福田F60電動汽車起步加速仿真及分析

肖濤

摘 要：電動汽車因其具有污染小、噪聲低、節約能源、結構和維護簡單等優點受到人們的廣泛關注，其研發已成為汽車行業的熱點。電動汽車在行駛過程中，其電源電壓、道路狀況和駕駛模式多變，為保證良好的駕駛特性和乘坐舒適性，對電動汽車起步加速和速度控制的研究具有重大的理論價值和實用意義。該文對福田F60電動汽車在良好路面的經濟車速和起步加速性能及其爬坡性能進行了仿真分析，對仿真結果與說明書參考數據和計算值進行了比較，驗證了所建立模型的正確性。

關鍵詞：電動汽車 動力學 仿真 加速性能

中圖分類號：U467 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0234-02

車輛在行駛時輪胎與地面摩擦力的反作用力提供車輛的動力，輪胎和地面的附著系數決定了地面所能提供驅動力的極限值。在該仿真中設置路面為水平路面，摩擦系數為1.0，在對模型施加不同動扭矩的情況下進行仿真分析，完成模型在不同動力形式下的動力學仿真。

1 經濟車速

當車輛的發動機在額定功率下運行時，變速箱在高檔位，車輛維持的車速一般作為經濟車速，此時發動機的燃油消耗率較低，經濟性最好。該文涉及的電動汽車經濟車速是指電動機額定輸入電壓時的額度功率下，車輛所能維持的最高車速。

錐齒輪減速器的主動軸扭矩如圖1所示，為了減少仿真開始時懸架和輪胎在整車重力作用下的下降震動引起的波動對仿真造成的影響，扭矩的起始點與滯后點的時間間隔為1 s，這時整車震動基本處于穩定狀態，先利用電動機的最大轉矩，使車輛加速至較大的車速后，再逐漸降低到發動機的額定扭矩并且保持一段時間，最后的穩定車速為該車在良好路面上的經濟車速。仿真結果如圖2所示。

電動汽車模型在圖1電動機的驅動力矩作用下，得到模型的速度曲線圖。由速度曲線可以看出，模型在2.5 s，即轉矩作用1.5 s時模型開始起步運行，這時加速度大于零。在2～4 s的時間內加速度迅速以接近線性增加，同時車速以非線性增加。當時間在4～10 s之間，由于轉矩為一定值，這時加速度也相應為一確定值，車速開始以線性增加。在10～11 s內加速度隨著轉矩的減小而減小，速度作相應的變化。在11 s以后的時間內轉矩重新確定為一新的數值，這時加速度近似穩定為零，其平均值為10 mm/s2，此時的車速為8.67 m/s（31.2 km/h），這與計算車速及實際穩定經濟車速30 km/h左右基本相吻合。仿真開始時曲線的波動是由于懸架處于自由狀態，懸架和輪胎在整車重力作用下，其下降震動引起的波動造成的。通過對經濟車速的計算和仿真可以看出，模型的簡化、建模和約束設置與實際和理論基本相符，模型建立基本成功。

2 加速性能

建立所編程序生成水平B級路面，添加水平路面。電機的動力采用斜坡輸入模擬起步加速過程，在動力輸入的錐齒輪減速器主動軸處模擬電機力學性能添加快速變化的扭矩如圖3所示，該扭矩從0N·m開始，同樣為消除懸架影響，在前1 s扭矩始終為0N·m，使懸架在這段時間趨于穩定，然后經過3 s，逐漸增加到額定的轉矩24N·m，總的仿真時間設定為5 s，在該輸入下最終得到仿真結果如圖3、圖4所示。

電動汽車在如圖3所示轉矩的驅動下，加速度對應扭矩的變化趨勢相近，整車起始速度為0 km/s，在1～4 s速度似線性增長，加速度變化為非線性增加，在4 s以后由于外加轉矩為一常數，這時加速度相應為固定值，速度線性增加。該過程可以近似模擬車輛的起步加速工況。模型運行情況和設定的相符合，該仿真很好地模擬了電動汽車的起步加速性能，該型號的電動汽車具有良好的起步加速性能。

3 結語

該文在建立電動汽車的整車模型和添加約束的基礎上，對電動汽車模型在不同路面和不同的轉矩輸入情況下進行了仿真，仿真結果與理論數據吻合較好，進一步驗證了模型的正確性，這為進一步對電動車的傳動系研究建立了研究平臺和奠定了基礎。

參考文獻

[1] 張昕.電動助力轉向助力特性的仿真分析[D].長春：吉林大學，2003.

[2] 鄭建榮.ADAMS-虛擬樣機技術入門與提高[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] 王國強.虛擬樣機技術及在ADAMS上的應用[M].西安：西北工業大學出版社，2001.