纯电动汽车动力匹配计算与仿真_查鸿山
纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.19.001
纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真分析
白素强，杨瑞兆，邓家奇
（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安710200）
摘要：论文依据整车性能指标，通过理论分析和计算，对某8×4载货车动力系统参数进行匹配，基于A VL-Cruise 建立整车模型并进行仿真分析，验证动力系统参数匹配的合理性，为纯电动车动力系统参数匹配及仿真提供分析方法。
关键词：纯电动汽车；参数匹配；动力系统；仿真分析
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）19-01-04
Parameter matching and simulation analysis of pure electric vehicle
powertrain system
Bai Suqiang, Yang Ruizhao, Deng Jiaqi
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi'an 710200 )
Abstract: According to the vehicle performance index and theoretical analysis calculation, the powertrain parameters of a 8×4 truck were matched. Based on A VL-Cruse, the vehicle model was established and simulated. the rationality of powertrain parameters matching was verified, and the analysis method was provided for the powertrain parameters matching and simulation of pure electric vehicle.
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
随着可持续发展理念的兴起以及环境保护意识的增强，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了广泛关注和研究。而电动汽车的动力系统是其核心和关键，影响着整车的性能和使用体验。为了最大程度地发挥电动汽车的优势和提高其性能，匹配设计和性能仿真成为了重要的研究方向。
电动汽车的动力系统由电机、电池组以及控制系统组成。电机作为动力的源泉，直接影响着车辆的驱动性能。电池组作为能量储存与释放装置，影响着车辆的续航能力和使用寿命。控制系统则负责电机和电池组的协调工作，确保整个系统的稳定运行。因此，动力系统的匹配设计至关重要。
动力系统的匹配设计需要考虑以下几个方面：电机功率与车辆质量的匹配、电池组容量和电机功率的匹配以及控制系统的设计。首先，电机功率与车辆质量的匹配是为了确保动力输出与车辆的负载匹配，以充分发挥电机的性能。如果电机功率过小，无法满足车辆的加速和爬坡需求；而如果功率过大，会造成能量浪费和成本的增加。因此，需要根据车辆的质量和使用场景来选择合适的电机功率。
其次，电池组容量和电机功率的匹配是为了提供足够的能量储存和释放，以满足车辆的续航能力和动力需求。电池组容量过小会导致续航里程不足，限制了电动汽车的实用性；而容量过大则会增加车辆的重量和成本。因此，需要根据车辆的续航需求和电机的功率来选择合适的电池组容量。
最后，控制系统的设计是为了保证整个动力系统的安全和稳定运行。控制系统包括电机控制器和电池管理系统两个部分。
电机控制器负责电机的启停、转向和速度调节等功能；而电池管理系统则负责电池的充放电控制和性能监测。通过合理的控制系统设计，可以提高电动汽车的驾驶安全性和稳定性。
纯电动汽车动力匹配及校验仿真
Equipment Manufacturing Technology No.10，2017
0引言
汽车动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能[1]。所以，研究纯电动汽车的动力性对于其车辆性能有着重要的意义，而动力参数的合理匹配又对于提高纯电动汽车动力性起到关键作用。本文根据现有的某纯电动车电机和电池数据进行参数匹配研究，提高纯电动汽车动力性。
1纯电动汽车的动力系统结构
1.1纯电动汽车的组成及主要参数
电动汽车的动力系统主要由四个部分组成，即电动机、动力电池、传动系以及控制系统[2]。表1为参
考的纯电动汽车的主要参数。
1.2纯电动汽车动力性能要求
车辆动力性的三大指标分别是最高车速、加速时间以及最大爬坡度，所以主要按照这三个方面得
到纯电动汽车的设计要求如表2所示。
2纯电动汽车动力参数匹配
2.1驱动电机匹配
城市电动汽车经常出现停车、加减速和爬坡等过程，所以电动汽车的电机往往不在额定的工作状态，它对转矩的动态要求很高。因此，不仅需要依据
电机持续功率，而且需要获取电机的最大转矩、
最大功率以及最大转速。
2.1.1电机转矩
电机最大转矩应该满足最大爬坡度的设计要
求，所以当汽车用一档以最大爬坡度要求爬坡时，
速度为15km/h ，不存在加速阻力，故应该满足公式：
T tq max
i 0i g ηT
r ≥mgf cos αm +C D A 21.15u 2i +mg sin αm （1）其中T tq 为电机转矩；i 0，i g 分别是主减速比和变
速箱速比；ηT 为机械传动效率，取0.8.f 为滚动阻力系数；C D 和A 分别为风阻系数和迎风面积，δ为选择
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
摘要：随着环境保护意识的提高和对能源的需求不断增长，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具逐渐受到人们的关注。电动汽车动力系统的设计是实现其高效、可靠运行的关键。本文以电动汽车动力系统的匹配设计及性能仿真研究为主题，以图表的形式进行详细的实验数据分析和模拟仿真，旨在为电动汽车动力系统的优化设计提供参考。
