純電動物流車動力系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)健性設計

稅永波

摘 要：應用Cruise構建了純電動物流車整車性能仿真模型。以動力性和經(jīng)濟性為綜合目標，對電機額定功率、額定轉(zhuǎn)速，過載系數(shù)和總傳動系數(shù)進行了穩(wěn)健性優(yōu)化設計。優(yōu)化后的動力參數(shù)使整車動力性和經(jīng)濟性更好的同時，也更能容忍車輛載荷等噪聲因素的波動對整車性能的影響，可為相關參數(shù)匹配提供借鑒。

關鍵詞：純電動物流車;參數(shù)匹配;穩(wěn)健性

中圖分類號：U469.72 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-63-03

Abstract： The simulation model of the whole vehicle performance of pure electric logistics vehicle is built by using cruise. Taking the power and economy as the comprehensive goal， the robust optimization design of the rated power of the motor， rated speed， overload coefficient and total transmission coefficient is carried out. The optimized dynamic parameters make the vehicle more dynamic and economical， and also more tolerant of the impact of noise factors such as vehicle load on vehicle performance.

Keywords： Pure electric logistics vehicle; Parameter matching; Robustness

CLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-63-03

1 前言

物流行業(yè)是電子商務崛起后商貿(mào)行業(yè)的重要連通性行業(yè)，并成為了當前我國經(jīng)濟發(fā)展的一個重要基礎性行業(yè)[1]，而純電動汽車由于在路權、優(yōu)先上牌和免購置稅等方面享受一系列優(yōu)惠政策，以及相對更低的使用成本，在物流行業(yè)得到了廣泛應用，各汽車廠商也在競相開發(fā)高性價比的純電動物流車，在動力電池能量密度沒有突破性進展的背景下，對純電動物流車電驅(qū)系統(tǒng)參數(shù)進行合理匹配及優(yōu)化顯得十分重要[2]。

文獻[3]應用仿真和試驗手段對某款微型純電動城市物流車動力系統(tǒng)進了匹配設計與初步優(yōu)化。文獻[4]以提高最大爬坡度為目標，采用DOE正交試驗法對傳動系統(tǒng)傳動比進行優(yōu)化。文獻[5]應用多目標遺傳算法對某款純電動物流車的主減速器速比進行了優(yōu)化設計，目前的文獻在對電驅(qū)系統(tǒng)參數(shù)的匹配設計時，更注重對算法的選擇，較少考慮這些優(yōu)化方案能否容忍不可控因素的波動。本文以整車動力性與經(jīng)濟性為目標，應用田口穩(wěn)健設計方法對動力系統(tǒng)參數(shù)進行優(yōu)化設計。

2 構建整車仿真模型

在整車開發(fā)階段，應用CAE 方法可縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，為此，鑒于Cruise 軟件在電動汽車動力性和經(jīng)濟性仿真方面的優(yōu)勢，根據(jù)表1中的整車相關參數(shù)在 Cruise 軟件中創(chuàng)建了如圖1所示的仿真模型。

3 田口穩(wěn)健性優(yōu)化

純電動物流車動力系統(tǒng)匹配涉及零部件選取和整車性能，是一項較為系統(tǒng)復雜的工作。為了保證車輛性能的優(yōu)良和穩(wěn)健性，有必要對動力系統(tǒng)各參數(shù)進行優(yōu)化設計。電動汽車在行駛過程中受到包括路況、天氣以及瞬時載荷突變等諸多因素的影響，所有這些因素不僅會影響到整車性能，而且會干擾駕駛員的主觀判斷，從而增加交通事故發(fā)生的可能性。因此，合理匹配動力系統(tǒng)的相關參數(shù)，在保證整車性能的同時提高穩(wěn)健性，對電動汽車的設計有很重要的意義。

首先定義可控因素：

（1）額定功率（kW），額定載荷范圍以內(nèi)驅(qū)動電機正常工作能提供的功率最大值;

（2）額定轉(zhuǎn)速（r/min），驅(qū)動電機功率輸出在轉(zhuǎn)折位置點的電動機轉(zhuǎn)速;

（3）過載系數(shù)，電機能夠達到的瞬時峰值輸出功率和額定功率的比值;

（4）總傳動比，指的是傳動系統(tǒng)變速器參數(shù)和主減速器參數(shù)兩者的速比乘積。

車輛在行駛過程中，影響其性能的不可控制因素包括道路條件，載荷變動，天氣狀況等外界因素，還有傳動磨損，胎壓之類的車輛自身因素。載荷的改變頻率是最高的，對整車的行駛性能影響也最大，因此選定車輛載荷為噪聲因素。各因素水平如表 2 所示，各水平取值參考工程實際。

目標評價體系，評價指標包含如下幾個：

（1）加速時間（s），電動車輛從速度為零加速達到 100km/h 耗費的時間;

（2）最高車速（km/h），電動車輛在良好路面上能夠保持穩(wěn)定行駛 30 分鐘以上的最大速度值;

（3）最大爬坡能力，電動車輛在足夠長度的良好斜坡路面上能夠保持穩(wěn)定行駛的最大路面坡度值;

（4）綜合循環(huán)工況能耗（deg/100km），電動車輛依據(jù) NEDC 工況具體要求運行時的能量消耗平均平均值。

總體目標：

式中A為加速時間的初始設計目標，B為最大爬坡度的初始設計目標，C為最高車速的初始設計目標，D為綜合循環(huán)工況能耗的初始設計目標。k1、k2、k3、k4分別為對應的加權因子，分別取為：0.15、0.35、0.15、0.35。

從目標函數(shù)的定義可以，目標屬于望大特性，即總體目標值越大越好。內(nèi)表采用L9（34）正交試驗表，按照相應的順序進行仿真分析之后，求解各匹配方案對應的目標均值和性噪比，如表3所示。

通過極差分析方法可知：額定功率取3水平、過載系數(shù)取3水平、額定轉(zhuǎn)速取1水平、總傳動比取3水平時，總體目標與信噪比都取得相對最優(yōu)狀態(tài)。

優(yōu)化前后方案仿真結果對比如表4所示：

4 總結

通過田口穩(wěn)健設計，對純電動物流車動力系統(tǒng)的參數(shù)進行了匹配優(yōu)化，仿真結果表明優(yōu)化后的參數(shù)組合方案，整車動力性和經(jīng)濟性都有所提高，也更能容忍噪聲因素的波動。

參考文獻

[1] 肖仕昊.淺析電動汽車在物流行業(yè)的應用與優(yōu)化[J].商訊，2019（32）： 163-165.

[2] 王文偉，畢榮華.電動汽車技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2010.

[3] 吳海龍.微型純電動城市物流車動力系統(tǒng)匹配優(yōu)化[D].太原：太原理工大學，2016.

[4] 顏廷坤，何鋒，周凱，等.純電動箱式運輸車動力傳動系統(tǒng)傳動比優(yōu)化.[J].現(xiàn)代制造工程，2018（01）：54-58.

[5] 孫貴斌，路廣威，熊敏.某款純電動物流車動力系統(tǒng)匹配與優(yōu)化[J].汽車實用技術，2020（01）：21-25.