基于Cruise的纯电动轿车动力学仿真研究

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基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析

基于Cruise 电动车整车性能参数匹配及仿真分析冯红晶【摘要】The power matching of the electric motor,battery and transmission ratio is designed according to the vehicle parameters and the vehicle performance indicators.The vehicle simulation model,the electric motor and the battery model were built for analyzing the power performance and the economy performance based on the Cruise simulation software.Results show that the maximum velocity,the acceleration time of the 0-75m and the 0-80km/h,and the driving range act well with the design stly,real vehicle test about the power performance and the economy performance were carried out on the car and the results were basically consistent with the simulation results.This further demonstrated the validity of the power system design based on Cruise simulation software.%根据整车参数和整车性能指标对电动车的电机、电池以及传动比进行动力匹配设计,利用Cruise仿真软件建立整车模型、电机以及电池模型,对其动力性和经济性进行仿真分析.由仿真结果可知,最高车速、0～75 m加速时间、0～ 80 km/h加速时间以及续驶里程均符合初步设计要求.对电动车的动力性及经济性进行道路试验,对比道路试验与仿真分析的结果,发现道路试验所测数据与仿真结果基本符合,验证了基于Cruise的整车性能参数匹配的合理性和所建模型的准确性.【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(036)003【总页数】7页(P16-22)【关键词】电动车;动力匹配;整车模型;仿真分析;动力性;经济性;道路试验【作者】冯红晶【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】U462.3+1;U462.3+4电动汽车(EV)是21世纪清洁、高效和可持续发展的交通工具，是一种电力驱动的道路交通工具。

基于AVL-Cruise的纯电动车性能仿真

减速器传动比
参数信息 B+ 纯电动轿车
永磁同步电动机
镍氢电池组 +L, +LAM LM N+O, +PAQ R,, O, ++, S Q,, PAT
续驶里程、100km耗电量、整备质量及动力性。以某纯
模型的准确性直接影响计算结果的精度，根据要
电动轿车为例，利用 AVL-Cruise软件建模，计算相关分析计算的整车性能指标并结合表 1，在建模过程中需
[2]
与开发提供技术保障。文章在此软件的基础上建立仿真模型并进行计算分析，为整车性能仿真分析研究提供参考。
! 纯电动汽车整车性能分析及建模
文章分析的纯电动汽车整车性能通常是指其等速
参数名称
车型
电动机型号
电池类型最高车速（I -.I<） +,, -. 加速时间I) 最大爬坡度I 续驶里程I-. 电池容量（I -JI<）电池组额定电压I" 电动机额定功率I-J 电动机额定转矩IK·. 电动机最高转速（I &I.(5）
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图 ! 纯电动汽车道路试验车速与 "#$%&'()*+ 仿真车速对比
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仿真的加速踏板开度变化幅度和变化趋势基本与
型，如图 1所示。
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图 , "#$%&'()*+ 建立的整车模型界面

基于CRUISE的电动汽车的建模与仿真.doc

基于CRUISE的电动汽车的建模与仿真摘要：动力性与经济性是电动汽车的重要评价指标，本文根据某一款纯电动汽车的基本技术参数和设计要求，先基于理论设计对该车型进行电机和电池的参数匹配，再利用CRUISE软件搭建整车模型，对整车进行动力性与经济性仿真分析。

通过结果分析，证明理论设计参数满足设计要求，验证该方法的可行性，为纯电动汽车进一步设计研究提供理论依据。

0引言电动汽车以电能这一清洁能源为动力来源，零排放，零污染，是汽车行业未来的发展方向。

动力性和经济性是汽车重要的性能指标，合理良好的整车参数匹配方法不仅可以满足车辆的动力性要求，而且可以提高车辆续驶历程，提升车辆经济性能。

使用专业软件CRUISE对汽车进行建模仿真，可以缩短整车开发周期，降低开发成本。

本文以某一款纯电动汽车开发为例，根据纯电动汽车理论设计原理，对整车参数进行匹配计算，并采用CRUISE软件搭建整车模型，对整车动力性、经济性进行仿真研究。

1 参数匹配计算纯电动汽车动力系统参数匹配的主要任务是完成动力系统部件的选型和参数确定，即确定电机、电池以及变速器的型式及其关键特征参数。

本文选取某电动汽车为研究对象，整车参数如表1所示。

根据设计要求，本课题设计的纯电动汽车动力性指标如表2所示: 1.1电机参数匹配驱动电机是纯电动汽车唯一的动力来源，是决定整车动力性与经济性的关键因素之一。

选择一台电动汽车的驱动电机，需要匹配的参数主要有电机的额定功率、最大功率、额定转速、最高转速等。

1.1.1确定电机额定功率与最大功率电机功率通常由电动汽车的最高车速u（）、最大爬坡度和加速时间t这三个动力性能指标决定。

最高车速确定最大功率计算最高车速时，忽略坡度阻力，车辆主要受到滚动阻力和风阻的影响，最大需求功率为式中：为传动系效率（本文取0.9）；为滚动阻力系数；为空气阻力系数；为迎风面积；为最高车速。

汽车以某一速度爬上一定坡度时，最大需求功率为式中。

车辆加速过程中，忽略坡路阻力，所受到的阻力主要包括滚阻、风阻以及加速阻力，加速后期所需功率最大，最大需求功率为式中：为经过加速后汽车速度，为加速时间，为旋转质量换算系数。

基于AVL CRUISE软件的纯电动汽车动力系统设计

３．Ｉ仿真项目根据ＧＢ／Ｉ＂ｌ８３８５—２００５（电动汽车动力性能试验方法）和ＧＢＴ１８３８６—２００５（电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法）相关规定进行仿真模型的设置，对下述项目依次进行仿真。
（１）０－１００ｋｍ／ｈ加速时间（ｓ）
（２）最大爬坡度（％）（３）最高车速（ｋｍ／ｈ）（４）ＮＥＤＣ工况续驶里程（ｋｍ）（５）ＮＥＤＣ工况每百公里电耗，ｋＷｈ／１００ｋｍ（６）ＮＥＤＣ工况每百公里电耗，ｋＷｈ／ｌＯＯｋｍ（考虑制动能量回收）
出初步结果，然后仿真ＮＥＤＣ驾驶循环需求功率。
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计算以及零部件选型提供一个指导。
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【关键词】电动汽车动力系统汽车设计仿真设计ＡＶＬ－ＣＲＵＩＳＥＳ软件中图分类号：Ｕ４６９．７２文献标识码：Ｂ文章编号：１００９．４０６７（２０１４）１１－９０．０１
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一、初步仿真设计根据汽车设计的输入需求，作为输入条件，根据汽车理论进行计算
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CRUISE纯电动车动力性能仿真及优化

