A0級純電動汽車整車動力性經濟性集成方法

熊良劍 魏澤威 倪立 郝義國

（武漢格羅夫氫能汽車有限公司,武漢 430070）

主題詞：純電動汽車 參數匹配 仿真 AVL CRUISE

1 前言

在“雙碳”戰略加速推動全產業鏈綠色轉型以及消費升級背景下，智能電動汽車正成為新的趨勢。在中國汽車產品的研發設計、制造工藝、質量控制、供應鏈體系等已經處于愈加成熟的背景下，中國智能電動汽車的崛起是發展的必然，中國電子商會智能電動汽車專業委員會公布了2021年度新能源乘用車終端銷量數據。其中顯示，2021年全年，我國新能源車終端累計銷量為288.32萬輛。新能源汽車取代燃油車已成大勢所趨。以電動智能為主要特征的百年未有之技術變革，讓中國汽車從全球的市場中心轉變為全球的技術前沿陣地，中國汽車產業迎來了電動智能新時代。

在各大主機廠競爭越加激烈的背景下，同級別車型的整車性能參數作為消費者購車主要的參考指標，一款車型的整車動力性經濟性匹配合理性顯得尤為重要，本文通過對某款車型的動力性經濟性集成方法進行詳細闡述，根據輸入的基本參數通過理論計算確定電機、動力電池及傳動系統的基本參數后聯合AVL CRUISE軟件進行仿真驗算，此方法可供整車工程技術人員今后研究作為參考和借鑒。

2 各系統和整車性能集成匹配技術

2.1 設定整車性能目標

項目開發過程中需要關注的整車性能參數有整車的結構耐久、被動安全、NVH、動力經濟性、整車重量、底盤調教、制動性能、熱管理及空調性能等等，然而車型整車性能目標設定一般采用市場調研、競品分析的方式。對于動力經濟性參數，0~100 km/h加速時間≤12 s，最大爬坡度≥30%，續駛里程≥300 km，以上為整車性能市場調研結果。通過競品分析確定最高車速及驅動電機系統功率選型范圍。圖1為某A0級純電動汽車最高車速競品參數。

圖1 A0級純電動汽車公告參數整理

根據圖1可知，A0級純電動汽車最高車速基本都設定在80~120 km/h之間，且以100 km/h左右最為常見。

根據以上調研結果和競品分析，基本可以確定整車動力性經濟性性能目標，通過性能目標并根據整車基本參數可以搭建仿真模型計算各系統集成匹配選型需求，性能目標設定如表1所示。

表1 A0級純電動汽車整車性能目標

2.2 系統集成匹配選型

2.2.1 整車基本參數

根據車型定義及市場輸入，確定整車基本參數如表2所示。

表2 A0級純電動轎車整車基本參數

2.2.2 A0級純電動汽車整車動力性經濟性仿真計算模型

圖2為A0級純電動汽車整車動力性經濟性計算模型，模型包含動力電池系統、驅動電機系統、傳動系統（主減速器及傳動軸）、制動系統和車輪以及整車控制系統等。

圖2 A0級純電動汽車整車動力性經濟性計算模型

2.2.3 確定驅動電機系統基本選型范圍

（1）驅動電機系統峰值轉速確定

依據整車性能目標，最高車速≥120 km/h，根據式（1）。

式中，為電機峰值轉速，為輪胎半徑，為主減速比，i為變速箱速比，可以得出驅動電機峰值轉速≥9 000 r/min。

（2）驅動電機系統峰值轉矩確定

依據整車性能目標，最大爬坡度≥30%，根據式（2）。

式中，為整車滿載質量，為主減速比，i為變速箱速比，η為減速器效率，為附著系數，為輪胎半徑，為爬坡角度（弧度），可以得出驅動電機峰值轉矩≥170 N·m。

（3）驅動電機系統峰值功率確定

圖3為A0級純電動汽車競品車型驅動系統峰值功率公告申報參數。

圖3 A0級純電動汽車驅動系統集成選型對標

如圖3所示，A0級純電動汽車驅動系統峰值功率多選擇40~60 kW；且較多選擇45 kW或55 kW。

依據整車性能目標，0~100 km/h加速時間≤12 s，采用60 kW驅動電機系統，整車加速性能如下，表3、圖4所示。

表3 整車加速性能 s

圖4 峰值功率60 kW驅動電機系統加速性能

根據以上分析，峰值功率60 kW驅動電機系統能滿足整車動力性需求。

通過以上驅動電機系統選型計算，基本可以確定驅動電機系統選型范圍，按照表4對驅動電機系統進行選型，可以滿足整車動力性性能目標。

表4 A0級純電動汽車整車動力性對驅動電機系統需求計算

根據此選型范圍可對驅動電機系統進行集成選型，并綜合考慮系統成熟度、成本、壽命、空間結構及可靠性等多方面確定最終選型結果。

2.2.4 動力電池系統集成匹配選型需求

動力電池系統需能滿足驅動電機系統、整車附件系統和熱管理系統的功率需求，且需滿足動力性工況及經濟性工況下對動力電池放電功率需求。

（1）等速工況對動力電池需求計算

等速工況下整車以恒定車速穩定行駛，此工況下主要需求動力電池系統持續放電功率，整車性能目標設定最大巡航車速≥100 km/h，故動力電池持續放電功率需覆蓋最大巡航車速下整車功率需求。