1. 引言
电动汽车作为一种环保、节能的交通工具，其发展前景广阔。而电动汽车的性能与动力系统的匹配设计密切相关。优化的动力系统设计将直接影响电动汽车的性能表现，因此，通过动力系统性能的仿真研究，有助于提高电动汽车的整体性能。
2. 电动汽车动力系统匹配设计
2.1 电池组选择
电动汽车的动力源主要是电池组，对电池组的选择是动力系统匹配设计的关键。
首先，需要确定电动汽车的续航里程和国标工况下耗电量。根据这些参数，选择能够满足需求的电池组类型和容量，例如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。同时，还需要考虑电池组的成本、重量和体积等因素，综合评估选择合适的电池组。
2.2 电机选择
电动汽车的驱动器主要由电机组成，对电机的选择与电动汽车的动力性能密切相关。
首先，需要确定电动汽车所需的最大功率和最大扭矩值。根据这些参数，选择能够满足需求的电机类型和功率等级，例如直
流励磁电机、交流无刷电机等。同时，还需要考虑电机的效率、重量和体积等因素，综合评估选择合适的电机。
2.3 驱动系统设计
驱动系统是电动汽车动力系统的核心部分，其设计直接影响电动汽车的动力性能和能耗。
纯电动汽车动力匹配计算与仿真_查鸿山
车以最高车速行驶时 , 以最小传动比的档位行驶 ,
在最大爬坡度时以最大传动比的档位行驶 。电动汽
车最小传动比可由最高车速求取 [ 10 -12] , 为
itmin
=0.377
nmaxr vmax
(1 1)
式中 , nmax为电机最高转速 。
确定最大传动比时 , 要考虑三方面的问题 :最
大爬坡度 、 附着率和车辆最低稳定车速 。 当主减速
平衡方程式 (式中功率单位为 kW)如下
Pm
=
1 ηt
3m6g0fv0 +3G6i0v0 +7C6DA 1v 430
+3δm 60v0 d dvt
(4)
设计中通常从保证预期的最高车速来初步选择
驱动功率 。 电动汽车在水平上匀速行驶时 , 驱动力 用于克服滚动阻力和空 气阻力 [ 6] , 驱动电机功率
速度 va (风速为零时 va =v)。 1.3 电机功率
在电动汽车行驶过程中 , 不仅驱动力和行驶阻
力互相平衡 , 电机功率和行驶阻力功率也总是平衡
的 。电动汽车所受运动阻力所消耗的功率有滚动阻
力功率 Pf、 空气阻力功率 Pw、 坡度阻力功率 Pi及 加速阻力功率 Pj。假定风速为零 , 将 (3)式两边 乘以行驶速度 , 经单位换算整理可得电动汽车功率
1 电动汽车动力性能指标及其分析
纯电动汽车动力匹配及计算仿真
( ) Pe
≥
1 ηT
mgf 3600
umax
+
CD A 76140
u3 max
（ 4）
其中： umax 为汽车设计最高速度。求得： Pe ≥8. 92kW． 驱动电机的最大功率应满足汽车的最大爬坡度，根据式
（ 3） 有：
P
em
≥
1 ηT
（
mgfபைடு நூலகம்os 3600
a
m
u
i
+
mgsin am 3600
ui
转速和最高转速：
1 档最高转速下，车速为：
ua1 = 0. 377* np* Rr / （ i0* ig1）
（ 7）
2 档额定转速下，车速为：
验证动力匹配及动力性计算的准确性在车辆输入界面中修改好各个部件的文件后选择日本1015工况最后在输出结果界面上得到结果如图动力性advisor仿真图中的仿真结果中可知纯电动汽车的匹配参数满足所选的工况的要求行驶比较稳定没有出现警告信息
第 30 卷 第 2 期 文章编号： 1006 － 9348（ 2013） 02 － 0135 － 05
ABSTRACT： Based on the vehicle parameters and design requirements of a pure electric vehicle，drive motor and power battery are matched ． The power power interruptions appearing in power equilibrium programmed according to a suitable power matching are not allowed． So two solutions were proposed The parameters of the motor or the parameters of the gearbox should be changed． When it comes to the actual conditions，The transmission ratio of the two － speed gearbox was chosen in the case of keeping the motor parameters unchanged，the transmission ratio was conditioned by the requirements of dynamics，to meet the requirements of maximum speed，maximum grade ability，acceleration time and trip driving range condition and to ensure there is no interruption． MATLAB was used to calculate the dynamics and ADVISOR to check the dynamics and carrued out the trip driving range simulation． The calculation results indicate that the matching among the motor，the battery as well as the two － speed gearbox meets the design requirements． KEYWORDS： Pure electric vehicle（ PEV） ； Power matching； Power balance diagram； Power interruption ； Transmission ratio design
纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真研究
科技风2021年6月机械化工
DO/10.19392/kd1671-7341.202117075纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真研究
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
纯电动汽车动力学匹配与仿真
纯电动汽车动力学匹配与仿真
杨世安;张鹏
【摘要】根据纯电动汽车的整车参数进行动力性指标的设计,计算出系统的传动比、最高车速、最大爬坡度、等动力性评价指标,根据计算数据进行动力电池的匹配计算.并在cruise软件当中搭建纯电动汽车模型进行动力性仿真,仿真结果显示,系统
的动力性指标达到了设计要求.
【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2017(000)015
【总页数】3页(P85-86,97)
【关键词】电动汽车;动力仿真;cruise仿真
【作者】杨世安;张鹏
【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学试验与设备管理处,陕西西安 710064
【正文语种】中文
【中图分类】U469.7
CLC NO.:U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-85-03
当今世界能源危机和环境污染严重制约着汽车产业的进一步发展，以电动汽车为代表的新能源汽车是汽车产业未来发展的新方向。在电动汽车的设计过程中，合理有效的进行动力电池组、驱动电机以及电机控制器的参数匹配，是提高整车动力性能，优化车辆运行效率延长纯电动汽车续驶里程的核心技术。本文根据某一款纯电动汽
车的整车参数，设计计算传动系统参数，进行驱动电机参数匹配，设计动力电池的容量，在cruise软件中建立纯电动汽车整车模型进行整车动力性仿真计算。验证所设计的动力参数是否满足设计要求。
1.1 所选车型的整车参数
所选择的纯电动汽车的整车参数如下表1-1所示：
1.2 纯电动汽车传动系参数的
纯电动汽车动力系统参数匹配选择及计算仿真
纯电动汽车动力系统参数匹配选择及计算仿真
作者：李宗
来源：《汽车世界·车辆工程技术（下）》2019年第07期
摘要：现代社会城市化发展快速，城市中的交通负荷越来越中，现代燃油汽车尾气排放所带来的环境污染与噪声污染不容小觑，对城市居民日常生产生活都造成一定影响。纯电动汽车的出现希望解决这一问题，它所采用的是电机代替传统内燃机系统驱动整车，完全利用电能，基本实现了低噪声、零排放，相比于传统燃油汽车也取消了发动机、排气系统以及冷却系统。但是它的汽车动力系统设计也相比于燃油汽车更复杂，本文中简单分析了纯电动汽车的系统参数匹配选择与计算仿真过程，希望进一步了解纯电动汽车。
关键词：纯电动汽车;系统参数匹配;驱动系统;计算仿真过程;模型
1 纯电动车的基本结构分析
纯电动汽车的系统节本构成与传统燃油汽车截然不同，它的最大不同就體现在能源系统与驱动系统上，纯电动汽车的能源系统中包含了动力电池、管理系统，而驱动系统中包括了电机、电机控制器，它们所代替的是燃油车发动机中的控制系统，所以燃油车中的排气、冷却、燃油系统全部被取消。
在典型的纯电动车控制框架中，其整车是存在两条不同回路的，在高压回路中其电池组主要通过高压回路配合电池组对汽车电机控制器进行驱动，为汽车提供电力驱动其行驶。另外在低回路电池组电压中通过DC/DC变换器实施降压，配合纯电动汽车低压用电器进行供能优化，优化纯电动汽车的辅助系统发挥更好性能。当然，纯电动车整车的关键还在于对其动力系统参数的合理化匹配与计算仿真优化，下文也将围绕这两点展开论述。
2 纯电动车的动力系统参数匹配分析
纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.14.005
纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析
宋金龙
(厦门大学嘉庚学院机电工程学院，福建漳州363105)
摘要：文章以某电动汽车作为参考车型，对其动力性和经济性评价指标进行了阐述，并对其动力系统关键参数进行匹配计算，在整车仿真软件Cruise中搭建整车模型，对整车模型的动力性和经济性仿真分析。仿真结果显示，整车性能满足动力性和经济性要求，说明参数匹配设计的正确性。
关键词：纯电动汽车；参数匹配；仿真分析
中图分类号：U469.72文献标识码：A文章编号：1671-7988(2020)14-13-03
Parameter Matching And Simulation Analysis Of Pure Electric
Vehicle Power System
Song Jinlong
(School of Mechanical and Electrical Engineering,Xiamen University Tan Kah Kee College,Fujian Zhangzhou363105)
Abstract:In this paper,taking an electric vehicle as a reference model,the evaluation indexes of its power and economy are described,the key parameters of its power system are matched and calculated,the whole vehicle model is built in the software cruise,and the dynamic and economic simulation of the whole vehicle model is analyzed.The simulation results show that the vehicle performance meets the requirements of power and economy,which shows the correctness of parameter matching design.