虚拟与仿真CRU ISE 纯电动车动力性能仿真及优化姜海斌,黄宏成(上海交通大学汽车工程研究院汽车电子控制技术国家工程实验室,上海200240)Simulation and Optimization of the Electric Vehicle s Dynamic Perf ormance on CRUISEJIANG Hai bin,HUANG Hong cheng(N ational Eng ineer ing L abor ator y of Automo tiv e Elect ronics,I nstitute o f Automo tiv e Eng ineer ing,Shang hai Jiao T ong U niv ersity ,Shang hai 200240,China)摘要:以后轮驱动纯电动车为例,利用CRU ISE 软件建立了电动车的动力系统模型,并用此软件模拟得到其动力性能,验证了该模型分析车辆动力性能的可行性.分析了影响续驶里程及最大爬坡度的各种因素,提出的措施和方法能够很好地提高电动汽车动力性能.关键词:纯电动车;建模;CRUISE;续驶里程;优化中图分类号:U 469.7文献标识码:A 文章编号:10012257(2010)04006104收稿日期:20091203Abstract:T aking r earw heel dr iv e as an ex -am ple,the mo del of the electric vehicle is estab -lished in CRUISE.Also this softw are is used to simulate the perfo rmance of the vehicle.T he simu -lation results validate that CRU ISE can analyze the feasibility of vehicle per for mance.Then,various facto rs that affect continued driving range and lar -g est gr adeability ar e analyzed.The applied methods ar e all useful for the improvement of perform anceof the vehicle.Keywords:electricvehicle;m odeling;CRUISE;co ntinued driving rang e;optimization0 引言随着能源和环境对人类生活和社会发展的影响越来越大,全球石油危机和大气污染日趋严重,各种电动汽车也应运而生.纯电动汽车没有内燃机车辆工作时产生的废气,是目前最环保的车型之一[1].与传统的燃油汽车相比,由于电动车所具有的节能、环保优点,使其成为未来汽车产业发展的趋势之一.在研究和开发电动汽车的部件及选择最佳结构时,为缩短开发周期,降低开发成本,缩小研究范围,找到技术的突破口,特别是在技术方案的选择阶段,在系统和关键部件的选择上,可依靠高效的计算机对系统和关键部件进行建模,然后进行模拟仿真,从而找到最佳方案.1 纯电动汽车建模纯电动汽车的建模和动力总成系统的选择,对于整车系统的建立是非常重要的.电动汽车的运行性能主要由动力总成系统来决定.电动汽车动力总成系统的组成部分主要包括电池、电机、离合器、变速箱、减速器以及车轮.本文设计的纯电动车模型和动力总成系统如图1所示.图1 整车模型和动力系统1.1 电机模块电机是纯电动汽车惟一的驱动单元,它的技术性能直接影响到车辆的运行性和经济性.因此,必须按照电动车的技术要求合理地选择电机的参数和指标.在CRU ISE 中,电机的参数设置定义了电机的额定电压,电机在各种工作过程状态中的转矩和转速,电机效率关系以及其它一些参数[2].模型中电机的基本参数如表1所示.表1 电机的基本参数额定转速(r/m in)1430峰值转速(r/m in)5600额定转矩(N m)20峰值转矩(N m)40额定功率(kW)3峰值功率(kW)6额定电压(V)481.2 电池模块电池是制约电动汽车发展的关键因素,目前可采用的电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂电池和燃料电池等.铅酸电池虽然比能量比较低,但其技术可靠,生产工艺成熟,成本低,拥有适合电动汽车使用的良好的大电流输出性能以及多种型号和尺寸.考虑到整车的成本,本车型选用了铅酸电池作为动力源.在CRU ISE中,根据电池建模的参数做出电池的SOC与电池电压之间的关系曲线,SOC 值的大小直接反映了电池所处的状态,由此可限定电池的最大放电电流,并可在仿真过程中更精确地计算各种工况下电动车的续驶里程.所选用的电池在试验室经过不同状态下的充放电试验,根据在试验中测得电池电压、电流和放电时间等参数,推断出SOC与电压的关系.2 CRU ISE中建模与仿真CRUISE软件可以用于车辆的动力性,燃油经济性以及排放性能的仿真,其模块化的建模理念使得用户可以便捷地搭建不同布置结构的车辆模型,其复杂完善的求解器可以确保计算的速度.它可用于汽车开发过程中的动力和传动系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算;可以进行发动机、变速器、轮胎的选型及其与车辆的匹配优化;可以用于混合动力汽车、纯电动汽车的动力、传动及控制系统的开发和优化[3].CRUISE软件的主要特点是:a.模块化的设计思想使得用户能够便捷地进行车辆的整车模型和动力总成系统的建模,并且能够方便地进行修改和优化.b.智能化的驾驶员模块,能够很好的模拟驾驶员的意图.c.M atlab接口模块,使得用户能够使用比较复杂的控制算法.2.1 CRUISE中车辆模型按照上述结构,在CRUISE中进行建模. CRU ISE采用图形化的界面,用户可以从已有的模型箱中选择自己想要的模型.将电池、电机、离合器、变速箱、驾驶员模块以及车轮等模块拖入CRUISE 的工作区中,建立模型.输入系统中各个模块的参数,如车辆模块的满载重量、迎风面积和阻力系数等;电机的电压、转矩和转速等;车轮的摩擦系数;主减速器的主减速比等.在CRUISE仿真时,系统会提示所有必须要输入的参数,按照这个要求,把参数一一输入即可.建立系统的物理连接和信号连接.首先完成物理连接,当各子系统模型选定之后,应根据汽车配置方案和部件连接关系建立模型的物理连接.只需用connect连接功能建立物理连接.传动系各部件之间有直接的物理连接关系,车轮和制动器之间也有物理连接关系,但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接.在仿真过程中,它们之间是通过信号连接来传递信息.信号连接是汽车建模过程中比较关键内容之一,也有较大难度.要想正确建立汽车各子模型之间的信号连接关系,必须对汽车系统内部各部件之间的连接、控制关系以及信息传递关系,有比较深刻的理解.如驾驶员模块需要连接来自电机的转速信号,变速箱的档位信号等;制动器需要连接制动压力信号;摩擦离合器需要来自驾驶员期望的结合程度[4].系统需要把所需的信号连接全部定义准确,如果有一个错误,那么将无法运行仿真程序.2.2 仿真及结果分析根据纯电动汽车仿真的要求,选择和编辑相应的任务及工况,设置合适的仿真步长和精度进行仿真计算.设定的计算任务有:在任务Cycle Run中仿真续驶里程;在任务Climbing Per for mance中仿真最大爬坡度;在任务Constant Dr iv e中仿真最高速度.运行CRUISE,得到仿真结果如下所述.a.续驶里程.建立一个25km/h匀速行驶工况,通过对电池SOC的变化对应的时间来得到纯电动车的续驶里程所需要的电量值.运行这个任务,得到纯电动车的SOC变化图.考虑到电池的输出效率为85%,得到当电动汽车以25km/h行驶100km 后,电池所消耗的电量约为130.6A h,行驶120km所消耗的电量为156.8A h.和理论所求得结果一致.b.爬坡性能.根据CRUISE软件result的报告,可以得到最大爬坡度和最高速度确切值.爬坡表现:档位,1;最大爬坡度,15.43%;车速,5.00km/ h;电机转速,602.86r/min;速度率,0.00.最大车速理论值,51.41km/h;实际值,43.71km/h.从仿真结果可以看出,根据目前车辆的参数,当电池的容量为160A h时,在25km/h的匀速运行工况下,电动汽车的续驶里程约为120km.电动汽车的最大爬坡度为16.05%,最高速度为43.71 km/h.与通过汽车理论计算得到以及车辆所要求的性能参数基本一致.这证明了利用CRU ISE软件对车辆整车性能仿真和分析是可行的.3 整车性能影响因素分析3.1 续驶里程设f为滚动阻力系数;r为轮胎滚动半径;m为汽车总质量;i g为传动系速比;C D为迎风阻力系数; t为传动系效率;A为迎风面积;Q为电池的额定容量;U E为电池的端电压; 为电机效率.则汽车以速度v等速行驶时所需的电机输出扭矩M和功率P 分别为:M=(f m+C D A v2/21.15)ri g t(1)P=(f m+C D Av2/21.15)(v/3.6)ri g t(2)电池携带的额定总能量为:W0=QU E(3)理想状态下等速行驶的续驶里程s为:s=W0vP/=QU E vP(4)从式(4)可以看出,在整车携带的电池总量和电池比能量不变的条件下,续驶里程指标与行驶阻力功率P有关[5].而行驶阻力功率又与滚动阻力系数f,迎风阻力系数C D,整车总质量m,迎风面积A,车速v,传动系效率 t,车轮半径r和传动系速比i g 有关.以电动车参数(总质量m=1100kg;f= 0 012;A=3m2;C D=0.45; t=0.9;r=0.26m)为例作分析.a.不同等速v对续驶里程的影响.在不同速度的匀速状态下运行,车辆的续驶里程是不同的[6].设置电池的电量为160A h(为确保安全,视电量剩20%时一次运行结束),不同匀速行驶状态对车辆的续驶里程的影响,如图2所示.图2 不同匀速行驶状态下车辆续驶里程的影响从图2中可以看到,各种不同的匀速行驶中,以速度接近零行驶时,车体所消耗的能量最小,对于拥有固定能量的系统来讲,其续驶里程也最长.因此,若想增加续驶里程,应尽可能以低速行驶.b.整车参数对续驶里程的影响.图3,图4和图5分别表示在匀速25km/h行驶下,迎风阻力系数C D,滚动阻力系数f和整车总质量m对一次充图3 迎风阻力系数对续驶里程的影响图4轮胎滚动阻力系数对续驶里程的影响图5 整车总质量对续驶里程的影响电续驶里程的影响.可见携带能源极为有限的电动汽车对降低滚动阻力系数、迎风阻力系数和整车总质量的要求非常迫切.c.电池参数对续驶里程的影响.由式(4)可知,电动汽车携带的电池总量以及电池的端电压的大小都会影响续驶里程,并且它们与续驶里程成正比.可见提高电池的最大容量及电池端电压,对提高电动汽车续驶里程意义重大.另外,电池放电效率同样对续驶里程有着重要的影响,电池放电效率越高,续驶里程的数值也越大.d.电机对续驶里程的影响.电机参数中电机的效率对续驶里程的影响最大.效率越高,续驶里程的数值越大.同时在各种工况下的效率对续驶里程的影响更大.因此对电动车用电机而言,不仅要求电机在额定状态下具有较高的效率,而且要求电机具有很宽的高效率区域,这样才能在各种行驶工况下充分利用有限的能量.对此,提出了增加一次充电续驶里程的措施:尽可能选择较低的行驶速度;降低轮胎的滚动阻力系数,选用低阻力轮胎;降低迎风阻力系数,进行车身的流线型改进;减轻汽车总质量;扩大电机的高效区范围及提高电机效率.3.2 最大爬坡度汽车的最大爬坡度,是指汽车满载时在良好路面上用第一档克服的最大坡度,它表征汽车的爬坡能力.爬坡度用坡度的角度值(以度数表示)的百分数来表示.设T tq为电机最大转矩;i g为变速器加速档传动比;i0为主减速器传动比; t为传动系的机械效率;r 为轮胎半径.则对于电动汽车来说,车辆的最大驱动力为[7]:F t=T tq i g i0 tr(5)而车辆的滚动阻力F f=mf cos ,坡度阻力为F i=m sin ,加速阻力.同时由于在计算最大爬坡度时车速很小,故可忽略空气阻力F W.由驱动力行驶阻力平衡公式F t= F=F f+F W+F i+F j,得到最大爬坡度 max的计算公式为:T tq i g i0 tr=mf cos max+m sin max(6)由式(6)可以看出,最大爬坡度与电机最大转矩T tq、轮胎半径r、整车总质量m和滚动摩擦系数f 等参数有关.a.电机参数对最大爬坡度的影响.在电机参数中,电机最大转矩的大小与车辆最大爬坡度的大小有着直接的联系[8].电机的最大转矩越大,最大爬坡度也越大.因此,从电机方面来说,若想提高车辆的爬坡性能,可以通过提高电机的最大转矩来实现.b.车辆参数对最大爬坡度的影响.图6,图7分别表示轮胎滚动阻力系数f和整车总质量m对车辆最大爬坡度的影响.从图6,图7中可见,轮胎滚动阻力系数和整车总重量都对最大爬坡度有很大的影响[9].要想获得合适的最大爬坡度,就必须合理地设置这2个参数.图6轮胎滚动阻力系数对最大爬坡度的影响图7 整车总质量对最大爬坡度的影响对此,提出了增加爬坡性能的措施:选择拥有较高最大转矩的电机;降低轮胎的滚动阻力系数,选用低阻力轮胎;减轻汽车总重量.4 结束语运用CRUISE软件对纯电动车进行建模和动力性能的仿真,得到了续驶里程、最大速度及最大爬坡度等指标,仿真结果验证了CRU ISE仿真动力性能的可行性.通过本文的仿真和分析,为电动汽车的参数选择以及结构优化提供了依据.参考文献:[1] 康龙云.电动汽车最新技术[M].北京:机械工程出版社,2008.[2] 王斌,李征,等.CR U ISE 软件在混合动力汽车性能仿真中的应用[J].计算机应用,2007,9(3):1-3.[3] 赵海峰.基于CR U ISE 软件的AM T 车辆性能仿真分析与实验研究[D].重庆:重庆大学,2005.[4] 王保华,罗永革.基于CRU ISE 的汽车建模与仿真[J].湖北汽车工业学院学报,2005,19(2):2-3.[5] 李国良,初亮,鲁和安.电动汽车续驶里程的影响因素[J].吉林工业大学自然科学学报,2000,30(3):1-3.[6] 杜发荣,吴志新.电动汽车传动系统设计与续驶里程研究[J].农业机械学报,2006,37(11):3-4.[7] 余志生.汽车理论.3版[M ].北京:机械工程出版社,2000.[8] Cheng Chang T ing.H y br id electric vehicle design tominimize ener gy use [C].T he U niv ersity of T ex as at A rling ton,2000.[9] Sha Y L.T he pow er desig n and calculation o f EV S[A].T he 16t h Inter nat ional Batter y,H ybrid and F uel Cell Elect ric Vehicle Symposium &Ex hibitio n [C ].Beijing ,1999.作者简介:姜海斌 (1985-),男,江苏张家港人,硕士研究生,研究方向为汽车动力系统仿真以及汽车系统控制等;黄宏成 (1972-),男,江苏苏州人,副教授,研究方向为汽车系统控制以及底盘开发.ARM 7参数自整定模糊PID 控制器的仿真及设计王朝宁1,姜学东1,马立刚2(1.北京交通大学电气工程学院,北京100044;2.山西省电力公司吕梁供电分公司,山西吕梁033000)Design and Simulation of Self tuning PID type Fuzzy Controller Based on A RM 7ProcessorWANG C hao ning 1,JIANG Xuedong 1,MA Li gang 2(1.Schoo l o f Electrica l Eng ineering ,Beijing Jiaoto ng U niver sity,Beijing 100044;2.Shanx i L vliang P ower Supply Co mpany ,L v liang 033000,China)摘要:常规PID 控制器参数设定之后,运行环境改变时不能实现参数的在线整定,这样会影响系统的控制效果.本设计以误差e 和误差变化率ec 作为输入,经过一定的模糊推理规则,对PID 控制器的参数进行自动整定.在M atlab 环境下对系统进行了仿真,从仿真的结果可以看出,添加模糊控制环节后,系统的动静态性能得到了提高.同时基于ARM 7处理器完成了该控制器的软硬件设计.关键词:参数自整定模糊控制PID;M atlab;ARM 7处理器中图分类号:T P273文献标识码:A 文章编号:10012257(2010)04006505收稿日期:20091203Abstract:When operating environmentchang ed,the traditio nal PID contro ller can t online regulate its parameters,w hich are co nfigured w ellat the beginning.And that w ould affect contro l per for mance o f system.Taking erro r and decay r ate of err or as inputs in the desig n,arg um ents o f PID contro ller can reach self tuning function,as to some accurate fuzzy sets.From the result of simu -latio n done w ith M atlab,dy namic and static per -formances of system added fuzzy controller are im -proved.T he autho r also com pleted the hardw are and so ftw are desig n of the contro ller based on ARM7processor.Key words:self tuning PID type fuzzy con -troller;M atlab;ARM7processor0 引言模拟PID 闭环控制在常规的电源控制技术中应用很普遍,效果比较理想并且稳定,但其缺点是一。

