某款純電動物流車動力系統匹配與優化

孫貴斌　路廣威　熊敏

摘 要：文章以一款自動擋純電動物流車為研究對象，在對其動力系統結構進行相關分析及整車設計需求的基礎上，對其進行合理的參數匹配。為進一步提高整車性能，采取一種多目標遺傳算法的優化方案，對整車的傳動系參數進行優化。在ADVISOR仿真平臺下搭建整車模型并對其進行仿真驗證，結果表明，文中對自動擋純電動物流車的參數匹配以及采取的優化方案是合理的。關鍵詞：自動擋純電動物流車;參數匹配;ADVISOR仿真;優化中圖分類號：U469.7? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）01-21-05

Abstract： Taking an automatic transmission pure electric logistics vehicle as the research object， on the basis of relevant analysis of its power system structure and vehicle design requirements， reasonable parameter matching is carried out. In order to further improve the performance of the vehicle， a multi-objective genetic algorithm was adopted to optimize the trans -mission parameters of the vehicle. The whole vehicle model is established under the ADVISOR simulation platform and verified by simulation. The simulation results show that the parameter matching and optimization scheme adopted for the automatic transmission pure electric logistics vehicle is reasonable.Keywords： Automatic transmission pure electric logistics vehicle; Parameter match; The ADVISOR simulation; OptimizationCLC NO.： U469.7 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-21-05

前言

近年來配送行業與輕物流的飛速發展，極大地促進了我國城市物流運輸行業的發展。由于市場需求以及國家相關政策的扶持，對純電動物流車的需求急劇增加。目前，對于純電動汽車，因為電池技術發展遇到瓶頸仍沒有突破性的進展，因此合理匹配及優化純電動汽車的動力系統對純電動汽車就顯得更加重要^[1]。

本文以一款自動擋純電動物流車為研究對象，在對動力系統結構進行相關分析及整車設計需求的基礎上，對其進行合理的參數匹配，然后建立加速度和能量消耗最多目標優化模型，利用遺傳算法對其傳動系速比進行優化，最后利用ADVISOR對整車性能進行仿真驗證。

1 整車基本參數與性能指標要求

在綜合分析整車結構后，本文中純電動物流車決定采取單檔機械式傳動結構，即去掉離合器和變速箱，直接將電機、減速器以及差速器組合在一起，這樣減少了整車的質量與底盤所占用的空間，有利于其他部件的布置，同時減少了整車的研發時間;另一方面對于動力電池采取整體式分布的布局，設計一款新的電池包結構，使動力電池全部集中在車身地板下部的位置上，這樣可以提高整車的操縱性與平穩性也使得載荷均勻的分布。其整車驅動系統三維模型如圖1所示。

整車基本參數如下表1所示，性能指標要求如表2所示。

2 純電動物流車動力系統參數匹配

2.1 電機參數匹配

驅動電機參數的匹配主要是指對其峰值功率、額定功率、最高轉速、最大轉矩和額定轉速等參數的確定^[2]。

2.1.1 電機額定功率和峰值功率的確定

純電動物流車電機的峰值功率需要能夠同時滿足最高車速、最大爬坡度以及加速時間所需的功率^[3]，即：

2.1.2 電機額定轉速和最高轉速的確定

根據目標車型的設計性能指標要求，電機的最高轉速應不低于純電動物流車的最高車速，即：

2.1.3 電機最高轉矩和額定轉矩的確定

驅動電機的最高轉矩T_max應當滿足車輛低速行駛時能夠通過最大爬坡度：

綜上計算，最終確定選取一款永磁同步電機最為驅動電機，其基本參數如表3所示。

2.2 動力電池參數匹配

設計動力電池組時首先應該滿足整車動力性，其次再保證整車續駛里程的設計要求^[4]。本文中純電動物流車選取的動力電池是磷酸鐵鋰電池，其標稱電壓為3.2v。

動力電池的單體數量可以通過對動力電池的要求來計算。根據所確定的驅動電機的性能可得到計算電池組數目公式如下：

根據以上對傳動系傳動比范圍的分析及設計經驗，確定主減速比為4.875，同時計算得出在該速比下純電動物流車滿足整車的動力性要求，故本文采用固定速比減速器，其主減速比為4.875。

3 純電動物流車動力系統優化

純電動汽車傳動系優化是多目標的函數優化問題，遺傳算法它正是解決此類問題的有效方法^[6].

3.1 選擇優化目標

本文主要以純電動物流車傳動系的參數作為優化變量。針對傳動系進行優化時，通常是以主減速比和變速器傳動比為優化變量^[7]。由于本文純電動物流車沒有變速箱，因此僅選擇主減速器速比作為優化變量即：

3.4 優化算法計算

根據上文得出的目標函數和約束條件調用 MATLAB 遺傳算法工具箱進行編程優化計算^[8]，得到遺傳算法下的傳動系速比優化結果，如下表5所示：

4 ADVISOR整車仿真

4.1 構建整車仿真模型

在ADVISOR整車參數輸入界面，根據匹配參數對純電動物流車主要部件模塊的m文件進行修改重新定義來搭建整車仿真模型，其主要部件模塊包括驅動電機、電池、主減速器和車輪等^[9]。

4.2 整車仿真分析

1、在完成對純電動物流車整車模塊的搭建后，選取歐洲城市工況CYC_NEDC對其動力性經濟性進行仿真，其中單個工況中車速隨時間變化如下圖2所示，設置相應的爬坡度及加速度的計算任務。圖3為仿真實際車速曲線，對比可知車輛能很好的跟隨該循環工況^[10]。圖4、圖5分別為仿真后電機的效率圖與動力電池的SOC變化曲線。

由圖4可知動力電池組的SOC值在整個循環過程中保持平穩下降趨勢，且整個放電狀態較為穩定，滿足實際情況;圖5可以看出驅動電機在仿真過程中其工作效率大部分處于0.9左右。表明對純電動物流車的匹配基本滿足要求。

利用ADVISOR搭建整車模型并進行仿真，整車性能仿真結果如下表6所示;圖6為優化前后動力電池SOC變化。

圖6? 優化前后SOC變化曲線

由表4可知優化前純電動物流車的最高車速未能滿足設計指標要求，而優化后純電動物流車的整體性能有了一定的提高，其動力性與經濟性都有了一定的改善。其中最高車速較之提升了5%左右，滿足設計指標;續駛里程較之前上升了9.8%左右，雖然0-50km加速時間與爬坡度較優化前有所下降，但仍滿足整車的設計指標。

5 結論

根據整車設計指標要求，對自動擋純電動物流車主要部件進行匹配，然后利用遺傳算法，對其傳動系速比進行多目標優化。之后利用ADVISOR仿真平臺進行整車性能仿真。由結果可知整車參數的匹配基本符合要求，同時在遺傳算法的優化下純電動物流車的整體性能有了一定的提高，其動力性與經濟性都有了一定的改善。驗證了利用遺傳算法進行傳動比優化的準確可行性，為之后純電動物流車整車參數的匹配與優化提供了一定的參考價值。

參考文獻

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