纯电动汽车动力系统参数匹配选择及计算仿真
根据（3）式，在车速 ua=30km/h、爬坡度 20%时，电机输 出额定功率为 43.4kW。
由以上计 算 可 知 ，驱 动 电 机 额 定 功 率 Pe逸max[Pe1， Pe2]，即取 Pe=44kW。
2.2 确定驱动电机的峰值功率 驱动电机的峰值功率可以由下式计算得出[2]：
（4） 式（4）中 姿 为驱动电机过载系数，一般取 2耀3，由此可 知 Pmax=88耀132kW。 2.3 确定驱动电机的额定转速和峰值转速 对驱动电机本身而言，额定功率相同的驱动电机额定 转速越高，体积越小，质量越轻，造价越低。驱动电机转速 的选择既要考虑负载的要求，又要考虑驱动电机与传动机 构的经济性因素。 本文选择永磁同步式电机，根据驱动电机的特点并对 标其他类似电动车上采用的驱动电机，暂定驱动电机的额 定转速为 ne=4000r/min。 驱动电机的峰值转速和额定转速之间关系如下[2]：
（8）
取 Tmax=250Nm，由式（8）可计算 imin=6.4，确定减速器速 比下限为 imax=6.4。
3.2 减速器速比上限值的确定 由驱动电机的最高转速和最高行驶车速确定减速器 传动比上限 imax，公式如下：
（9）
取 umax=9000r/min，由式（9）可计 算 imax=9.1，确 定 减速 器速比上限为 imax=9.1。
表 3 电机需求参数
项目
纯电动汽车动力系统选型匹配及仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.15.006
纯电动汽车动力系统选型匹配及仿真分析
赵畅，朱春红，梁时光，龙建
（北京电子科技职业学院汽车工程学院，北京100176）
摘要：纯电动汽车动力系统的选型及匹配是整车开发过程中的关键问题。文章根据整车参数及性能指标，通过对动力系统进行匹配及计算确定驱动电机及动力电池组的关键参数。基于cruise仿真软件，搭建纯电动汽车仿真分析模型，并进行动力性及经济性的仿真分析。根据仿真结果与试验实测数据进行对比分析，进一步确定仿真模型的合理性，为后续仿真优化工作奠定了基础。
关键词：纯电动汽车；系统匹配；仿真分析；Cruise
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)15-15-04
Selection and Simulation Analysis of Electric Vehicle Power System
Zhao Chang, Zhu Chunhong, Liang Shiguang, Long Jian
（Automotive engineering school of Beijing Polytechnic, Beijing 100176）
Abstract: The selection and matching of electric vehicle power system is a key issue in the development process of the whole vehicle. According to the vehicle parameters and performance indicators, the key parameters of the motor and the power battery pack are determined by matching and calculating the power system. Based on the cruise simulation software, a pure electric vehicle simulation analysis model is built, and the dynamic and economic simulation analysis is carried out. According to the comparison between the simulation results and the experimental data, the rationality of the simulation model is further determined, which lays a foundation for the subsequent simulation optimization.
纯电动汽车动力匹配与仿真
表 1 整车动力性能及相关参数要求
最高车速（ km / h） 最大爬坡度
0 ～ 60 km / h 加速时间（ s）
≥60 ≥20%
≤20
整车整备质量（ kg） 轮胎滚动半径（ m）
满载质量（ kg）
1 100 0． 29 1 350
1． 2 动力系统结构选型 动力系统 采 用 铅 酸 动 力 电 池 作 为 动 力 源，并
比为主减速器传动比，即：
it
min
=
i0 ≤0．
377
nmax r va max
= 5.