08-利用CRUISE进行整车动力性和经济性仿真分析_东风有限

利用CRUISE进行整车动力性和经济性仿真分析钟军斌余建华周杰敏东风汽车有限公司商用车技术中心，武汉经济技术开发区东风大道10号摘要：本文论述了利用CRUISE软件进行汽车建模的过程，并对某重型商用车的动力性和燃油经济性进行了仿真分析。

关键词：动力传动系统，动力性，经济性主要软件：A VL CRUISE1. 前言汽车仿真技术是当前汽车研发的重要手段，在汽车产品开发初期进行汽车动力传动系统参数匹配和性能仿真不仅能节约大量新产品开发和试验等带来的人力和物力投入，还降低了劳动强度，缩短了开发周期，提高了工作效率。

动力传动系统模型的建立是参数匹配及性能仿真的基础，采用专业软件对其进行建模及仿真研究不仅可以节省大量的时间，使建模过程简单化，而且程序运行可靠、调试方便，利于分析研究[1]。

A VL公司开发的CRUISE是研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能及制动性能等的高级仿真分析软件，它包含了车辆的基本模块和控制模块，用户可利用模型生成器建立所需的车辆系统模型，并在此基础上进行仿真分析，利用仿真结果优化传动系的参数，从而快速完成系统的设计。

2. 整车动力传动系统建模整车动力传动系统建模主要是通过对整车动力传动系统的结构和功能进行分析，简化物理模型，选择合理的子系统模块，搭建仿真模型，建立汽系统的各总成和部件的机械连接和信号连接，并对各部件和总成进行参数化处理，完成汽车建模过程。

2.1 整车结构分析和子系统模块选择该车配备有250KW柴油发动机，12挡机械变速箱，总重42000Kg，驱动形式是发动机前置后轮驱动（4x8）。

根据整车结构和驱动形式的分析，选用模型库中汽车模块(Vehicle)、驾驶室模块(Cock-pit)、发动机模块(Engine)、机械式摩擦离合器模块(Friction Clutch)、机械手动变速箱模块(Gear Box)、单级减速器模块(Single Ratio，作为主减速器)，以及车轮(Wheel)和机械制动器模块(Brake)，发动机和传动系统以及汽车上其它耗能部件可用风扇模块(Auxiliary)代替。

基于Cruise的纯电动汽车建模及仿真研究

基于Cruise的纯电动汽车建模及仿真研究Modeling and simulation of pure electric vehicles based on Cruise朱红军1 李智豪21.江苏金彭集团有限公司，江苏徐州 2110112.安徽工程大学智能汽车线控底盘系统安徽省重点实验室，安徽芜湖 241000摘要：为了缩短纯电动汽车设计开发周期，采用基于Cruise与MATLAB/SIMULINK联合仿真的方法，依据仿真试验结果对所选电机及所设计控制策略运行状态进行分析。

首先，运用Cruise软件搭建纯电动汽车仿真模型；其次，在MATLAB/SIMULINK中建立纯电动汽车控制策略；最后，通过两者的联合仿真，在多个工况下分析车速跟随情况、电机转速及扭矩、电池荷电状态（state of charge，SOC）值变化情况，进而分析控制策略与所选电机运行状况是否匹配，缩短整车电机选型、控制策略设计及开发的周期。

