基于advisor的纯电动汽车动力性设计

10.16638/ki.1671-7988.2020.08.007
基于advisor的纯电动汽车动力性设计
孙咏，曹建明
（长安大学汽车学院，陕西西安710054）
摘要：动力系统的参数优化是电动汽车设计中的重要环节，文章根据动力性设计要求，参照某款电动汽车的动力系统参数，对纯电动汽车的动力系统部件进行选型和参数设置。

利用advisor软件进行动力系统各个部件模型的建立和整车在模拟工况下的仿真，分析得到的纯电动汽车动力性仿真结果，来验证所设计参数是否符合纯电动汽车对动力性的要求。

关键词：advisor；纯电动汽车；动力性
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)08-21-04
Dynamic Design of Pure Electric Vehicle Based on Advisor
Sun Yong, Cao Jianming
( School of Automobile, Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710054 )
Abstract: The parameter optimization of power system is an important part in the design of electric vehicle. According to the requirement of power design and the power system parameters of an electric vehicle, this paper selects and sets the power system components of pure electric vehicle. The advisor software is used to build the model of each component of the power system and the simulation of the whole vehicle under the simulation conditions. The simulation results of the pure electric vehicle power performance are analyzed to verify whether the design parameters meet the requirements of the pure electric vehicle power performance.
Keywords: Advisor; Blade Electric Vehicles; Dynamic nature
CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)08-21-04
前言
电动汽车作为解决能源危机和环境污染问题的重要方法，深受人们重视。

动力系统的参数优化是电动汽车设计中的重要环节，主要的工作是按照动力性能指标进行动力部件的选型和参数设置，以得到满足汽车实际需要的动力系统参数配置。

本论文根据动力性设计要求，参照某款电动汽车的动力系统参数，对纯电动汽车的动力系统部件进行选型和参数设置。

利用advisor软件进行动力系统各个部件模型的建立和整车在模拟工况下的仿真，分析得到的纯电动汽车动力性仿真结果，来验证所设计参数是否符合纯电动汽车对动力性的要求。

1 整车参数设定
参考某款纯电动汽车参数，设计整车参数如表1。

2 纯电动汽车力学分析
2.1 纯电动汽车运动学分析
车辆沿其行进方向的运动特性完全取决于该方向上的全部作用力[1]。

行驶中的汽车所受的力可分为两类如图1，一类是驱动汽车行驶的力，即牵引力；另一类是妨碍汽车行驶
作者简介：孙咏，硕士研究生，就读于长安大学汽车学院。

21
汽车实用技术
22 的阻力，包括滚动阻力F f 、空气阻力F w 、坡度阻力F i 、加速阻力F j [2]。

表1 整车参数
汽车的行驶方程为：
（1）
图1 纯电动汽车受力分析图
（1） 滚动阻力F f
滚动阻力是由于车轮的弹性变形、路面变形和车辙摩擦力而阻碍车轮滚动时的力[3]。

表达式为：
（2）
（2）空气阻力F w
作用在驱动方向上的空气分力是空气阻力，它分为两部分：压力阻力和摩擦阻力。

空气阻力表达式为：
（3） （3）坡度阻力F i
当汽车经过陡坡时，汽车重力沿坡道的分力反映了汽车的坡度阻力。

坡度阻力表达式为：
（4）
（4）加速阻力F j
当车辆加速时，有要克服加速其运动的惯性力，即加速阻力。

加速阻力表达式为：
（5）
将车速Ua 同时乘在平衡方程两端，并经过换算，可得汽车的功率平衡方程为：
（6）
2.2 汽车动力性分析
汽车的动力性分析有三个方面，最高车速、加速所需时间和最大爬坡度三个方面进行。

（1）最高车速
在理想路面下以极限车速行驶时，忽略汽车所受到的坡度阻力F i 与加速阻力F j 。

此时的行驶方程为：
（7）
（2）加速所需时间
当汽车在计算原地起步加速时可以不考虑坡度阻力F i 与空气阻力F w 。

此时的形式方程为：
（8）
（3）最大爬坡度
当汽车爬坡时达到最大爬坡度时，可以忽略空气阻力F w
和加速阻力F j 。

此时的行驶方程为：
（9）
3 纯电动汽车参数匹配
3.1 纯电动车性能指标
根据2012年5月11日国家发布的《纯电动乘用车技术
条件》国家标准（GB/T 28382-2012），所进行整车主要性能指标的设计。

整车性能指标参考如下表：
表2 整车性能指标参考
3.2 电动机选择
3.2.1 电机功率选择
选择电机功率，首先要考虑满足汽车在各种工况下行驶所需的最大功率，电机的峰值功率的选择一般取决于所需性
能指标，即最高车速、加速时间和最大爬坡度。

（1）以最高车速来选择功率
当计算汽车在理想路面上以极限车速行驶时，可以忽略坡度阻力F j 与加速阻力F j ，此时所需的功率为：
（10）
由设计要求最高车速为120km/h 计算可得，满足最高车速所需功率为22.8kw 。

