纯电动汽车匹配及优化分析

10.16638/ki.1671-7988.2021.05.006
纯电动汽车匹配及优化分析
赖征海，曹雪飞，刘殿科
（华晨汽车工程研究院，辽宁沈阳110141）
摘要：文章以A级轿车纯电动平台进行匹配分析，基于A VLCruise和MATLAB软件进行整车匹配及优化分析。

前期进行整车匹配选型工作，随着项目进行，中期试验样车进行动力性经济性试验验证，后期进行动力性问题整改，能耗的优化。

文章为汽车电动车型项目开发提供一定指导参考。

关键词：汽车；仿真；试验；优化
中图分类号：U469.7 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2021)05-21-03
Powertrain matching of a Electrical vehicle
Lai Zhenghai, Cao Xuefei, Liu Dianke
（Brilliance Auto R&D Center, Liaoning Shenyang 110141）
Abstract: In this paper, the A-class car pure electric platform is used for matching analysis, and the vehicle matching and optimization analysis are performed based on A VLCruise and MATLAB software. In the early stage, the whole vehicle matching and selection work will be carried out. As the project progresses, the mid-term test prototype will be tested to verify the power and economy, and the power problem will be rectified in the later stage, and the energy consumption will be optimized. This article provides some guidance and reference for the development of electric vehicle models. Keywords: Vehicle; simulation; Test; Optimized
CLC NO.: U469.7 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2021)05-21-03
前言
随着汽车工业的逐步发展，能源危机问题日益加剧，减少石油利用率迫在眉睫，节能减排及降低燃油消耗已经成为汽车研发所面对的永恒的话题。

纯电动正式解决这一困境的优选方案，它需将汽车技术、电机驱动技术、动力电池技术及现代控制理论结合在一起的产物，实现系统集成优化，同时排放是零。

国内外争先开发这一项技术，国外主要以日本为代表新能源展开研究，在电机技术比较领先。

国内目前电机及电池技术有很多领先企业，目前电机主要以永磁为主，电池主要以三元为主，能量密度大，成本相对偏高，随着产业不断更新，价格在逐年降低，很适合车辆使用。

磷酸铁锂电池仅此其后，成本低，能量密度偏低很多主机厂也都在适配车辆。

主机厂研发车型主要以比亚迪为代表，多模块化，平台化推进车型，新势力企业也都在平台化研发车辆。

本文主要研发的汽车车型同样以平台化展开，主要是‘3+2’模式平台化，通过这种模式可以整体提高效率，降低成本等，第一个3主要指电机、电机控制器、减速器合为一，第二个2主要是DCDC、PDU进行合为一，无论从整车几何布置，性能集成上较其他散件开发大大节约成本、周期。

1 整车动力性经济性匹配分析
1.1 整车目标定义及选型
本文车辆开发目标来源于市场竞品车型，最终定义开发车辆的性能指标为，1km最高车速不低于140km/h，30min 最高车速不低于120km/h，0到50km/h加速时间小于4.5s，0到100km/h加速时间小于13s，整车满载最大爬坡度大于
作者简介：赖征海，就职于华晨汽车工程研究院。

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汽车实用技术
22 30%，NEDC 工况续航里程大于300km 。

目标定义后，进行整车匹配如下：
（1）
（2）
（3）
根据以上公式可以计算出整车需求的持续功率由30min 最高车速决定；最高转速基本由最高车速决定；电机的峰值转矩由最大爬坡度决定；由0-100km/h 加速时间可计算出电机需求的峰值功率；电池电量可根据续航300km 计算匹配选出电机、电池等参数，最后确定如下需求：
电机峰值功率大于90kw ，额定功率大于45kw ；速比大于9，电池初步估算电量45kwh ；车辆整备质量为1450kg ；将所选电机及电池参数提供部件部门，选取满足要求电机后，输出给系统集成部门进行匹配验证。