22
取主减速器的传动比为 4． 2，即 i0 = 4. 2。
2． 3． 2 最大传动比的设计
确定汽车的最大传动比，要考虑 3 个方面的
问题： 最大爬坡度、附着率及最低稳定车速。由于
此车在良好路面上行驶，可以忽略附着率的影响。
本车选用的是采用矢量控制的永磁无刷直流 电动机，该电 动 机 是 近 年 来 随 着 电 力 电 子 器 件 及 新型永磁材 料 而 迅 速 发 展 成 熟 的 一 种 电 动 机，其 具有效率高、可靠性好、免维护及有效实现再生制 动等优点。动力系统结构如图 1 所示。
新能源汽车
滚动阻力系数： f = 0． 016
【关键词】 电动汽车 动力性能 参数匹配
doi： 10. 3969 / j. issn． 1007-4554． 2011． 09． 02
基于+CRUISE+的纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真
基于+CRUISE+的纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
2
第２９卷第３期安徽工程大学学报Vol．２９．No．３２０１４年９月Journal of Anhui Polytechnic University ,
文章编号: ( )
基于CRUISE的纯电动汽车
动力系统参数匹配与仿真
牛明强,郭兴众∗,孙驷洲,李慧媛
(安徽工程大学安徽省检测技术与节能装置重点实验室,安徽芜湖２４１０００)
摘要:开发和研究纯电动汽车是实现节能减排目标的重要手段之一．针对一款已知基本技术参数的电动汽车,根据该车动力
性和经济性设计要求,基于理论计算对主要部件参数进行匹配设计,然后采用CRUISE软件搭建整车模型,对整车性能仿真
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．
CRUISE
关键词:纯电动汽车;参数匹配;
仿真
中图分类号: , 文献标识码:
动力性和经济性是汽车重要的性能指标．动力性能通常用最高车速、加速时间和爬坡能力予以评价,经济性能通常用等速行驶与城市工况运行整车续驶里程予以评价[１]．合理良好的整车参数匹配方法不仅可以满足整车的动力性要求,而且可以提高车辆续驶里程,提升车辆经济性能．使用专业汽车仿真软件搭建所开发车辆的模型,对整车主要性能进行仿真分析,缩短其开发周期,降低开发成本[２]．
纯电动汽车以车载能源(动力电池、超级电容等)为储能动力源,具有零排放、低噪声、应用成本低等优点,是汽车行业未来的主要发展方向．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,对其动力性、经济性进行仿真分析研究．
纯电动汽车动力系统参数匹配及动力性能仿真
传动
系总
传动
比
i
t
下限可以有以下
2
种方法来确定：
（1） 由电动机最高转速对应最大输出扭矩和最高车速对应
行驶阻力确定传动系速比下限
it
≥ F vmaxr ηTv m a x
（5）
T 式中， vmax 为电动机最高转速时的输出扭矩 N·m；Fvmax 为
最高车速时的行驶阻力 N。 （2） 由电动机最大输出扭矩和最大爬坡度对应的行驶阻力 确定速比下限值
参考文献：
[1] 钟磊,高松,张令勇. 纯电动轿车动力传动装置参数匹配与动力性仿真[J]. 山东理工大学学报:自然科学版,2010, 24(1): 78~ 80.
70
2010 年第 12 期（总第 48 期）
研究论文
海峡科学
HAI XI A KE XUE
[2] 姬芬竹,高峰,吴志新. 电动汽车传动系参数设计及动力性仿真[J]. 北京航 空航天大学学报,2006,32(1): 108~111.