关键词：纯电动汽车；Cruise；联合仿真；控制策略中图分类号：U469.72 文献标识码：A0 引言随着国内外新能源汽车产业的蓬勃发展，市场对新能源汽车的产品设计提出新要求，因此汽车更新迭代速度极快[1]。

在新能源汽车开发过程中，缩短设计、试制和试验周期，提高产品设计准确性与快速审计对抢占汽车市场先机具有重要意义[2]。

本文基于某款纯电动汽车车型，搭建仿真模型，通过分析计算结果来评估整车所选电机及控制策略是否满足设计需求。

首先，利用Cruise软件完成纯电动汽车建模设计。

其次，利用MATLAB/ SIMULINK软件进行控制策略设计。

基于两个软件的联合仿真功能，建立多工况下的模拟仿真任务。

通过分析仿真试验结果，判断所选电机及控制策略是否合理。

最后，依托试验结果来验证电机选型和控制策略是否需要调整，避免在开发过程中盲目进行电机选型和控制策略设计，从而缩短开发周期[3]。

1 纯电动汽车结构及参数该纯电动汽车动力系统主要由电机、动力电池、单挡变速箱、电耗元件、驱动桥和车轮组成（图1）。

基于CRUISE的纯电动轿车动力总成参数优化匹配及性能仿真分析_一汽技术中心_王燕等

基于CRUISE的纯电动轿车动力总成参数优化匹配及性能仿真分析王燕1，杨兴旺1，郑益红1，赵子亮1（1 中国第一汽车集团公司技术中心，长春市创业大街1063 号）[摘要] 在电动汽车开发过程中，动力总成的选型对整车动力性、经济性以及整车成本至关重要。

本文针对一汽某款纯电动轿车，提出了其电机、电池以及减速器等动力总成的匹配方法，并结合整车性能指标要求，应用AVL CRUISE软件对这些参数进行了匹配计算，得到了较为满意的结果，为下一步的整车开发奠定了基础。

实践表明，利用专业软件进行建模和仿真，可以大大提高动力总成参数匹配效率。

AVL CRUISE软件非常适用于整车前期开发的参数匹配和性能预测。

关键词：A VL CRUISE；参数匹配；减速器速比；经济性优化主要软件：A VL CRUISEPowertrain Parameters Design And Vehicle PerformanceSimulation of Battery Electric Vehicles Based On CRUISE Wang Yan1, Y ang Xingwang1 ,Zheng Yihong1,Zhao Ziliang11. CHINA F AW Co.,Ltd.R&D CENTER NO.1063 Chuangye Street，Changchun,jilin,China;[Abstract] It is very important for the powertrain selection which can affect the vehicle performance, consumption, cost and so on during the development process of electric vehicles. A method of parameters design of the motor, power batteries and transmission is put forward for a certain Electric Vehicle of FAW. According to the vehicle performance requirements, the software of A VL CRUISE was taken to design and calculate the vehicle parameters, and a satisfactory result was obtained from the calculation process, which established a foundation for the next vehicle development. The practice shows that the use of specialized software for modeling and simulation can greatly improve the efficiency of the powertrain parameters design, and A VL CRUISE is very suitable for parameters design and vehicle performance prediction in the prior phase of the vehicle development.Keywords: AVL CRUISE; parameters design; reducer ratio; economic optimization Software: AVL CRUISE1.前言随着电动汽车的发展，各大企业把越来越多的精力投入到混合动力和纯电动轿车研发上。