1.2 正向仿真分析校核
基于A VLCruise 软件进行正向仿真分析，整车提供电机特性曲线和电池数据及基本参数如下：
表1 基本参数表
图1 物理模型
1）建立整车模型，利用Cruise 软件进行对所选取的参数进行模拟仿真分析，评估各项性能情况。

根据整车参数，完成整车仿真模型搭建，对Vehicle 、gearbox 、BMS 、generator 、
battery 以及driver 等各个模块进行定义设置，完成仿真参数
设置，并根据汽车动力传递路径，完成各个模块数据传递和
仿真信号连接。

其仿真模型如图1所示[1]。

2）控制策略分析
本文针对电动车特性进行制动回收策略制定，采用串联回收方案，电池回收窗口值15%-95%，车速低于10km/h 不进行回收，减速度大于1.5m/s2，不回收基本原则。

前后轮进行制动力分配，前轮采用串联回收模式。

策略如图2所示。

图2 软件联合仿真
1.3 仿真分析结果分析结果
30min 最高车速大于128km/h ，1km 最高车速为145km/h ，0-100km/h 加速时间为12.4s ，最大爬坡大于30%，续航里程大于308km ，百公里能耗14.2kwh/100km 。

图3 综合工况能耗
2 整车动力性经济性试验验证
随着项目开发进程，试验车进行试制完成，对此试验车进行性能测试，试验采用VMS 采集设备直接读取车辆的速度信号，通过vector 设备读取VCU 里信号如下，整车需求扭矩，电机限制扭矩，电机实际扭矩，电机转速，车辆速度，通过这些数据进行对整车状态进行分析[2]。

测试结果，30min 最高车速为132km/h ，50到80km/h 加速时间为4.05s ，续航里程测试为311.2km ，0到100km/h 加速时间13.3s ，不满足开发设计目标。

在测试中加速时间不满足开发目标，进行整车排查问题，
排查思路整车动力进行排查，动力方面控制逻辑和电机输出扭矩进行排查，控制逻辑进行VCU 请求扭矩核查，电池输
赖征海 等：纯电动汽车匹配及优化分析
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出状态修正。

电机进行限制扭矩修正，电机输出扭矩响应进行修正，最终0-100加速时间测试结果12.2s ，此车从驾驶性方面，电机扭矩响应符合驾驶员需求，基本达到此车开发状态。

3 整车能耗优化方案
尽管整车里程达标，依然进行整车能耗进行优化。

优化方案如下：
第一，整车阻力优化，整车阻力主要包括空气阻力，滚动阻力和内阻。

通过加装下护板，格栅导流板，进行优化风阻。

轮胎后期更换滚阻轮胎，滚动阻力由0.0085变到0.0075，内阻主要是在保证安全情况下减小拖滞力矩方案。

控制逻辑上进行优化[3]。

第二，电池热管理进行优化，水泵功率改进及控制优化，最后进行保证安全情况下进一步加大电池窗口值。

回收策略上进行优化，调整回收车速门限值和减速度的要求[4]。

重新进行能耗及续航里程测试，改进后里程为332.5km ，能耗12.6kwh/100km 。

4 结语
本文对电动车进行匹配、正向仿真、试验、优化分析，贯穿了整个电动车开发过程，最重要是在开发中整改动力性及优化能耗，采取改进标定措施、优化阻力措施，最终通过台架试验验证得到的不错的效果，本文有很多欠缺地方，整车能耗优化措施还有附件能耗是非常重要一部分，完全可以在降低附件能耗继续优化程序和硬件，依然会提升续驶里程。

对整车开发中遇到的动力性经济性问题起到指导意义。

参考文献
[1] 李腾腾.不同混合动力驱动系统和工作模式.新能源汽车N EV
(No.4) 2010-35.
[2] 余志生.汽车理论[M].第五版,机械工业出版社,北京,2009. [3] 冀尔聪.并联混合动力汽车模式切换中的协调控制问题研究[D].
吉林大学,2012.
[4] 王雪,曹雪飞,李飞,等.汽车部分特性参数对燃油经济性影响及灵
敏度分析[C]//第十三届沈阳科学学术年会论文集(理工农医).0.。