純電動(dòng)客車Cruise模型參數(shù)修正與經(jīng)濟(jì)性研究

張顯勝，張宏瀟

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司 商用車技術(shù)中心，上海 200438）

純電動(dòng)汽車具有“優(yōu)越的尾氣零排放的環(huán)保性能”、“能夠利用各種清潔能源”、“能量利用率高而節(jié)省能源”、“噪聲低”等優(yōu)點(diǎn)[1]，從而成為汽車產(chǎn)業(yè)的重要研究方向，也是未來汽車發(fā)展的趨勢(shì)之一。

1 純電動(dòng)汽車建模

電動(dòng)汽車動(dòng)力總成系統(tǒng)的組成部分主要包括電池、電機(jī)、離合器、變速器、減速器以及車輪。本文的城市客車動(dòng)力系統(tǒng)采用了特殊的雙電機(jī)結(jié)構(gòu)，無離合器、變速器，取而代之的是與電機(jī)安裝在一起的固定速比耦合箱，動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。整車基本參數(shù)見表1。

為了便于建立模型和方便計(jì)算，本文不研究雙電機(jī)的控制策略，僅將雙電機(jī)合并為一個(gè)電機(jī)處理，后輪雙排輪胎合并為單排輪胎，利用Cruise軟件搭建整車模型，如圖 2所示[2]。

表1 整車基本參數(shù)

Cruise軟件中參數(shù)眾多，有的參數(shù)是可以直接得到的，但有些參數(shù)是沒有辦法獲得的。因此，在建立模型之后必須進(jìn)行修正[3]。本文主要討論純電動(dòng)汽車在城市公交循環(huán)下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，而在樣車試驗(yàn)過程中，只測(cè)得了 40 km/h勻速行駛的續(xù)駛里程、0～30 km/h和 0～50 km/h的加速時(shí)間。因此，可以借助已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正在Cruise軟件中建立的模型，進(jìn)而模擬實(shí)際的中國典型城市循環(huán)工況下的經(jīng)濟(jì)性。

整車動(dòng)力性的主要影響因素在于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)和電池的功率輸出，這兩者共同決定整車輸出的最大驅(qū)動(dòng)力和功率[4]。加速時(shí)間計(jì)算公式[5]：

式中：δ是旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；Ft是牽引力；Ff是行駛滾動(dòng)阻力；Fw是風(fēng)阻。

從上式可以清楚看出影響加速時(shí)間的因素，便于調(diào)整參數(shù)。

對(duì)于續(xù)駛里程的主要影響因素在于整車質(zhì)量、電池容量、滾動(dòng)阻力系數(shù)和電機(jī)的效率，因此，要注意以上參數(shù)的設(shè)置。

需要特別說明的是：

1）供應(yīng)商提供的電機(jī)的MAP圖的數(shù)據(jù)點(diǎn)一般較稀疏，有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙線性插值處理，觀察得到的三維曲面，修正一些異常點(diǎn)，盡量使曲面光滑，然后把處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Cruise軟件中。

2）在運(yùn)用理論公式計(jì)算續(xù)駛里程時(shí)，計(jì)算值總是偏小，且誤差很大，主要是因?yàn)殡姵氐娜萘抗烙?jì)得偏小所致（一般假定電壓為標(biāo)稱值），因此，在使用Cruise時(shí)，輸入更加接近真實(shí)情況的電池放電曲線，利用軟件的優(yōu)勢(shì)縮小這一誤差。

此外，滾動(dòng)阻力系數(shù)對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都有比較大的影響[6]，也是不容易獲取準(zhǔn)確數(shù)值的重要參數(shù)，一般可用空檔滑行距離進(jìn)行校正[7]。

試驗(yàn)結(jié)果：充滿電后以40 km/h勻速行駛至SOC為20%的續(xù)駛里程為160 km，0～30 km/h加速時(shí)間為7.33 s，0～50 km/h 加速時(shí)間為 16.08 s。