表5 A0級純電動汽車不同巡航車速整車功率需求

如表5所示，整車性能目標設定的最大巡航車速下整車功率需求為13.36 kW，所以需求的動力電池持續放電功率需求需≥15 kW，按照動力電池技術要求，動力電池電量需≥15 kW·h。

（2）綜合工況對輔助能源需求計算

依據GB/T 18386—2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》及GB/T 18386.1—2021《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》。A0級純電動汽車目前適用的綜合工況主要有NEDC綜合工況和CLTC-P綜合工況。下面將結合這2個綜合工況計算分析工況對動力電池需求，如圖5中在NEDC綜合工況下動力電池峰值放電功率為35 kW持續時間10 s，動力電池峰值充電功率20 kW持續時間10 s。

圖5 NEDC綜合工況對輔助能源需求計算

如圖6中CLTC-P綜合工況下動力電池峰值放電功率55 kW持續時間10 s，動力電池峰值充電功率25 kW持續時間10 s。

如圖5、圖6所示，可以通過對綜合工況整車功率需求分析得出動力電池綜合工況下功率需求。

（3）動力性工況對輔助能源需求計算

動力性工況下，為滿足驅動電機系統峰值需求，動力電池需滿足相應的整車功率需求。考慮的動力性工況主要是功率需求或電量需求較大的工況，主要考慮的有最高車速、30 min最高車速、0~100 km/h加速。

圖6 CLTC-P綜合工況對輔助能源需求計算

（4）最高車速對輔助能源需求計算

根據最高車速試驗要求，車輛需加速到最高車速并保持行駛1 000 m，最高車速分為加速到最高車速和保持最高車速行駛1 000 m，圖7為A0級純電動汽車最高車速計算結果。圖7結果顯示放電功率67 kW時可持續15 s，放電功率21 kW時可持續30 s。

圖7 最高車速對動力電池需求計算

（5）30 min最高車速對輔助能源需求計算

30 min最高車速試驗要求車輛以該車速持續行駛30 min，30 min最高車速100 km/h，對應的整車功率需求為13.36 kW。

2.2.5 綜合工況續駛里程≥300 km

基于當前A0級純電動汽車集成匹配的整車基本參數和驅動電機系統參數，綜合工況下整車續駛里程≥300 km。

根據以上動力性經濟性工況下整車功率需求計算以及綜合工況下續駛里程需求電量計算（圖8），可以初步集成匹配整車性能對動力電池需求（表6）。

3 系統集成匹配選型結果

基于以上計算的整車動力性經濟性集成需求并結合市場資源和供應商體系等，可以對動力系統進行集成匹配選型，表7為基本選型結果。

圖8 綜合工況下續駛里程≥300 km

表6 A0級純電動汽車整車動力性經濟性對動力電池需求

基于以上匹配選型結果，可以搭載樣車進行整車性能摸底試驗，進而確定性能是否達標，從而驗證匹配選型合理性。

4 整車動力性經濟性試驗與標定

整車動力性經濟性試驗基于標準GB/T 18385—2005《電動汽車 動力性能 試驗方法》和GB/T 18386—2017《電動汽車能量消耗率和續駛里程試驗方法》GB/T 18386.1—2021《電動汽車能量消耗量和續駛里程試驗方法第1部分：輕型汽車》。

4.1 整車動力性試驗

整車動力性試驗在試驗場的試驗跑道上進行，依據試驗標準，依次進行30 min最高車速試驗、最高車速試驗、加速性能試驗和坡道起步能力試驗，試驗結果如表8所示。

表7 動力系統集成匹配選型結果

表8 整車動力性試驗結果

根據表8整車動力性試驗結果，整車動力性滿足性能目標，且比性能目標好很多，具有較強市場競爭力。

4.2 整車經濟性試驗

整車經濟性試驗需在環境艙轉轂試驗臺上進行，依據標準，須分別進行NEDC綜合工況和CLTC-P綜合工況整車經濟性試驗。濟性滿足性能目標，比性能目標好很多，具有較強市場競爭力。

表9 整車經濟性試驗結果

5 結語

通過以上整車性能和各系統集成選型，系統設計可以盡可能做到迎合具體應用場景和工況的需求，以適應工況達到較優的整車動力性、經濟性。在滿足運輸需求的情況下，降低整車集成成本，對于推動純電動汽車的發展具有巨大意義。同時，根據最終的試驗結果分析整車的動力性、經濟性的相關參數值與仿真值相接近，這也體現了此動力性經濟性的集成方法的可靠性，動力選型的正確性，可為今后其它級別的車型或者其它更為復雜的模型的研究奠定基礎。