电动汽车参数匹配计算设计及仿真
电动汽车参数匹配计算设计及仿真
摘要：面对日益严重的能源与环境问题，电动汽车的开发正在成为各国政府和企业关注的问题。本文从电动车的参数匹配入手，介绍了汽车参数匹配的方法，接着就某款小型纯电动车的设计指标为依据，对于电动汽车参数进行合理匹配。动力参数计算完成后，采用MATLAB仿真软件建立电动车仿真模型，通过工况仿真验证参数匹配的合理性。
关键词：电动汽车；参数匹配；MATLAB；
0 引言
动力总成参数的匹配是影响纯电动汽车整车性能的重要因素，在本文中首先给出了电动汽车的参数匹配的方法，接着结合某款电动汽车的性能设计指标对其参数进行匹配，最后为了验证匹配效果，利用MATLAB/simulink建立电动汽车的模型。
1 纯电动汽车动力性能指标及参数匹配分析
在电动车受力分析方面可以借鉴一般汽车行驶过程中受力情况进行分析。电动车在运行过程中所受阻力包括空气阻力Fw，爬坡阻力Fi，加速阻力Fj，滚动阻力Ff。作用在车轮上的驱动力为Ft。
（1）
车辆的最高车速定义是，在平坦的公路上，在动力装置全加载情况下，车辆所显示的恒定速度车辆最高车速取决于车辆牵引力与阻力之间的关系，如下：
（2）
在最高车速行驶时，车辆受到的阻力主要来自于摩擦阻力和空气阻力，其中空气阻力占据主要部分。最高车速在传动系统中可以表示为
（3）
车辆的加速时间包括原地起步加速时间和超车加速时间。这里主要研究原地起步加速时间。原地起步加速时间是指车辆从静止开始以最大加速度起动，加速到某一个车速是所需时间。从低速v1经过额定车速vn到高速v2所用加速时间表示如下
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车以最高车速行驶时 , 以最小传动比的档位行驶 ,
在最大爬坡度时以最大传动比的档位行驶 。电动汽
车最小传动比可由最高车速求取 [ 10 -12] , 为
itmin
=0.377
nmaxr vmax
(1 1)
式中 , nmax为电机最高转速 。
确定最大传动比时 , 要考虑三方面的问题 :最
大爬坡度 、 附着率和车辆最低稳定车速 。 当主减速
nm ≤ nmax
(7)
∑ Ft(nm )≥ F(v)
其中 :系统最小传动比 itmin, 驱动电动机的工作转 速 nm (r/min), 驱动电动机以最大限流工作时车
辆获得的驱动力 Ft (N), 主驱动电动机的最高工 作转速 nmax (r/min)。 满足上式的车速最大值即为 车辆最高车速 vmax。 1.5 加速时间
48
中山大学学报 (自然科学版 )
第 49卷
Ft = ∑ F
(1)
电动汽车行驶动力方程式为
Ft =Ff +Fw +Fi +Fj
(2)
或
Tmigi0 ηt r
=mgfcosα+2C1D .A 15v2a
+Gsinα+δm
d dv t(3)
式中 , 变速器传动比 ig, 主减速器传动比 i0 , 传动 系统效率 ηt, 汽车质量 m, 车轮滚动阻力系数 f, 空气阻力系数 CD , 迎风面积 A, 道路坡度 α, 汽 车旋转质量转换系数 δ, 车速 v, 汽车与空气相对
第
49 201
卷 第 5 期 0年 9月
中山大学学报 (自然科学版 ) ACTA SCIENTIARUM NATURALIUM UNIVERSITATIS SUNYATSENI
VSole.p.49 2N0 o1.0 5
纯电动汽车动力匹配计算与仿真＊
查鸿山 , 宗志坚 , 刘忠途 , 伍庆龙
出于对能源危机和环境保护的关注及占领未来 世界汽车市场的考虑 , 电动汽车的发展越来越受到 人们的重视 [ 1] 。实 现电动汽车动力 性能优化的关 键在于适当设计其动力驱动系统 , 即实现动力电池 组 、 电机和电机控制器的优化匹配 [ 1 -3] 。本文以中 山大学 ECUV纯电动汽车为开发为例 , 在动力参数 匹配中首先确定驱动电机资源 , 然后合理匹配传动 系统参数和选择动力电池容量以实现整车综合性能 优化设计的目标 。
表 1 ECUV整车参数
Table1 ParametersofECUV
满载质 量 m 迎风面 积 A 车轮半 径 r 车轮滚 动阻力系数 f 风阻系 数 CD 质量转 换系数 δ 传动效 率 ηt
1 150 kg 1.6 m2 0.305 m 0.0 15 0.3 1.0 4 0.9 2
1 电动汽车动力性能指标及其分析
1.1 性能指标 评价电动汽车动力性能的主要指标有 :
1)最高车速 vmax (km/h); 2)加速时间 tf (s); 3)最大爬坡度 imax; 4)续驶里程 S(km)。
