纯电动汽车动力传动系参数匹配及仿真_孙景伦

2016年第29卷第1期

Electronic Sci.＆Tech./Jan.15，2016

协议·算法及仿真

收稿日期：2015-05-12

基金项目：上海市科委科研基金资助项目（11140502000）作者简介：孙景伦（1989—），男，硕士研究生。研究方向：研究方向：汽车动力传动系匹配。

doi ：10.16180/ki.issn1007－7820.2016.01.014

纯电动汽车动力传动系参数匹配及仿真

孙景伦1，2

，周

萍1，2，孙跃东

1，2（1.上海理工大学机械工程学院，上海200093；

2.上海理工大学机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室，上海200093）

摘

要

为实现纯电动汽车传动系传动比与驱动电机的合理匹配，提出了一种基于MOGA －Ⅱ遗传算法的多目标

优化方法。根据配备两挡变速器的某纯电动汽车的整车参数和设计要求，对其动力传动系统主要部件驱动电机及动力电池进行了匹配和选型。基于GT －drive 软件搭建整车仿真模型进行仿真分析并验证了匹配的合理性。利用多目标优化软件modeFＲONTIEＲ进行了传动系传动比优化。优化结果表明，纯电动汽车的一次充电续驶里程及原地起步加速时间分别提高了5.5%和2.9%。

关键词

纯电动汽车；动力传动系；参数匹配；仿真优化

中图分类号

U463.2

文献标识码

A

文章编号1007－7820（2016）01－051－05

Parameters Matching and Simulation for Power Train of Pure Electric Vehicle

SUN Jinglun 1，2，ZHOU Ping 1，2，SUN Yuedong 1，

2

（1.School of Mechanical Engineering ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ；2.Key Laboratory of Mechanical Industry for Automobile Chassis Mechanical Parts Strength and Ｒeliability Evaluation ，

University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ）

Abstract

A dual-objective optimization method based on MOGA-Ⅱgenetic algorithm is proposed for the ratio

of power train to be matched reasonably to the drive motor of pure electric vehicle．Drive motor and power battery of power train are matched for a two-speed pure electric vehicle based on the vehicle parameters and design require-ments．The GT-drive vehicle simulation models are built to analyze and validate the rationality of the matching．The transmission ratios are optimized by multi-objective optimization software modeFＲONTIEＲ．The results show that the driving range of a single charge and initial acceleration time is increased by 5.5%and 2.9%respectively by optimi-zation．