基于Cruise的轻卡动力性经济性仿真与试验分析

第３５卷第３期２０２０年６月安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报J o u r n a l o fA n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y V o l ．３５．N o ．３J u n ．,２０２０文章编号:１６７２Ｇ２４７７(２０２０)０３Ｇ００３９Ｇ０６收稿日期:２０２０Ｇ０２Ｇ２０㊀基金项目:安徽省自然科学基金资助项目(１８０８０８５Q E １４３)作者简介:朱路生(１９８９Ｇ),男,安徽舒城人,工程师,硕士．通讯作者:潘家保(１９９０Ｇ),男,安徽舒城人,副教授,博士．基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析朱路生１,潘家保２∗,王世强１(１．安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥㊀２３０６０１;２．安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖㊀２４１０００)摘要:整车动力性经济性对标分析是轻型卡车设计与制造过程中的必经阶段,也是评价整车综合性能的重要手段.以公司开发的M u l e 车和标杆车型为研究对象,首先,基于A V LC r u i s e 软件对M u l e 车和标杆车型分别进行正向建模与仿真,得出不同工况下整车的动力性经济性理论参数;其次,通过６t 载荷工况下仿真数据与试验数据的对比分析,验证了动力匹配数据的准确性和整车模型的正确性;最后,通过各工况下动力性经济性仿真数据对比,验证了M u l e 车各工况下动力性经济性参数总体优于标杆车型,满足设计目标.关㊀键㊀词:轻卡;A V LC r u i s e ;动力性经济性;建模与仿真中图分类号:U ４６２．３＋１㊀㊀㊀㊀文献标识码:A世界化石能源危机愈演愈烈,严重环境事件频发,在这种严峻形势下如何做到整车动力性和经济性的平衡成为研究重点.一方面需要保证用户使用车辆时运输效率不降低,另一方面要尽可能降低车辆化石能源的消耗和尾气污染物的排放.整车动力性经济性性能分析必然成为车辆设计过程中首要关切的问题,也是整车深入开发其他性能的前提.王锐[１]通过将某越野车动力性理论分析和C r u i s e 软件仿真结果对比分析得出,仿真分析比理论计算更准确.刘振军[２]基于C r u i s e 软件对MT 车辆进行建模与仿真,在研究车型动力系统设计及参数匹配方面取得了较为满意的结果.王君银[３]仿真优化了电动商务车参数匹配,提升了车辆爬坡性能和续航里程.王琳[４]将手动挡轿车仿真分析和试验结果对比,验证了动态建模仿真应用于产品开发的可行性.采用软件仿真并配合试验研究,在整车动力性和经济性评价方面取得了较好的应用效果.颜廷坤㊁郑锦汤[５Ｇ６]通过仿真验证了纯电动商务车传动系加装二挡变速器可以提升续航和动力性.陈坤[７]通过仿真研究了拖拉机在农业作业中的动力性经济性,为后续拖拉机的参数优化匹配提供了参考.杨泽平[８]通过仿真完成了电动城市客车动力系统的相关参数匹配,结果满足整车设计要求.然而,现有针对轻型卡车不同载荷工况下的动力性和经济性综合评价方法的研究还未见文献报道.基于此,通过C r u i s e 建模仿真对比分析了M u l e 车和标杆车型的动力性经济性指标,确认M u l e 性能指标满足要求.试验数据对比确认了M u l e 车性能指标优于标杆车型,具备细分市场的差异化竞争力.试验数据和仿真数据的一致性对比,验证了动力匹配数据的准确性和整车模型的正确性,为后期通过仿真分析开展标杆车型分析提供了参考.１㊀整车动力性经济性理论基础１．１㊀整车动力性理论基础轻型商用车动力性[９]指车辆在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的,所能达到的平均行驶速度.车辆动力性评价的指标主要由所规定的整车最高车速㊁加速时间和最大爬坡度３个要素组成.在轻型商用车设计中一般其变速器对应Ⅰ挡或爬坡挡,最大爬坡度满足３０％即可,故在多载荷工况对标分析中不会对其给予单独对比.根据汽车行驶方程:F t ＝F f ＋F i ＋F w ＋F j ,(１)T t q i g i ０ηTr ＝G f ＋Gi ＋C D A ２１．１５u ２a ＋δd u d t,(２)式中,F t 为汽车驱动力(N );F f 为滚动阻力(N );F i 为坡度阻力(N );F w 为空气阻力(N );F j 为加速阻力(N );T t q 为发动机转矩(N m );i g 为变速箱传动比;i ０为后桥主减速比;ηT 为传动系机械效率;r 为车轮半径(m );G 为汽车重量(N );f 为滚动阻力系数;i 为坡度;C D 为空气阻力系数;A 为整车迎风面积(m ２);u 和u a 为车速(m /s );δ为汽车旋转质量换算系数;t 为时间(s).发动机转矩曲线常采用最小二乘法拟合所得到的与发动机转速相关的多项式来表示:T t q ＝a ０＋a １n ＋a ２n ２＋＋a k n k,(３)式中,a ０㊁a １㊁a ２㊁a k 为发动机转矩曲线拟合系数,n 为发动机转速(r /m i n ).当求解最高车速时,坡度阻力和加速阻力忽略不计,即可得到驱动力和发动机转速的关系式:u a ＝０．３７７r ni gi ０,(４)式(４)结合车辆已知的动力参数即可求出车辆各挡位的最高车速.当求解整车加速度时,令坡道阻力F i 为零并联立式(１)和式(２)可得:d u d t ＝１δm(F t －F f －F w ),(５)当车速从u １加速到u ２时有:t ＝ʏu ２u １１ad u ,(６)根据式(６)可采用计算机积分计算获得加速时间.１．２㊀整车经济性理论基础整车经济性常采用特定工况下百公里油耗来评价,国五阶段我国采用的是N E D C 循环工况,国六阶段将采用W L T P 循环工况.通常轻型商用车对标设计中需要通过计算变速器处于最高挡时,不同速度下的等速行驶工况燃油消耗量来评价车辆的经济性.百公里燃油消耗量Q t 计算方法如下:Q t ＝P e b１．０２u a ρg ,(７)式中,P e 为发动机功率(k W );b 为燃油消耗率[g /(k W h )];ρ为燃油密度(k g /L );g 为重力加速度(m /s２).２㊀整车参数和阻力系数测定２．１㊀整车设计目标整车设计目标要求在３个不同载荷工况下M u l e 车动力性经济性指标总体优于标杆车型.２．２㊀整车参数标杆车型和M u l e 车部分整车参数及载荷工况如表１所示.２．３㊀道路滑行阻力系数测定当无法获取精确标杆车型车身参数时,可以通过特定工况下汽车滑行试验方法[１０]得到的阻力系数进行仿真计算或室内转毂试验.汽车行驶阻力[９]包含滚动阻力㊁空气阻力㊁坡度阻力和加速阻力.汽车在平直路面滑行时,可以认为坡度阻力为零,则行驶阻力可表示为:F ＝a ＋b v ＋c v ２,(８)式中,F 为行驶阻力(N );v 为速度(m /s );a 为与速度v 无关的常数项阻力系数(道路摩擦力等);b 为与速度v 一次项相关的阻力系数(传动系阻力等);c 为与速度v 二次项相关的阻力系数(风阻等).在平均风速不超过２m /s ,相对湿度小于８０％,车辆已磨合并提前充分预热情况下可开展滑行试验.车辆进入滑行区段前选择合适的挡位加速至稍高于初始车速,随后驾驶员将变速器挂入空挡,松开离合器,汽车开始滑行.对于载荷过大导致车辆加速性能限制的情况,选择在试验场地车辆所能达到的最高车速向下圆整５k m /h 倍数车速为初始车速.试验往返多次,往返区段尽量重合,取平均值作为试验结果.滑行试验精度应小于３％,如果达不到,应增加试验次数直至数据合格.道路滑行试验结果如图１所示.０４安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷通过对数据拟合得到滑行阻力系数a ,b ,c 如表２所示.通过对比可得不同工况下M u l e 车滑行阻力均小于标杆车型.在同等载质量条件下,车速越高,M u l e 车阻力优势越明显;在同等车速下,载质量越大,M u l e 车阻力优势越明显.表１㊀部分整车参数及载荷工况表车型M u l e 车标杆车型J整车尺寸/mm５９９５∗２４００∗２４２０５９９５∗２４００∗２５００轴距/mm３３０８３２８０额定功率/转速/k w r pm －１１２５/２６００１２５/２６００最大扭矩/转/N m r pm －１６００/１２００~２０００６００/１４００~１８００变速器速比７．３４,５．２４,３．７６,２．８２,１．９５,１．３９,１．００,０．７５,R L７．３４,R H １．９５９．０６,６．７８,５．１,３．９１,３．０５,２．３２,１．７３,１．３,１．００,０．７８,R L ７．５５,R H ３．９１轮胎规格８．２５R １６８．２５R １６后桥速比３．９０９４．３３整备质量/k g４３４０４５００工况A 载质量/k g ６０００６０００工况B 载质量/k g９０００９０００工况C 载质量/k g １２０００１２０００表２㊀不同工况滑行阻力系数车型工况abc标杆车型空载２７５．８１５．３６２０．１７工况A ６２３．８６１．５５５０．２３５工况B８１０．６４－０．４８９０．２７工况C ９９７．４３－２．５３２０．３０５M u l e空载２３７．９７６．９６４０．１３工况A ５２２．３４６．７６５０．１５１工况B ６６５．７２６．６６５０．１６１工况C ８０９．１６．５６５０．１７１图１㊀车速Ｇ道路滑行阻力３㊀A V LC r u i s e 建模与仿真A V LC r u i s e 是一款广泛应用的车辆传动系统仿真软件[１１],其采用模块化理念可以快速构建不同结构车辆模型,广泛应用于整车性能(动力性㊁经济性㊁制动性能㊁传动系振动等)㊁发动机排放㊁变速箱设计优化等仿真领域,可以找到效率㊁排放㊁性能和驾驶质量之间的最佳平衡[１２Ｇ１３].使用C r u i s e 仿真软件模拟整车行驶情况,并计算出整车的动力性和经济性指标可以缩短产品开发周期,快速筛选方案,降低开发成本.１４第３期朱路生,等:基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析３．１㊀C r u i s e建模流程㊀㊀图２㊀仿真流程图A V LC r u i s e 仿真流程如图２所示,仿真前期准备主要是参数收集,包含底盘零部件参数㊁车身参数㊁发动机参数和整车电气原理.之后在C r u i s e 中将软件中自带的各个模块进行机械连接或数据连接,根据整车总布置方案可得轻型商用车整车模型如图３所示.设计人员需要在完成后定义计算任务,例如循环工况计算过程中输入为驾驶循环曲线和确定车辆载荷参数,等速油耗工况需设定测量速度点和驾驶程序,起步连续换挡加速工况需要提供初始速度和目标车速,超车加速工况则需要输入变速器挡位㊁起点车速㊁终点车速等.完成计算后可以通过C r u i s e 完成计算数据和图表的输出,并将计算结果与标杆车或根据市场需求确定的设计要求值进行对比分析,确认该系统的动力性能㊁经济性能是否满足需求.如不满足需求,须对传动系统相关参数如后桥主减速比,发动机性能或变速器进行调整优化,适当兼顾动力性能及经济性能,确定一个最佳的传动系匹配结果.或根据不同用户需求及不同的车辆使用环境确定２~３个偏重于不同使用环境的最佳的传动系匹配结果,形成满足不同使用环境要求的各选装状态,供用户选择.图３㊀C r u i s e 整车模型３．２㊀C r u i s e 仿真工况及指标C r u i s e 可以同时开展多工况分析,主要包括巡航工况㊁爬坡工况㊁稳态行驶工况和加速工况.其中最高车速和最高挡等速油耗是利用稳态行驶工况计算,起步连续换挡加速时间和直接挡加速时间是利用加速工况计算.爬坡工况可以用于计算最大爬坡度.此次对标设计中主要动力性经济性参数指标如下:(１)最高车速计算:计算整车次高挡和最高挡最高车速.(２)起步连续换挡加速时间计算:选择计算车辆从车速为０开始连续换挡到车速８０k m /h 的加速时间.(３)直接挡加速时间计算:选择计算直接挡,即变速器速比为１．０时车速从４０~８０k m /h 的加速时间.(４)最高挡等速油耗计算:计算最高挡位下车速分别为４０k m /h ㊁５０k m /h ㊁６０k m /h ㊁７０k m /h ㊁２４安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷８０k m /h ㊁９０k m /h 的等速百公里油耗.４㊀仿真与试验结果对比分析４．１㊀仿真模型有效性验证通过将车辆载质量为６t 工况时的仿真和试验数据进行对比来进行仿真模型的有效性验证,具体数据如表３所示.