（2）以加速时间来确定功率
已知加速时间分为原地起步加速时间和超车加速时间。

这里按原地起步加速时间计算。

汽车加速功率方程为：
（11）
汽车的起步并不是匀加速行驶，起步过程中的速度经验表达式为：
（12）
孙咏 等：基于advisor 的纯电动汽车动力性设计
23
其中，u m 为车辆末速度；t m 为加速时间；x 为拟合系数，一般取0.5[4]。

因此，加速度的功率方程为：
（13）
根据设计要求，汽车0-50km/h 加速时间不能大于10s ，代入可得功率为59.8kw 。

（3）以最大爬坡度来确定功率
在达到最大爬坡度时，可忽略滚动阻力F f 和加速阻力F j 。

此时功率方程为：
（14）
设计最大爬坡度a max 为20%，代入计算可得所需功率为17.675kw 。

根据以上分析，综合考虑，选择电机峰值功率为60kw 。

3.2.2 电机转速选择
电机转速影响着汽车成本和传动系统的复杂程度，高速电机生产工艺要求高，造价高昂，维修成本高。

电机最高转速与汽车最高车速的关系为：
（15）
参考各种电动汽车减速器速比（3.5-5），计算得最高转速为5000r/min （3978.78-5683.97r/min ）。

电机额定转速表达式为：
（16）
其中β为电机扩大恒功率区系数，一般取2-3，取电机的额定转速为2500r/min 。

3.2.3 电机转矩确定
电机额定转矩取决于电机的额定功率和额定转速，公式为：
（17）
最大转矩为：
（18）
计算后取最大转矩为229.2N.m 。

3.3 传动系传动比选择
为充分发挥电机的动力性，电机的转速波动范围不能过大，为满足对不同车速的要求，就需要合理的选择变速器和减速器参数。

当电机的参数确定以后就要根据最高车速、加速时间、最大爬坡度、附着率等前提条件来设计减速比。

3.3.1 最小传动比的确定
确定最小传动比主要考虑汽车的最高车速，公式为：
（19）
代入计算可得。

最小传动比i min ≤4.398。

3.3.2 最大传动比确定
确定最大传动比主要考虑最大爬坡度和附着率。

（1）按最大爬坡度考虑
假设汽车以20km/h 的速度爬坡，最大爬坡度为20%，则：
（20）
（21）
（22）
计算得最大传动比下限为3.890。

（2）按附着率验证
为防止打滑的出现，通过附着率来验证，即：
（23）
（24）
（25）
计算得最大传动比i max 应≤4.42 综上可得，选择主减速器减速比为4。

3.4 电池参数确定
应在满足设计性能要求的前提下使蓄电池数目尽可能少。

3.4.1 蓄电池数目
电池组的电压要能满足电机工作要求，即：
（26）
纯电动汽车的最大放电电流≤300A ，则电池组电压需要满足：
（27）
计算后需串连56个电池。

3.4.2 蓄电池容量
蓄电池组能量计算公式为：
（28）
其中W ess 为电池组的实际能量，U ess 为电池组工作电压，C 电池组容量，ξess 电池的有效放电深度，一般取 80%[5]。

电池组总能量要满足汽车一定速度的续航要求，对纯电动汽车来说当以Uc 匀速行驶时所需要的功率为：
（29）
行驶L 所需要的能量为：
（30）
为使电动汽车满足续航要求，则：
（31）
汽车实用技术
24即：
（32）根据设计要求，纯电动汽车要在60km/h的速度下行驶
150km，每个模块需要串联56个电池，共需并联20个电池模块。

4 仿真模型的建立
4.1 整车动力系统匹配结果
由以上的的计算可得，汽车动力系统各各个模块所需设定参数，具体参数设置如下表3-7。

表3 汽车运动模块需定义参数
表4 车轮模块需要定义参数
表5 主减速器模块需要定义参数
表6 电机模块需要定义参数
表7 蓄电池模块需要数定义参数
5 纯电动汽车动力性仿真及结果分析
5.1 纯电动汽车在CYC_UDDS工况下的动力性仿真
在CYC-UDDS工况下进行仿真的结果见图2，在该工况下车速为20km/h时最大爬坡度可达61.4%，在一个完整循环中0-50km、0-100km的加速时间分别为2.7s、6.5s，最高车速为221.7km/h，完全达到动力性设计要求。

图2 在CYC-UDDS下的仿真结果
在多次循环工况下模拟可得电动汽车续航里程为155.9 km，满足续航要求。

5.2 动力性分析
与设计目标比较结果如表8所示。

表8 纯电动汽车模拟值与设计值比较
可以看出该汽车的动力性能指标均已达标，说明该动力系统参数设计符合要求。

参考文献
[1] 爱塞尼.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车[M].北京:
机械工业出版社,2008.
[2] 陈燕,宋进桂,陈少华,田忠民,倪秀英.汽车动力性的计算机模拟
[N].拖拉机与农用运输车,2006,(06):69-71.
[3]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.
[4] 陈宗波.双驱电动汽车动力传动系统参数匹配与仿真研究[N].中
国优秀硕士学位论文全文数据库,2013,(03).
[5] 刘文涛.纯电动中巴车整车控制及仿真研究[N].中国优秀硕士学
位论文全文数据库,2011,(05).。