本文以純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車為研究對(duì)象，按照車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)要求，對(duì)電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池等關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)匹配，并利用CRUISE 軟件對(duì)整車進(jìn)行性能仿真優(yōu)化控制邏輯。

1 整車方案

目前純電動(dòng)商用車動(dòng)力總成形式和布置不同可分為三種結(jié)構(gòu)：

圖1

圖2

圖3

圖1 為電動(dòng)機(jī)直驅(qū)方案結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，為滿足車輛動(dòng)力性能電動(dòng)機(jī)需要較大的扭矩，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在對(duì)動(dòng)力性要求不高的輕型車輛;圖2 為電機(jī)+變速器方案，通過變速箱不同檔位的調(diào)節(jié)可以滿足車輛在不同工況下的動(dòng)力性要求，此結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在中、重車型;圖3 為輪轂電機(jī)方案，傳動(dòng)鏈效率高，但非簧載質(zhì)量大，對(duì)車輛平順性影響較大同時(shí)該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致成本比較高。考慮到將要開發(fā)車型的市場(chǎng)定位以及開發(fā)成本，本項(xiàng)目采用電動(dòng)機(jī)直驅(qū)方案。

純電動(dòng)輕型載貨車主要由車身系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及電氣附件等構(gòu)成，其動(dòng)力系統(tǒng)主要由動(dòng)力電池及管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)等組成，電氣附件主要包括電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、PTC 加熱器、電動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵等。純電動(dòng)輕型載貨車主要總成部件如圖下所示。

圖4

2 動(dòng)力總成系統(tǒng)主要參數(shù)匹配

2.1 整車指標(biāo)

表1

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)確定

2.2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率確定

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高功率通常需要滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時(shí)間的要求。

式中：va 為爬坡速度，取15km/h，δ 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，取1.08;vm 為加速末的速度(m/s);tm 為汽車的加速時(shí)間(s);x 取0.5;dt 為迭代步長(zhǎng)，通常取0.1;ηt 為傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，取0.95。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，電機(jī)額定功率應(yīng)不小于30kW，電機(jī)峰值功率應(yīng)不小于65kW。

2.2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速確定

式中，n 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速;ig 為變速器最高擋位速比;io 為驅(qū)動(dòng)橋速比4.875;r 為輪胎滾動(dòng)半徑327mm(6.00R15/10PR)。

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速>3600rpm。

2.3 動(dòng)力電池參數(shù)確定

目前常用的的動(dòng)力電池均選用鋰離子電池，能量按照電池SOC100%到SOC10%計(jì)算。按照GBT 18386-2017 電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程 試驗(yàn)方法要求進(jìn)行(40±2)km/h 的等速計(jì)算動(dòng)力電池參數(shù)。

式中，Qb 為動(dòng)力電池電量;L 為續(xù)駛里程220KM;Vh 為行駛車速;ph 為 Vh (40km/h)對(duì)應(yīng)的電機(jī)功率10.3KW;pimax為電氣附件最大功率2KW;SOC =100%為最小剩余電量。

由以上計(jì)算可得動(dòng)力電池電量應(yīng)該大于62KWh。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果以及現(xiàn)有供應(yīng)商產(chǎn)品資源，動(dòng)力總成和動(dòng)力電池初選如下：

表2

表3

3 基于CRUISE 的純電動(dòng)輕型載貨車性能仿真

3.1 仿真模型搭建

AVL Cruise 是AVL 公司開發(fā)的一款整車及動(dòng)力總成仿真分析軟件。它可以研究整車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能及制動(dòng)性能，是車輛系統(tǒng)的集成開發(fā)平臺(tái)。AVL Cruise 軟件已經(jīng)成功的在整車生產(chǎn)商和零部件供應(yīng)商之間搭建起了溝通的橋梁(3)。在Cruise 軟件中建立仿真模型，如下圖：

圖5

3.2 仿真結(jié)果輸出

3.2.1 動(dòng)力性仿真結(jié)果

表4

圖6

3.2.2 經(jīng)濟(jì)性仿真結(jié)果

表5

4 道路試驗(yàn)

為驗(yàn)證參數(shù)匹配過程的合理性以及仿真模型的可信性和可行性，對(duì)純電動(dòng)輕型載貨車進(jìn)行道路試驗(yàn)。

4.1 動(dòng)力性試驗(yàn)

空載和重載最高車速、加速能力、爬坡能力試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18385《電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

表6

4.2 經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)

重載(車貨總重4.25 噸)狀態(tài)下，等速40km/h、城市續(xù)航、綜合工況續(xù)航試驗(yàn)方法參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T18386-2017《電動(dòng)汽車能量消耗和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》。

表7

注：1.用電量均為儀表顯示100%-10%;

通過道路試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)基本一致，因此可以認(rèn)為前期匹配計(jì)算的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池參數(shù)是在合理的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

本文以純電動(dòng)輕型載貨車為研究對(duì)象，根據(jù)整車性能指標(biāo)確定了整車動(dòng)力總成形式并對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池主要參數(shù)進(jìn)行了參數(shù)匹配。利用CRUISE 軟件搭建了車輛仿真模型，對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明，該純電動(dòng)輕型載貨車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配過程合理。

審核編輯：湯梓紅