1.2 行驶阻力 和一般车辆行驶过程中受力一样 , 电动汽车在
行驶过程行驶阻力有 滚动阻力 Ff、 空气 阻力 Fw、
n= vi0 /(0.377r) 式中 :加速行驶起始车速 v1 , 电机额定转速对应车 速 vn, 加速行驶终止车速 v2 , 单位均为 km/h。 1.6 最大爬坡度
电动汽车的最大爬坡度 , 是指满载时在良好路
面上用第一档克服的最大坡度 。爬来自百度文库度用坡度的角 度值正切值的百分数来表示 。电动汽车最大爬坡度
功率 , 如图 (1)所示 , 车速为 40 km/h, 爬坡度 为 30%时所需功率根据式 (6)确定 , Pm =43.04 kW。 选择专为电动汽车设计的 22 kW永磁同步电 机 , 其主要 参数 :额 定电压 288 V, 额定 功率 22 kW, 瞬时最大功率 49 kW, 额定转速 3 000 r/min, 最高转速 5 000 r/min, 额定扭矩 70.8 Nm, 最大扭 矩 237 Nm。 电机 的额定功 率满足最 高车速要 求 , 电机的瞬时最大功率 , 满足最大爬坡性能要求 。
平衡方程式 (式中功率单位为 kW)如下
Pm
=
1 ηt
3m6g0fv0 +3G6i0v0 +7C6DA 1v 430
+3δm 60v0 d dvt
(4)
设计中通常从保证预期的最高车速来初步选择
驱动功率 。 电动汽车在水平上匀速行驶时 , 驱动力 用于克服滚动阻力和空 气阻力 [ 6] , 驱动电机功率
是指在满载 , 在干燥硬实路面的条件下 , 以最低档 所能通过的最大坡度 。 车辆爬坡度计算 [ 8 -9] :
imax
=tanαmax
=tan arcsinFt -CDAva2 -arcsinf mg 1 +f2
(9)
1.7 传动比
传动比对电动汽车的动力性能和耗电经济性有
较大的影响 。 一般来说 , 传动比越大 , 加速性能和
加速阻力
Fj和 坡度阻 力
F[ 4 -5] i
,
在行驶 过程 中 ,
驱动力总是等于上述阻力之和 。和普通汽车不一样
的是 , 电动汽车的驱动力来 自驱动电机而 非发动
机 , 电动汽车的驱动力 Ft由驱动电机产生的转矩 Tm 经传动系统传递到驱动轮上 。
＊ 收稿日期 : 2010 -02 -26 基金项目 :粤 港 关 键 领 域 重 点 突 破 资 助 项 目 (2006B80406001, 2007A010301010);广 东 省 工 业 公 关 资 助 项 目 (2007A010300012);广东省国际合作项目 (2008A050200008);广东省高新技术产业化项目 (2009A010200007) 作者简介 :查鸿山 (1974年生 ), 男 , 讲师 , 博士生 ;E-mail:zhahsh@mail2.sysu.edu.cn
速度 va (风速为零时 va =v)。 1.3 电机功率
在电动汽车行驶过程中 , 不仅驱动力和行驶阻
力互相平衡 , 电机功率和行驶阻力功率也总是平衡
的 。电动汽车所受运动阻力所消耗的功率有滚动阻
力功率 Pf、 空气阻力功率 Pw、 坡度阻力功率 Pi及 加速阻力功率 Pj。假定风速为零 , 将 (3)式两边 乘以行驶速度 , 经单位换算整理可得电动汽车功率
1 3.6
v2 v1
δm
dv
Ft -mgf-CDAv2 /21.15
∫ =
1 3.6
vn v0
Ft
δm -mgf-CDAv2 /21.15
dv
∫ +31.6
v2 vn
Ft
-mgf-CδmDAv2 /21.15dv
(8)
vn = 0.377nnr/i0
Ft =
Tamηti0 /r v≤ vn Tvηti0 /r vn ≤ v≤ v2
沥青或水泥路面上 , 汽车所能达到 的最大行驶速
度 。最高车速越高 , 要求的驱动电机功率也越大 ,
电动汽车的后备功率也就越大 , 所以电动汽车的最
高车速实质上也反映了汽车的加速 能力和爬坡能
力 。在设计过程中 , 电动汽车的最高车速计算公式 为 [ 7]
vmax =0.377r· nmax/itmin
间 。 目前 , 常用 0 ～ 100 km所需的时间来评价 。 2)超车加速时间 , 对提高汽车的平均行驶中
由某一车速开始 , 用最高挡或次高挡全力加速至某
一高速所需要的时间 , 用来表示汽车超车时的加速
能力 。目前常用 48 ～ 112 km/h所需的时间来评价 。
电动汽车加速时间计算式为
∫ tf =
关键词 :纯电动汽车 ;最高车速 ;加速时 间 ;续驶 里程 ;仿 真 中图分类号 :U462.3 文献标志码 :A 文章编号 :0529 -6579 (2010) 05 -0047-05