Keywords

pure electric vehicle ；power train ；parameters matching ；simulation optimization

纯电动汽车（Pure Electric Vehicle ，PEV ）正逐步成为未来汽车的主要发展方向［1］

。随着纯电动汽车的驱动电机、

动力电池等关键技术的进步，其驱动系统的合理匹配及传动系统的传动比优化，依然是提高整车动

力性及经济性的重要手段［2］

。本文以处于开发初期的

某纯电动汽车为例，

对动力传动系的主要部件进行参数匹配，建立整车仿真模型进行仿真分析验证，并对传

动系统的传动比进行优化，

以提高整车性能。1整车参数及性能要求

目前，纯电动汽车正沿着高速纯电动汽车及低速纯电动汽车两条主线发展［3］

，本文是基于某高速纯电

动汽车进行研究与开发的。其整车主要参数及性能指

标要求如表1所示。

表1

整车主要参数及性能指标要求

主要参数及性能指标数值整车整备质量/kg 1400满载质量/kg 1800迎风面积A /m 2 2.16风阻系数c D

0.31质量转换系数δ 1.04车轮动态半径r /m 0.30滚动阻力系数f 0.017主减速器传动比i 0

3.1701挡传动比i 1 2.1042挡传动比i 2

0.996

协议·算法及仿真孙景伦，等：纯电动汽车动力传动系参数匹配及仿真

续表1

最高车速u max/km·h－1≥150

0 100km·h－1加速时间t/s≤20

30km·h－1恒速下最大爬坡度i max/%≥25

UDDC循环下续驶里程S/km≥200

2动力传动系参数匹配

2.1驱动电机的参数匹配

与传统内燃机汽车不同，PEV由蓄电池供电，电机

驱动车轮行驶［4］。驱动电机的特性参数主要有额定功

率、峰值功率、额定转速、最大转矩等，驱动电机的类型

对PEV的性能也有一定程度的影响［5］。

优化设计中一般以保证PEV预期的最高稳定车

速来初步选择电机的驱动功率，即驱动电机的额定功

率应大于等于PEV在水平良好路面上以最高稳定车

速匀速行驶的阻力功率［6］，即

p e ≥

u

max

ηT

mgf

3600

+

c

D

A

76140

u2

()max（1）

式中，p e为额定功率；ηT为总传动效率，这里取92%。

为满足PEV在某一恒定速度下的爬坡性能要求，驱动电机的峰值功率应满足［7］

p max1≥

1

3600η

T

mgf cosα

max

+mg sinα

max

+

c

D

Au2

i

()

21.15

u

i

（2）

式中，αmax为u i=30km·h－1恒定速度下的最大爬坡角度，这里αmax≈14.04ʎ。

另外，为满足PEV加速性能要求，峰值功率应满足［8］

p max2≥

1

3600η

T

δm

d u

j

d t

+mgf+

c

D

Au2

j

()

21.15

u

j

（3）

式中，u j为车辆加速的末速度。

所以根据式（1） 式（3），驱动电机的峰值功率p

max

应满足

p

max

≥max（p e，p max1，p max2）（4）还需注意的是，峰值功率和额定功率之间存在如下关系［9］

p max =p

e

λ（5）

式中，λ为过载系数，一般取1 3。

驱动电机的最高转速由最高车速决定［10］，即

n max =

i

i

i

u

max

0.377r

（6）

驱动电机的额定转速由汽车巡航速度u n决定，即

n e =

i

i

i

u

n

0.377r

（7）

驱动电机的最大转矩由汽车实现最低稳定车速来

达到最大爬坡度所克服的阻力转矩决定，即

T

max

=

r

i

i

i

ηT

mgf cosα

max

+mg sinα

max

+

c

D

Au2

i

()

21.15

（8）

2.2动力电池的参数匹配

动力电池的参数匹配主要考虑电池组的容量、电

压、能量密度及电池的类型等。确定电池组最小数目

的方法是使电池组最低工作电压大于等于电机最小工

作电压，电池组最大数目由电池组最大输出功率大于

等于驱动电机的最大功率的约束条件来确定。而电池

组的容量是由PEV的续驶里程来限制的［11］，如式（9）

所示

E=

1000S

eUη

（9）

式中，E为电池组的容量；e为单位能耗行驶的里程；S

为续驶里程；η为放电深度（DOD），这里DOD

取90%。

综上所述，根据理论计算及权衡，为目标车辆所匹

配的驱动电机及动力电池的指标参数如表2所示。

表2电机及电池组主要参数

部件参数数值

永磁同步电机

额定功率/峰值功率/kW50/95

额定转速/最大转速/rad·min－13000/8000

额定转矩/最大转矩/N·m160/300

锂离子电池

标称容量/Ah120

放电深度/%90

标称电压/V320

能量密度/W·h·kg－1140

3整车性能仿真及验证

根据计算任务的不同以及性能优化的指标要求，

利用整车性能仿真软件GT－drive分别建立了静力

学、动力学及运动学模型，其整车静力学仿真模型如

图1所示。利用其进行整车动力性及经济性计算分

析，得到0 100km·h－1的原地起步加速时间及1挡

爬坡度等仿真结果。

对原车进行试验，并将仿真分析中得到的0

100km·h－1的原地起步加速时间及1挡爬坡度曲线

与实车试验曲线进行了对比，分别如图2及图3所示。

目标车辆0 100km·h－1的加速时间为19.1447s，

30km·h－1恒速下的爬坡度为32.43%，UDDC循环下

一次充电续驶里程为222.19km，均满足设计目标，进

一步说明了为该车动力传动系选型的驱动电机及动力

电池是合适的。