純電動物流車動力系統參數匹配與仿真分析

吳智勇

摘要：以設計一款實用的純電動物流車為目的，根據車輛的動力性能要求，對車輛動力系統參數進行匹配，運用AVL-Cruise軟件搭建整車仿真模型，分析了整車的動力性能和經濟性能，驗證了匹配設計的正確性。

關鍵詞：純電動物流車；動力性；經濟性；仿真

1.引言

隨著工業化進程的不斷發展，環境污染和能源匱乏等問題日趨嚴峻，傳統化石燃料車輛的弊端也在不斷顯現出來，研發更加節能環保的交通工具是當今汽車行業發展的首要任務。純電動汽車相比于傳統汽車具有結構簡單、無排放污染、噪聲低、能量轉換效率高等顯著優點。

純電動物流車在純電動汽車的發展普及過程中具有更明顯的優勢。純電動物流車型通常用于城市內部間的物件派送，對車輛續駛里程的要求不高，且可在夜間閑時進行集中充電，很好地克服了當前純電動汽車所存在的缺點與不足。AVL-Cmise軟件可以用于傳統汽車及新能源汽車的動力系統、傳動系統、尾氣排放系統的輔助開發以及整車性能的仿真與優化。

2.整車參數和設計要求

2.1純電動物流車動力系統結構

純電動物流車沿用了傳統內燃機車輛的動力系統基本結構，用驅動電機取代內燃機作為車輛的動力源，并配備電機控制器以及適當容量的車載動力電池等，采用后輪驅動的方式，動力系統結構簡圖如圖1所示。

2.2純電動物流車整車參數

純電動物流車整車參數及變速器參數如表1、表2所示。

2.3設計要求

所開發的純電動物流車的性能要求如表3所示。

3.動力系統參數匹配

3.1驅動電機參數匹配

驅動電機作為純電動汽車的唯一動力來源，它的性能在很大程度上決定了純電動汽車整車的性能。因此，驅動電機的合理選擇及參數匹配，是純電動汽車動力系統的研究設計與性能優化的關鍵因素。

4.基于Cruise的整車建模與仿真

4.1整車模型的建立

依據純電動物流車的結構，將車輛各個部件模塊逐一添加至cmise建模平臺中，建立正確的電氣連接與機械連接，隨后將完整的數據輸入到各個模塊中，設置所需的計算任務并開始進行仿真計算。

模型中包括整車參數模塊、變速器模塊、主減速器模塊、車輪模塊、制動器模塊、驅動電機模塊、差速器模塊、駕駛員模塊、防滑模塊、電池模塊、制動控制模塊、驅動控制模塊、監控模塊、常數設置模塊等。

4.2計算任務的設定

動力性能和經濟性能是評價車輛性能優劣的主要依據。本次分析中純電動物流車的主要計算任務包括在中國典型城市循環工況下的仿真計算、40km/h勻速工況下的仿真計算、0-50km/h加速時間計算、最大爬坡度的計算以及最高車速的計算等。

中國典型城市循環工況總行駛里程約為5.9km，歷時1314s，最高車速60km/h，具體工況如圖3所示。

5.計算結果分析

5.1動力性能仿真結果

5.1.1爬坡性能

由仿真結果可得，所匹配設計的純電動物流車在滿載條件下的最大爬坡度約為33%，車速為17km/h時的爬坡度約為26.1%，滿足車輛對爬坡性能的設計要求。圖4為該車在滿載條件下的爬坡性能曲線。

5.1.2加速性能

由仿真結果可得，所匹配設計的純電動物流車在滿載條件下從車速為零加速至50km/h所需的時間約為10.1秒，加速性能優良。

5.1.3最高車速

圖6為滿載條件下車輛加速過程中驅動功率與阻力功率平衡曲線，其中阻力包括滾動阻力、加速阻力、風阻阻力和坡度阻力等。從圖中可以得出該車在滿載條件下最高車速約為100km/h，滿足對最高車速的設計要求。

5.2經濟性能仿真結果

5.2.1循環工況

由仿真結果可得，該車半載條件下在中國典型城市循環工況下行駛一個循環耗電量約為2.87kWh，折算后為48.64kWh/100km。圖7為循環工況下電池SOC值變化曲線，直至循環工況結束，電池SOC值由初始90%降至86.12%。圖8為城市循環工況下驅動電機工作點云圖。從圖8中可以看出，電機在循環工況下基本工作在高效率區。

5.2.2勻速工況

由仿真結果得，車輛半載在水平道路上以40km/h車速勻速行駛，電池SOC值從90%降至10%，續駛里程約為140km，折算成耗電量為43.98kWh/100km，噸百公里耗電量為7.996kWh/T.100km（試驗質量按車輛半載為5.5T）。圖9為勻速工況下電池SOC隨車輛續駛里程的變化關系曲線。

6.結論

根據純電動物流車的性能需求，對車輛的驅動電機、動力電池等動力系統參數進行了匹配設計。運用Cruise軟件搭建了整車仿真模型，分析計算了所設計的純電動物流車的動力性能和經濟性能。仿真結果表明，所匹配的動力系統各部件滿足動力性能的要求。采用理論研究與仿真計算相結合的方法快速地完成了對純電動物流車的初步設計，這可以大量節省原型試驗所需的成本，縮短產品設計周期，仿真結果可為今后純電動汽車的優化設計提供重要的數據參考。