基于CRU ISE電動城市客車建模與仿真

1、山西中北大學機械與動力工程學院 黃冠 2、山西中北大學機電工程學院 崔俊杰

1 引言

目前，隨著能源枯竭，環境污染日益嚴重，各國致力于發展節能環保的汽車[1]。電動汽車是以電為能源，通過電動機將電能轉化為機械能，這完全符合研制零污染汽車的理念。本文以中通客車為原型，對動力系統關鍵部件進行選擇，通過CRUISE軟件進行建模仿真，從而實現電動汽車動力系統的最佳匹配。

2 動力系統關鍵部件選型

2.1 驅動電機的選取

驅動電機是電動客車的核心部件，它將電能轉化成機械能。驅動電機的功率直接決定了汽車的動力性，電機的功率越大汽車的動力性越好。電動機的峰值功率應該滿足汽車的動力性能指標。

電動客車具體參數和性能指標如表1所示。

表1 電動客車具體參數和性能指標

根據最高車速確定電動客車最大功率pmax1：

式中 η=0.9，m=6900kg，vmax=69km/h。

根據爬坡度確定電動客車的最大功率pmax2：

式中 α=arctan(20%)，v0=15km/h。

由加速性能來確定最大功率pmax3[2]：

式中 T=9s，δ≈1.035，vt=30km/h。

可求得：pmax1=45.94kw，pmax2=67.66kw，pmax3=119.12kw。

對于客車動力性三項指標計算的各自最大功率，電動機峰值功率pmax必須滿足如下公式：

本文選取電動機的峰值功率為pmax=120kw,此，外，一般電動機的過載系數為2～3，可確定電動機的額定功率為pn=60kw。

電動機的最大轉速可由客車的最高車速確定，計算公式如下：

式中 r=0.439m，i=5.571。

計算得nmax＞2323r/min。汽車在實際運行時可能超載，選取的電動機nmax應為大于對應最大車速時的轉速[3]。可選取電動機的最大轉速nmax=4000r/min，額定轉速為nn=1600r/min。

由式(6)可以取得電動機的額定轉矩為Tn=358Nm。

電動機具體參數如下：

表2 驅動電機參數

2.2 動力電池的選取

動力電池是電動汽車能源中心，提供電能用于驅動汽車運行。動力電池儲存的能量要能滿足一定的行駛里程，本文利用勻速工況法進行續駛里程計算，選取合適容量的動力電池。

假設客車以等速v=30km/h行駛，此時消耗的功率為：

汽車行駛需要的能量為：

動力電池實際放出的能量為：

式中WB為汽車電器負載消耗的能量，約占總能量的20%；λsoc為電池組有效電容量系數，該系數取0.8。

動力電池容量為：

式中為UB電池組的平均工作電壓380V。

由式(7)、(8)、(9)、(10)可求得滿足續駛里程 s=120km的最小電池容量C=245.6Ah，最終選取動力電池的容量C=260 Ah。本文選取鋰離子動力電池，容量為260Ah，標稱電壓(3.2×115)V。

3 整車仿真與性能分析

本文利用AVLCRUISE軟件進行仿真實驗，首先建立電動客車模型，把整車參數輸入模型，建立機械連接和電氣連接，然后創建加速、坡度、最高車速、續駛里程等試驗任務進行仿真分析，分析結果如下。

圖1 客車加速圖

圖2 客車爬坡性能圖

圖3 客車車速與電機轉速

由圖1可以看出，客車從0km/h-31km/h所需要的時間為8.5s左右，能夠滿足客車的加速性能。圖2為客車的爬坡能力試驗仿真圖，客車在v≤20 km/h時爬坡度為21.8%左右。圖3為客車車速與電機轉速對應關系，由圖可知電機轉速為4000r/min，對應車速為75 km/h，滿足汽車行駛要求。

圖4 UDC工況

圖5 UDC工況下SOC變化曲線

圖4是UDC工況圖，客車行駛里程仿真試驗是在多重UDC工況下進行。圖5是客車行駛里程的仿真實驗結果，當SOC下降到40%時，客車能行駛200km以上，足以滿足汽車的行駛性能。

4 總結

本文通過給定的客車性能參數，對電動客車的關鍵部件進行了分析選型。確定驅動電機和動力電池的性能參數后，通過CRUISE軟件建立了整車模型，進行了仿真試驗，驗證了仿真模型的正確性和有效性,為電動客車的設計、動力性能預測和分析提供了一種有效的方法和手段。

[1]景柱,符純明,干年妃.純電動汽車動力傳動系統的匹配與仿真[J].汽車工程學報,2013,3(1):54-58.

[2]曾小華,宮維鈞.ADVISOR 2002電動汽車仿真與再開發應用[M].北京:機械工業出版社，2014.

[3]林鑫焱,葛如海,王斌,劉德仿.純電動汽車動力系統參數匹配與仿真研究[J].機械制造,2014,52(600):6-10.