MatchingDesignandSimulationofPower TrainParametersforElectricalVehicle
器 i0 已知时 , 确定最大传动比也就是确定变速器 1
档传动比 ig1 。
ig1
≥
mg(fcosαmax +sinαmax)r Ttqmaxi0 ηT
(1 2)
一般电动汽车应具有爬上 30%坡道的能力 , 即 α≥
16.7°。
2 电动汽车设计实例
电动汽车在结构和动力系统放方面和传动汽车 有很大的不同 , 为进一步降低电动汽车能耗 , 在确 定方案时便明确了采用轻量化设计的铝合金底盘 。 以中山大学工学院 ECUV纯电动汽车的研制为例 , 整车的动力性能指标设计要求 :①最高车速 vamax≥ 120 km/h;②最大爬坡度 i≥ 30%;③续驶 里程 S ≥150 km;④100 km加速时 间 tf≤ 15 s。 下表是 ECUV电动汽车整车参数 :
电动汽车汽车加速时间包括汽车的原地起步加
速时间和超车加速时间 。加速时间越短 , 汽车的加 速性就越好 , 整车的动力性也就提高 。
1)原地 起步 加速 时间 :指汽 车从 静止状 态 下 , 由第一档起步 , 并以最大的加速 强度 (包括
节气门全开和选择最 恰当的换挡时机 )逐 步换至
高挡后 , 达到某一预定的车 速或距离所需 要的时
应大体等于但不小于以设计最高车速行驶时行驶阻
力功率之和 , 即
Pm
=
1 ηt
3m6g0f0vmax +76CD1A40v3max
(5)
电机的瞬时功率 Pm应满足车辆爬坡性能要求 , 为
Pm
=
1 ηt
mgfv+ Giv +CDAv3 3 600 3 600 76 140
(6)
1.4 最高车速 最高车速是指在无风条件下 , 在水平 、 良好的
图 1 坡度为 30%时驱动电机功率 Fig.1 Tractionpowerdemandedatgradability3 0%
undervaryingvehiclespeed
本款电动汽车的设计针对于城市交通 , 对于经 常在城市和良好公路上行驶的汽车 , 最大爬坡度在 10°左右即可 , 亦即 18%的爬坡度 。 图 2为坡度为 18%时驱动电机驱动功率 , 车速为 60 km/h, Pm = 33.01 kW。 该驱 动电机功率完全可以满足 城市交 通车速和爬坡度性能要求 。
ZHAHongshan, ZONGZhijian, LIUZhongtu, WUQinglong (EngineeringschoolofSunYat-senUniversity, Guangzhou510006, China)
Abstract:Basedontherequirmentofdynamicperformance, ascombinedwiththedesignofECUVdevelopedbySunYat-senUniversity, themethodandprincipleofparametersdesignfortractmotor, reductionratioandbattereies' capacityofelectricvehicleswereexploredanddiscussed.AperformancesimulationiscarriedoutbyapplyingMatlab/Simulink, andthesimulationresultsshowdesignrequirementis fulfilled. Keywords:batterycar;maximumspeed;accelerationtime;drivingrange;simulation
(中山大学工学院 , 广东 广州 510006)
摘 要 :针对电动汽车 设计动力性能指标 , 从车辆动力学出发建立了驱动电机功率计算 模型 , 给出了 系统传动
比 、 最高车速 、 加速时间等电动汽车动力性能 采参数计 算一般 公式 。 结合 开发实 例进行 电动汽车 动力电 池匹配 优化 , 并在 Matlab/Simulink下 进行系统续驶里程仿真计算 , 仿 真结果表 明 , 系统 动力特 性满足整 车的动 力性能 设计要求 。
爬坡能力较强 , 而耗电经济性变差 。 但如果过大 ,
则不能发挥驱动电机的全 部功率而达到应 有的车
速 。 传动比 越小 , 最高 车速较高 , 耗电经济 性较
第 5 期
查鸿山等 :纯电动汽车动力匹配计算与仿真
49
好 , 但加速性和爬坡能力较差 。
车辆传动比 it为
it =igi0
(1 0)
i0 , ig分别为主减速器速比和变速器速比 。电动汽