通过对比可知:M u l e 车和标杆车型的整车动力性经济性仿真结果和试验数据的偏差在ʃ５％以内,可以清晰地看出整车动力性经济性仿真和试验数据结果的一致性较好,故整车仿真模型的参数匹配有效,模型建立正确.仿真数据与试验数据误差主要是由于仿真软件中发动机响应时间㊁人员操作换挡时间㊁传动系效率和发动机扭矩为稳态,而试验中则为瞬态变化所导致.４．２㊀仿真计算结果对比根据M u l e 车和标杆车型J 实际滑行阻力数据,利用C R U I S E 软件进行理论计算,结果如表４所示.从计算结果对比得出:①动力性:加载同等载荷条件下,M u l e 车最高挡和次高挡最高车速均高于标杆车型J ;０~８０k m /h 换挡加速M u l e 车优于标杆车型J ;４０~８０k m /h 次高挡加速时间M u l e 车略差于标杆车型J ,原因为次高挡时M u l e 车后桥小速比导致驱动扭矩较小;②经济性:M u l e 车在４０~５０k m /h 油耗与标杆车型相差不大,６０~９０k m /h 随着车速提高,M u l e 车经济性优势明显;在加载６０００k g ㊁９０００k g 和１２０００k g 工况下,M u l e 车综合油耗比标杆车型J 分别低１．６３L /１００k m ㊁１．８１L /１００k m 和２．０２L /１００k m .综上所述,M u l e 车除４０~８０k m /h 次高挡加速时间略差于标杆车型J ,其余性能与标杆车型基本相当或优于标杆车型,故M u l e 车总体性能优于标杆车型,满足设计目标.表３㊀６t 工况下动力性经济性仿真与试验数据类别车型类别M u l e 车标杆车型J 仿真试验误差/％仿真试验误差/％动力性次高挡最高车速/k m h－１１０５．４８１０７．８２９５．４２９４．８－１最高挡最高车速/k m h－１１１６．６９１１８１１０９．０５１１０．４１０~８０k m /h 额定转速换挡加速时间/s４５．４８４６．９３５５．０９５３－４４０~８０k m /h 次高挡加速时间/s ３３．９３３．３－２３１．２５２９．７－５经济性４０k m /h 油耗/L １００k m －１９．４２９．８１４９．２４９．６３４５０k m /h 油耗/L １００k m －１１０．６３１０．７７１１０．９５１１．２５３６０k m /h 油耗/L １００k m －１１１．９６１２．０９１１２．８８１３．０３１７０k m /h 油耗/L １００k m －１１３．７１１３．７５０１５．１１５．３７２８０k m /h 油耗/L １００k m －１１５．６７１６．０３２１７．７６１８．５５４９０k m /h 油耗/L １００k m －１１８．１１８．５２２０．８８２１．０８１表４㊀９t 和１２t 工况下动力性经济性仿真数据类别车型类别M u l e 车标杆车型J ABCAB C动力性次高挡最高车速/k m h－１１０５．４８１０４．３４１０３．２１９５．４２９４．４３９３．４７最高挡最高车速/k m h－１１１６．６９１１２．９１０９．４３１０９．０５１０４．６５１００．７１０~８０k m /h 额定转速换挡加速时间/s４５．４８５４．５３６４．６４５５．０９６４．６５７５．９４０~８０k m /h 次高挡加速时间/s ３３．９４５．８３５９．１２３１．２５４２．４３５５．０５经济性４０k m /h 油耗/L １００k m －１９．４２１０．６９１１．９９９．２４１０．６３１２．０１５０k m /h 油耗/L １００k m －１１０．６３１１．９１３．２１０．９５１２．２４１３．５５６０k m /h 油耗/L １００k m －１１１．９６１３．２８１４．５９１２．８８１４．２５１５．６３７０k m /h 油耗/L １００k m －１１３．７１１５．０５１６．４２１５．１１６．５８１８．０６８０k m /h 油耗/L １００k m －１１５．６７１７．１３１８．５７１７．７６１９．４６２１．１７９０k m /h 油耗/L １００k m －１１８．１１９．６２２１．１４２０．８８２２．９２５．０５３４第３期朱路生,等:基于C r u i s e 的轻卡动力性经济性仿真与试验分析４４安㊀徽㊀工㊀程㊀大㊀学㊀学㊀报第３５卷５㊀结论基于C r u i s e软件对M u l e车和标杆车型进行建模与仿真研究,并进一步结合试验研究对仿真结果进行验证.研究结果表明:仿真与试验结果的偏差在ʃ５％以内,表明C r u i s e软件仿真建模具有较高的正确性.通过３t㊁９t和１２t载荷工况下M u l e车和标杆车型的动力性经济性指标对比得出M u l e车总体性能优于标杆车型.C r u i s e软件仿真对整车性能具有较好的预测性,可以用于指导新车开发,为对标开发新车型提供了一种较为可靠的技术手段.参考文献:[１]㊀王锐,何洪文．基于C r u i s e的整车动力性能仿真分析[J]．车辆与动力技术,２００９(２):２４Ｇ２６,３６．[２]㊀刘振军,赵海峰,秦大同．基于C R U I S E的动力传动系统建模与仿真分析[J]．重庆大学学报:自然科学版,２００５(１１):１２Ｇ１５,２７．[３]㊀王君银,何锋,杨冬根,等．纯电动商务车动力系统匹配与性能仿真[J]．机械设计与制造,２０１７(８):２３５Ｇ２３８．[４]㊀王琳,王鹏飞,业红玲,等．基于C r u i s e汽车动力性仿真及分析研究[J]．蚌埠学院学报,２０１９,８(２):４７Ｇ５１．[５]㊀颜廷坤,何锋,周凯．纯电动商务车动力传动系统参数优化[J]．机械设计与制造,２０１９(９):１６５Ｇ１６７,１７１．[６]㊀郑锦汤,陈吉清．纯电动汽车动力系统速比优化设计[J]．机械传动,２０１９,４３(４):７９Ｇ８２,９３．[７]㊀陈坤,李君,曲大为,等．农田作业工况下拖拉机性能仿真分析与试验[J]．科学技术与工程,２０１９,１９(６):１１０Ｇ１１５．[８]㊀杨泽平,何锋,伍鹏,等．增程式电动城市客车动力系统匹配与仿真[J]．机械设计与制造,２０１８(５):１３４Ｇ１３６,１４０．[９]㊀余志生．汽车理论(第五版)[M]．北京:机械工业出版社,２００９．[１０]G B/T１２５３６Ｇ２０１７．汽车滑行试验方法[S][１１]QZ HA N G,XF U,KL I,e t a l．P o w e r t r a i ns y s t e m m a t c h i n g o p t i m i z a t i o na n dr e g e n e r a t i v eb r a k i n g s t r a t e g y f o r p u r e eＧl e c t r i c v e h i c l e[J]．A c t aS i m u l．S y s t．S i n,２０１６,２８:６００Ｇ６０９．[１２]JWU,CZ HA N G,N C U I,e t a l．A n i m p r o v e de n e r g y m a n a g e m e n t s t r a t e g y f o r p a r a l l e l h y b r i de l e c t r i cv e h i c l e[C]//I n P r o c e e d i n g s o f t h e６t h W o r l dC o n g r e s s o n I n t e l l i g e n tC o n t r o l&A u t o m a t i o n,D a l i a n:I E E E,２００６:８３３９Ｇ８３４３．[１３]XF U,H WA N G,NC U I,e t a l．E n e r g y m a n a g e m e n t s t r a t e g y b a s e d o n t h e d r i v i n g c y c l em o d e l f o r p l u g i nh y b r i d e l e c t r i c v e h i c l e s[J]．A b s t r．A p p l．A n a l．,２０１４:３４１０９６．S i m u l a t i o na n dT e s tA n a l y s i s o fL i g h t T r u c kP e r f o r m a n c e a n dF u e l C o n s u m p t i o nB a s e d o nC r u i s eZ HU L u s h e n g１,P A NJ i a b a o２∗,WA N GS h i q i a n g１(１．J A C M o t o r s,H e f e i,２３０６０１,C h i n a;２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l a n dA u t o m o t i v eE n g i n e e r i n g,A n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h u,２４１０００,C h i n a)A b s t r a c t:B e n c h m a r ko f v e h i c l e＇s p e r f o r m a n c e a n d f u e l c o n s u m p t i o n i s an e c e s s a r y s t a g e i n t h ed e s i g n i n g a n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s so f l i g h t t r u c k s,a n da l s oa n i m p o r t a n tm e a n so f e v a l u a t i n g t h eo v e r a l l p e rＧf o r m a n c eo f t h e v e h i c l e．T a k e a d e v e l o p e dM u l e c a r s a s a n o b j e c t a n d b e n c h m a r km o d e l a r e s e l e c t e d．F i r s tＧl y,t h eM u l e c a r s a n db e n c h m a r k m o d e lw e r e f o r f u r t h e rm o d e l e da n ds i m u l a t e dt o g e n e r a t e t h e o r e t i c a l p a r a m e t e r s o f t h ev e h i c l e＇s p e r f o r m a n c ea n df u e l c o n s u m p t i o nu n d e rd i f f e r e n t l o a dc o n d i t i o n sb a s e do nC r u i s e．S e c o n d l y,b y c o m p a r i n g t h e s i m u l a t i o nd a t a a n d t e s t d a t a u n d e r６t o n s l o a d c o n d i t i o n s t h e a c c u r aＧc y o f t h e p o w e rm a t c h i n g d a t a a n d t h e c o r r e c t n e s s o f t h em o d e lw e r e v e r i f i e d．F i n a l l y,t h r o u g h t h e c o mＧp a r i s o no f t h e v e h i c l e＇s p e r f o r m a n c e a n d f u e l c o n s u m p t i o nu n d e rd i f f e r e n tw o r k i n g c o n d i t i o n s,t h em u l e c a r i s p r o v e d t o b e g e n e r a l l y b e t t e r t h a n t h a t o f t h e b e n c h c a r u n d e r v a r i o u s l o a d c o n d i t i o n s,w h i c hm e e t s t h e d e s i g n g o a l s．K e y w o r d s:l i g h t t r u c k;A V Lc r u i s e;p e r f o r m a n c e a n d e c o n o m y;m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n。

