行仿真，根据仿真结果，对纯电动汽车进行动力性和经济性分析，仿真数据显示所匹配的动力系统参数基本满足设计要求。
关键词：纯电动汽车；动力系统；ADVISOR；仿真
尽管汽车为人类现代生活提供了巨大的方便，但随着汽车
数量的逐年增加，也造成了巨大的能源和环境问题。纯电动
汽车是以可充电电池作为动力源，由电机驱动，因此其具有
环保无污染、噪声低、能源利用率高等显著特点，在能源环境
问题日益严峻的今天逐渐受到了汽车行业的重视。纯电动
汽车动力系统参数匹配主要是指在满足整车动力性和经济
性的基本要求下，合理匹配动力系统中各部件的类型和参
数。纯电动汽车动力系统相关参数的设计与匹配对整车性
能有着非常显著的影响，合理的参数匹配可以有效地改善纯
电动汽车在各种工况下行驶时的性能。
1纯电动汽车动力系统参数的匹配设计
1.1纯电动汽车的性能指标
根据国家标准GB28382-2012、GB18385-2001以及
GB18386-2001中对纯电动汽车的动力性能、经济性能的相关
技术要求，本论文提出了某纯电动汽车的基本性能指标，如
下表所示。
性能指标参考值
最高车速>120km/h
加速时间
0〜50km/m加速时间＜8s 0〜100km/m加速时间＜15s
最大爬坡度25%（车速为20km/h）
续驶里程#120km（60km/h匀速行驶）
1.2电机类型选择及参数匹配设计
对纯电动汽车电机进行匹配主要是对电机类型进行选择，对电机功率的计算以及转矩转速的确定。
1.2.1电机的类型选择
驱动电机的选择对纯电动汽车的性能有很大影响，不仅需要满足汽车运行时的基本性能，还应当满足汽车行驶时的舒适性、环境适应性等要求。驱动电机类型的选择一般需要满足的要求有：转速高、低速大转矩及较宽范围内的恒功率特性、效率高、能耗低、可靠性好、体积小、质量轻以及电气系统安全性能高等。
目前，直流电机、交流感应电机、开关磁阻电机、永磁电机等类型常被用作纯电动汽车的驱动电机。由于永磁同步电机具有效率高、转矩平稳性好轻量化水平高以及振动噪声低等特点，另外其过载能力强，尤其低转速时输岀转矩大，特别适合电动汽车平稳起步及加速的特点，综合各种电机的优缺点，本论文选用永磁同步电机。
1.2.2电机参数匹配
(1)电机功率的确定。确定电机功率时，首先必须满足动力性的要求，即要满足纯电动汽车在各种行驶工况下都可以正常行驶，电机峰值功率一般是由动力性能指标决定的。电机功率越大，纯电动汽车的后备功率也越大，其加速性能和爬坡性能越好，即动力性能越好。但是较大功率的电机其体积和质量也相应较大，从而使汽车的总质量变大，反而会使纯电动汽车的动力性变差；另外，如果电机功率过大，电机经常运行于低负荷状态，无法工作在电机的峰值功率附近，从而使电机的效率下降，因此电机功率的选择需要综合考虑各方面因素。
小汽车增量调控管理信息系统对纯电动汽车进行运动学分析，其行驶时，功率平衡方程如下:
4=36爲(mucos a"”+(1＞8~+=gsi n a"&++="&晋)(1)电机的峰值功率必须同时满足以下三个要求，即能达到的最高车速、最大爬坡度以及加速时间三个要求，所以峰值功率需满足:
4)m£lc(41，42，43)(2)
其中，P m rc1、P max2、P max3分别为满足纯电动汽车最高车速、最大爬坡度以及加速时间的功率。
①纯电动汽车以最高车速行驶时需要的功率：当纯电动汽车以最高车速u^c在良好的水平路面上直线行驶时，所需的功率为:大众波罗汽车
4vcc1=3600+(；1.17*)(3)
②纯电动汽车以能达到的最大爬坡度行驶时需要的功
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福特福克斯报价率：假设此时的车辆以匀速度爬坡行驶，当爬上最大坡度路
面时，所需要的功率为：
P mcX=36：0+(^o/cosa mcx"&+2(?8"°3+=gsi n a mc"&)(4)
③以原地起步加速性能为参考设计指标，汽车在良好水
平路面上，从初速度为0("=0)加速到末速度所需的功率为：p”c3+—1—(=g5+("8""++="迦)(5)
"c33600+'21.15''根据上述分析，对动力性指标需满足的最大功率，电机
额定功率应可以满足纯电动汽车以最高车速行驶时的要求，
峰值功率应该可以同时满足以最高车速、最大爬坡度行驶以
及对加速时间的要求，即：
)4mrX1，且4mcX^nElxIP mcXl，4ma X，4”*3}(6)且：
P e=P mcX/*(7)上式中，！为电机的过载系数，一般取2〜3#最终，
综合分析取电机的峰值功率P mcX为50kW，取平均功率4
=30kW#
(2)电机转速的确定。电机的最高转速与纯电动汽车最 高车速的关系为：
电机额定转速的表达式为：