經(jīng)過修正后的模型的仿真結(jié)果：充滿電后以40 km/h勻速行駛至SOC為20%的續(xù)駛里程為155 km，0～30 km/h加速時(shí)間為7.03 s，0～50 km/h加速時(shí)間為17.02 s，誤差分別為3.13%、4.1%、5.8%。可以看出，此模型計(jì)算結(jié)果誤差很小，非常接近真實(shí)值，可以進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性研究。

2 經(jīng)濟(jì)性研究

為了更好地反應(yīng)真實(shí)情況，此研究基于中國典型城市工況的百公里電消耗[8-9]。在Cycle Run任務(wù)下建立三個(gè)循環(huán)時(shí)間的工況（為了提高計(jì)算精度），行駛時(shí)間為3 942 s，行駛距離為17.654 km，城市循環(huán)工況如圖5所示[10]。

仿真結(jié)果：耗電24.34 kW·h，折合成百公里電耗Ek=24.34/17.654×100=137.9 kW·h

參考國家標(biāo)準(zhǔn)[11]，耗電量和油耗之間的轉(zhuǎn)換公式：

式中：Ek為百公里耗電量，kW·h；Dfuel為燃料密度，g/cm3；Qfuel_low為燃料的低熱值，J/g；ηeng為發(fā)電工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均工作率；Vfuel為折合后的百公里油耗，L。

對(duì)于柴油：Dfuel=0.85 g/cm3；Qfuel_low=43 000 J/g；柴油機(jī)平均工作效率大概是36%，則折算后的百公里油耗為

當(dāng)前柴油價(jià)格為8.2元/L，上海工業(yè)用電價(jià)格為1.097元/kW·h，本項(xiàng)目的純電動(dòng)城市客車的質(zhì)保期為150 000 km，所以，行駛150 000 km后傳統(tǒng)燃油車和純電動(dòng)客車的燃料消費(fèi)和電費(fèi)分別為46.4萬元和22.7萬元，節(jié)省費(fèi)用23.7萬元。

3 結(jié)束語

1）建立準(zhǔn)確的仿真模型必須掌握一定的汽車?yán)碚撝R(shí)和純電動(dòng)車的總線連接知識(shí)，在發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果出現(xiàn)偏差或出錯(cuò)時(shí)，能迅速找到影響參數(shù)。

2）在開發(fā)初期建立的模型有很大的誤差，隨著掌握信息的增加，要隨時(shí)校正整車模型，控制結(jié)果的誤差范圍，更好地為開發(fā)服務(wù)，縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本。

3）純電動(dòng)城市客車在能耗使用成本上，大大優(yōu)于傳統(tǒng)城市客車，有利于大面積推廣。

[1]康龍?jiān)?電動(dòng)汽車最新技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]王保華，羅永革.基于CRUISE的汽車建模與仿真[J].湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，19（2）

[3]劉道東.消防車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化匹配研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2011.

[4]吳森，趙世科.串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：信息與管理工程版，2005，（1）

[5]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[6]姜海斌，黃宏成.CRUISE純電動(dòng)車動(dòng)力性能仿真及優(yōu)化[J].機(jī)械與電子.2010，（4）

[7]GB/T 12536-1990，汽車滑行試驗(yàn)方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1990.

[8]孫宏圖，王天靈，宋希庚.城市公交客車行駛工況研究[C].中國汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2007.

[9]鄧超，石琴.基于道路工況的城市客車傳動(dòng)系參數(shù)的優(yōu)化[J].汽車科技，2009，（2）

[10]清華大學(xué)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心.發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)指導(dǎo)書[DE/OL].[2012-06-06].http://syskfgl.cic.tsinghua.edu.cn/sysgl.labcase.do?m=datail&P id=183¢er id=12¢er code=01305

[11]GB/T 19754-2005，重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能量消耗量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.