基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真

第35卷第1期2019年1月森林工程FOREST ENGINEERING V ol.35 No.1Jan., 2019基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真李胜琴，于博*(东北林业大学交通学院，哈尔滨150040)摘要：纯电动汽车是目前研究和开发的热点，而动力传动系统参数匹配设计是纯电动汽车的关键技术。

本文针对某款纯电动汽车，进行动力传动系统参数匹配设计。

按照整车性能要求，依据动力学原理，对车辆电机、电池、主减速比等动力参数进行设计及匹配计算，利用A V L C R U I S E软件，建立目标车辆的整车模型，并用S im u lin k搭建制动能量回收模型，结合N E D C和F T P75两种典型工况进行联合仿真。

仿真试验结果表明，本文所设计的动力传动系统参数和制动能量回收控制策略能够满足目标车辆的性能要求，可以有效提高车辆的动力学性能，增加车辆的续驶里程，提高电池的寿命。

本文研究内容可以为纯电动汽车动力传动系统的设计和控制策略的研究提供参考。

关键词：纯电动汽车；动力系统；C R U I S E仿真；制动能量回收中图分类号：U463.1文献标志码：A文章编号：1006-8023(2019)01-0080-07 Matching Design and Simulation for Power Train Parameter of PureElectric Vehicle Based on CRUISEL I S h en gq in,YU B o(S ch ool o f T ra ffic, N ortheast Forestry U niversity, H a rb in 150040)A b s t r a c t：P u re e le c tr ic v e h ic le s are the h otsp ot o f cu rren t re se a rch a n d d e v e lo p m e n t, a n d the p o w e r train pa ra m eter m atch ing d esign is the k ey tech n olog y o f pure e le ctric v eh icle s. In this p aper, a p ow er train param eter m atch ing d esig n is a p p lied to a pure e le ctric v e h icle. A c co r d in g to the p erform a n ce requirem ents o f the v e h icle an d the d yn a m ic p rin cip le, the d esig n and m atch in g ca lcu la tio n o f the v e h ic le’ s m otor, battery, m ain red u ctio n ratio an d other d yn a m ic param eters are ca rried out. T he A V L C R U IS E softw are is u sed to e sta b lish the v e h ic le m o d e l o f the target v e h ic le, an d the b rak in g en erg y re co v e ry m o d e l is bu ilt w ith S im u link. C om b in ed w ith two typ ica l w ork in g co n d itio n s, N E D C an d F T P75, the jo in t sim ulation is ca rried out. T he sim ulation results show that the p ow er train param eters an d brak in g energy recov ery con trol strategy d e sig n e d in this p a p er ca n m eet the p erform an ce requirem en ts o f the target v e h icle, w h ich ca n effe ctiv e ly im prove the d yn am ic p erform an ce o f the v e h icle, in crea se the drivin g range o f the v e h icle an d im prove the battery life. T h e research con ten t o f this p a p er ca n p rovid e referen ce fo r the research o f d esig n an d con trol strategy o f pure e le ctric v e h icle p ow er train.K e y w o rd s: P ure e le ctric v e h icle; p ow er train system; C U ISE sim ulation; brake energy recovery0引言随着能源危机的加剧，新能源汽车逐渐成为主角，己经成为今后的发展方向。

利用Cruise对某款车型进行动力性、经济性仿真分析

利用Cruise对某款车型进行动力性、经济性仿真分析上次对某电动车的驱动电机和动力电池进行了选型计算，本次就该选型方案进行Cruise仿真，已验证整车性能。

整车动力性、经济性仿真报告1 目的与范围1.1 目的本车型是在成熟的底盘平台上开发，因此需要对动力传动系统进行重新匹配设计。

本文档根据所提出的动力性、经济性能指标，完成动力传动系统的正向匹配计算和电机、电池的初步选型工作，可为性能指标的实现提供理论指导。

1.2 适用范围本文适用于纯电动汽车的动力性、经济性的概念设计阶段。

2 工作内容工作内容主要分为：a) 纯电动载货汽车整车参数b) 纯电动载货汽车设计性能目标c) 电机电池参数d) 动力性、经济性能仿真分析3 纯电动载货汽车整车参数表1 EV整车参数参数名称数值整车整备质量（kg）6300整车最大设计总质量（kg）12000半载质量（kg）9150长x宽x高（mm）8000X2500X3180前悬/后悬长度（mm）1370/2130轴距（mm）4500迎风面积（m^2） 5.79风阻系数0.77滚动阻力系数0.01主减速器传动比 5.833传动效率0.9轮胎型号9.00R20轮胎滚动半径(mm) 4965 纯电动载货汽车整车设计性能目标表2 电动车性能指标设计项目目标值最大爬坡度（%）≥20 0-50km/h加速时间（s）≤20 30分钟最高车速（km/h）≥80 1km最高车速（km/h）≥80等速40km/h续驶里程（km）≥200注：其中电池+电机效率为估计值。

6 电机参数7 电池参数电池电池类型锂电池单体电压（V） 3.2单体容量（Ah）25电压平台（V）576成组后总容量（Ah）175成组后总电量（kWh）100.8串并方式7并180串8动力系统方案验证为验证搭载电机后整车的动力性、经济性，应用AVL-CRUISE 软件，建立的整车纵向动力学模型根据GB/T 18385 《电动汽车动力性能试验方法》和GB/T 18386 《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》相关规定完成仿真模型的设置依次对各指标进行仿真计算，搭建整车模型如下：图1整车模型8.1 NEDC循环工况NEDC工况，半载质量，NEDC循环工况（最高车速80km/h）仿真结果如下，电池SOC由100%放电到10%，续驶里程为113km，百公里电耗为79.4kwh（未考虑电网充电效率）。

基于Cruise的整车动力性能仿真分析

关键词 :Cruise;动力性 ;建模仿真中图分类号 :U462. 3+1 文献标识码 :A
SimulationandAnalysisonVehicularPower PerformancewithCruise
WANGRui, HEHong-wen
(NationalEngineeringLaboratoryforElectricVehicle, Beijinginstituteoftechnology, Beijing, 10081)
2.2 计算最大爬坡度
利用已经配置好的参数 , 计算项目 (Project)下的任务文件夹 (TaskFolder)中添加爬坡性能 (climbingperformance), 与 2.1类似地针对计算意图对仿真条件进行选择 , 如图 6.这里选择原地起步 (startingfrom rest)并且不考虑 ”, 将仿真
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车辆与动力技术
2 009 年
(Driver)文件夹下在 “根据转速换档 (ShiftingAccordingtoSpeed)” 一栏中将升档转速确定为 2800 r/min(由于是连续换档加速 , 所以降档转速并没有实际用处 , 只要设为低于升档转速即可 ), 这样每当发动机转速达到 2800 r/min时 , 变速箱就会自动升档 .将仿真模式设置为 Simulation, 即采用正向动态仿真方法 , 考虑轮胎的滑移 (withslip), 运行计算任务 , 得到结果为 0 ～ 100 km/h加速时间为 28.2 s(图 4).用理论公式在 MATLAB环境下编程计算 , 得到的结果为 27.2 s.原型车进行多次实际路面加速度测试 , 所得到的平均结果为 29 s, 由此可见采用 Cruise建模仿真得到的加速性能结果

基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真

基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真作者：李胜琴于博来源：《森林工程》2019年第01期摘要：纯电动汽车是目前研究和开发的热点，而动力传动系统参数匹配设计是纯电动汽车的关键技术。

本文针对某款纯电动汽车，进行动力传动系统参数匹配设计。

按照整车性能要求，依据动力学原理，对车辆电机、电池、主减速比等动力参数进行设计及匹配计算，利用AVL CRUISE软件，建立目标车辆的整车模型，并用Simulink搭建制动能量回收模型，结合NEDC和FTP75两种典型工况进行联合仿真。

本文研究内容可以为纯电动汽车动力传动系统的设计和控制策略的研究提供参考。

关键词：纯电动汽车;动力系统;CRUISE仿真;制动能量回收中图分类号：U463.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8023（2019）01-0080-07Abstract： Pure electric vehicles are the hotspot of current research and development， and the power train parameter matching design is the key technology of pure electric vehicles. In this paper，a power train parameter matching design is applied to a pure electric vehicle. According to the performance requirements of the vehicle and the dynamic principle， the design and matching calculation of the vehicle’s motor， battery， main reduction ratio and other dynamic parameters are carried out. The AVL CRUISE software is used to establish the vehicle model of the target vehicle，and the braking energy recovery model is built with Simulink. Combined with two typical working conditions， NEDC and FTP75， the joint simulation is carried out. The simulation results show thatthe power train parameters and braking energy recovery control strategy designed in this paper can meet the performance requirements of the target vehicle， which can effectively improve the dynamic performance of the vehicle， increase the driving range of the vehicle and improve the battery life. The research content of this paper can provide reference for the research of design and control strategy of pure electric vehicle power train.Keywords： Pure electric vehicle; power train system; CUISE simulation; brake energy recovery 0 引言随着能源危机的加剧，新能源汽车逐渐成为主角，已经成为今后的发展方向。