.=.””0/*(9)经过计算，电机的额定转速为3000r/min#
投诉出租车拒载(3)电机转矩的确定。电机最大转矩的确定应当满足汽车启动时的转矩和最大爬坡度的要求，电机的峰值转矩：
+mcX=+(mg/cosa mcX+mgsi n a m rX)(10)计算取+””0=180D・”#
1.3传动系参数的匹配设计
传动系参数的设计主要是指变速器和减速器速比的匹配设计，当电机的输岀特性确定后，减速器速比的选择首先要应该满足整车最高车速、加速时间以及最大坡度的要求，另外驱动轮还要满足地面附着
条件。
(1)最小传动比的确定。纯电动汽车最小传动比的确定主要考虑汽车以最高车速行驶时需满足的要求，此时
$m<0.377r#c(11)
"mcX
将数据代入计算可得,$m<6.96#
(2)最大传动比的确定#①最大爬坡度的影响#当纯电动汽车以较低车速爬坡时，可以忽略空气阻力，假设最大爬坡度设为25%，纯电动汽车以20km/h的速度爬坡，最大传动比需满足：
.gC/cosamcX+si n amcX)r
②附着率的影响#最大传动比确定后，还要计算驱动轮的附着率，验证是否符合附着条件，车辆行驶时，最大驱动力要求小于等于地面对轮胎的附着力，否则轮胎将会岀现打滑现象，所以：
Q mcX=+l#+</Q(13)
r
即：
根据以上关于传动比的分析计算，本论文初选主减速器的传动比为6.79#
1.4电池组的选型及参数设计
1.4.1电池组参数的设计
(1)电池模组的数目#动力电池组的最小工作电压应能满足电机系统的最小工作电压，即：
(15)
且纯电动汽车用电池的最大放电电流不大于300A，则动力电池组的工作电压需要满足：
(2)动力电池组容量的确定#动力电池组的能量计算公式为：
R"=E”！C!*2*+/1000(17)纯电动汽车以速度"2匀速行驶时，行驶距离L所需的能量为：
R e=P2*+P2*丄(18)
"2
为了使动力电池提供的能量能够满足纯电动汽车的行驶要求，需使：
R”)R c(19)即：
E*(**s**+/1000)P c*—(20)
"2
根据上述设计要求，选择额定电压为3.6V，额定容量为5Ah锂离子蓄电池，动力电池的连接形式为26并联47串联# 2ADVISOR的纯电动汽车建模及仿真
国内外针对汽车动力系统匹配及性能研究已开发出了多款仿真软件，如ADVISOR、SIMPLEV、AVL Cruise等#美国可再生能源实验室开发的ADVISOR软件采用模块化设计思路，具有仿真速度快、精度高及软件兼容性好等优点，广泛应用于汽车企业、研究院等对电动汽车的仿真研究中# ADVISOR软件提供了三种仿真工况，分别是标准循环工况(Drive Cycle)、多重循环工况(Multiple Cycle)和试验测试(Test Procedure) #其中常用的标准循环工况主要包括欧洲行驶循环工况(CYC_NEDC)、美国城市驱动工况(CYC_ UDDS)、日本10-15驱动工况(CYC_1015)，用户可以根据设定的性能要求选择合适的循环工况#ADVISOR软件的界面
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如图1所示。
图1 ADVISOR 软件界面
本文利用ADVISOR 软件进行仿真，选择欧洲城市工况
CYC_NEDC 和60km/h 匀速工况进行仿真，仿真结果如图2
所示，在CYC_NEDC 循环工况中，纯电动汽车在车速为
20km/h 时的爬坡度为27. 6% ，满足爬坡度不小于25%的要
求。0〜50km/h 的加速时间为4. 7s 小于设定的5s , 0〜
100km/h 所需要的加速时间为14s ，均满足加速性能的设计
要求。因此，所匹配的此款纯电动汽车动力系统参数满足动 力性能的指标要求。
在CYC_NEDC 循环工况下，纯电动汽车的续驶里程为
91.6km 。选择60km/h 匀速工况进行仿真时，得到纯电动汽
车的续驶里程为120. 9km ，满足以60km/h 匀速行驶时续驶 里程不小于120km 的设计要求。
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作者简介：韩宁(1990— %，女，汉族，山东济南人，硕
士，助教，研究方向：新能源汽车。
图2 CYC_NEDC 循环工况下的仿真结果
3结语
本文根据预设的某纯电动汽车的性能指标，对纯电动汽 车动力系统进行了部件的选型，根据选择的部件，对动力系 统参数进行了匹配设计，最后利用仿真软件ADVISOR ，对纯
电动汽车进行仿真，结果表明，所匹配设计的纯电池汽车的
最高车速、最大爬坡度、加速能力及续驶里程均达到了设计 要求。
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