基于Cruise的纯电动汽车能量流仿真优化分析

图4不带制动能量回收能量流分布图图5带制动能量回收能量流分布图图8优化后能量流分布图图2制动能量回收map图1008801502503505506506505503508070070006040200020406080车速kmh踏板开度100120140图7优化后制动能量回收map图3505507509509507505503501008060402000204060车速kmh制动踏板开度80100120140图6带制动能量回收能量流分配比例图风阻功耗内阻功耗制动损失电机损失附件功耗能量回收635413313662749052262330123242能量流分布仿真结果2230412147298滚阻功耗图3cwtvc循环曲线1009080706050403020100020040060080010001200140016001800市区循环0s900s公路循环900s1368s时间s速度kmh高速循环1368s1800s万方数据86autotimenewenergyautomobile新能源汽车5能量流测试验证为了验证整车能量流仿真模型的准确性通过台架试验测试系统对主要系统的能量流损失进行测试搭建测试台架如图10所示
1.0 350 550
0.8 750 950
0.6
0.4
对于不带制动能量回收节油能耗 12.3%。带制动能量回收情况下整车各系统能量
流损失分配比例情况如图 6 所示，能量损耗主要用于了克服行驶阻力，约占总能耗的 66.5%。减速制动能量约占 20%，回收了 12% 左右。
2 能量流仿真建模
2.1 整车模型建立纯电动汽车与传统燃油车一样都是由动
力传动系统、车身、底盘和电器系统组成，主要区别在于纯电动汽车是电力驱动系统，同时增加电源管理系统。应用 AVL-Cruise 建立整车能量流仿真模型如下：

201_基于CRUISE的纯电动轿车动力总成参数优化匹配及性能仿真分析_一汽技术中心_王燕等

表 2 整车性能指标要求
项目最高车速,km/h 0-100km/h 加速时间,s 动力性 0-50km/h 加速时间,s 爬坡度,% 马路台阶,mm NEDC 电耗,kWh/100km 经济性 NEDC 续驶里程,km ≥140 指标 ≥140 ≤12 ≤5 ≥30 100mm ≤15 加载 100kg 备注半载半载半载满载满载
4.
4.1
动力总成参数匹配
驱动电机参数匹配驱动电机参数匹配重点工作集中在电机峰值输出扭矩、电机峰值输出/输入功率、额定
输出功率、电机最高转速；同时在匹配电机参数时，需考虑不同工况工作点范围，为电机后续设计提供数据支持。 4.1.1 电机峰值扭矩
电机峰值扭矩主要影响整车破路起步能力、攀爬马路台阶（curb hight）能力、起步加速度，因此在减速器速比固定的前提下，主要考虑这些方面即可，峰值扭矩 Tmax=MAX （Tmax1，Tmax2）。（1）满足最大爬坡度的峰值扭矩 Tmax1 Tmax1 由最大爬坡度和最大速比（固定减速比）共同确定，关系式如式（1）所示：
（2）满足马路台阶（或 curb hight，100mm）的电机最大扭矩 Tmax2
此处考虑的是极端情况，即整车满载，正向，静止开始爬上马路台阶（100mm）即可，对电机的需求扭矩较大。攀爬马路台阶是否有需求，这可根据整车设计需求而定。当电机需求扭矩过大，无法进行合理的设计时，此处要求可降低。考虑 curb hight，驱动轮受力情况如图 4 所示，由公式（2）可知，满足 100mm 的 curb hight 需求时，电机扭矩为 260Nm，同样考虑整车后续开发中，整备质量有增加的风险，预留一定余量，选电机扭矩为 265Nm。验证其起步加速度为 4.04m/s^2，可满足典型工况起步加速度要求。

某纯电动轿车动力系统匹配设计及CRUISE仿真研究

Research on Power System Matching and Simulation of Pure Electric Vehicle Based on CRUISE
Cui Shuhua, Chi Yunchao (School of Traffic, Northeast Forestry University, Harbin 150040)
1 动力系统匹配设计
选取某一款对动力性有较高要求的纯电动汽车进行设计研究。本文所研究的纯电动汽车整车
加速过程最大功率为
( ) P = P t all- max
all
t =tm
= δ mum 3600ηt dt
um
− um
tm
− tm
dt
x +
mgfum 3600ηt
0 引言
纯电动汽车的车载动力源为驱动电机和动力电池，动力性和经济性是主要的性能指标之。汽车的动力性主要是由汽车的最高车速、加速时间以及最大爬坡度［1］。合理的对其动力系统关键零部件的参数进行匹配不仅可以满足纯电动汽车整车的动力性要求，还可以提高纯电动汽车的续驶
收稿日期：2017-11-08 基金项目：黑龙江省自然科学基金（E2016003）第一作者简介：崔淑华，硕士，教授。研究方向：汽车节能减排技术。E-mail：csh1218@ 引文格式：崔淑华，迟云超 . 基于 CRUISE 的纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真研究［J］. 森林工程 , 2018, 34(2) : 65-69.
对纯电动汽车的动力单元即驱动电机动力电池等关键部件的选型与参数计算纯电动汽车电池驱动电机以及传动系各组成部分之间匹配程度是影响汽车动力性的重要因素也是提高汽车综合性能并推动汽车节能的重要举措之一2avlcruise软件可以实现对复杂车辆动力传动系统的仿真分析和快速搭建各种复杂的动力传动系统模型并可同

基于CRUISE的纯电动轿车性能仿真与试验研究

基于CRUISE的纯电动轿车性能仿真与试验研究岳凤来;张俊红;周能辉;郑广州【摘要】利用CRUISE软件建立某纯电动轿车动力系统模型，并进行其动力性能仿真，为动力系统选配提供参考。

选定原车变速器2挡作为固定速比传动，计算了该电动汽车的续驶里程，并进行了试验，仿真结果与试验数据很接近，验证了所建模型的合理性。

%A model for the powertrain of a pure electric car is established with CRUISE software, and a simulation on its power performance is conducted, providing references for the selection of powertrain. Taking the 2nd gear of transmission as fixed ratio drive, the driving range of electric car is calculated with corresponding test performed. The simulation results are very close to test data, verifying the rationality of the model built.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P669-672)【关键词】纯电动轿车;CRUISE;性能仿真【作者】岳凤来;张俊红;周能辉;郑广州【作者单位】天津大学，内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072; 天津清源电动车辆有限责任公司，天津300457;天津大学，内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072;天津清源电动车辆有限责任公司，天津 300457;天津清源电动车辆有限责任公司，天津 300457【正文语种】中文前言在给定的电池条件下，对电动汽车动力系统各部件进行合理选择，提高电动汽车的动力性能，增加续驶里程，是电动汽车研发机构的共同目标［1］。

基于CRUISE的ISG混合动力系统匹配与仿真分析

本文以ISG混合动力系统汽车的动力系统作为主要研究对象，确定其主要系统参数，详细分析ISG混合动力系统的结构和工作原理。

并以某一传统燃油车为基础，为其匹配ISG混动系统，采用AVL公司的汽车仿真分析软件CRUISE作为仿真工具，分析匹配ISG混动相较传统燃油车的性能变化1　ISG混合动力系统介绍ISG混合动力系统主要由发动机、ISG电机、动力电池、整车控制系统等组成。

与传动的纯燃油发动机汽车相比，采用ISG混合动力系统的汽车可以选择功率相对较小的发动机做主动力源，使其基本保持在高效区域工作。

当遇到车辆需要大功率输出情况时，ISG电机会输出功率，辅助发动机动力输出，满足汽车的实际功率需求。

ISG混合动力系统把起动/发电一体电机与发动机曲轴的输出端固定连接在一起，这样就可以取消了原有的发动机飞轮。

根据实际设计需要，I SG混合动力系统可在发动机与变速器之间添加自动离合器。

这样使得ISG系统比BSG混合动力系统控制上更为灵活。

ISG混合动力系统具有发动机和ISG电机两个动力源输出动力，同时ISG还可以回收制动能量。

因此，ISG混合动力系统的控制策略对整车的动力性和经济性都有较大影响。

优秀的混动控制策略功能能够保证混合动力系统在不同使用工况下，根据发动机和ISG电机各自不同的特性，使整个混合动力系统在满足汽车实际工况需求的情况下高效运行。

控制策略要对ISG混合动力系统的实际工作模式进行控制和判断，同时还要保证发动机和ISG电机高效运行。

所有控制策略保证系统运行满足发动机最低和最高转速、ISG电机最大转速和转矩、动力电池SOC 范围、车速最大值等诸多限制条件。

2　CRUISE软件的特点CRUISE软件是由奥地利AVL公司开发的一款应用于车辆动力学的仿真软件，该软件可以实现传统燃油车、纯电动汽车和各种结构的混合动力电动汽车整车动力性、经济性分析，既可以应用在传统车的开发流程中，也可以应用在新能源汽车以及特种车辆的开发流程中。