后驅純電動輕型商用車驅動系統參數匹配及續航里程提升仿真研究

摘要：本文針對后驅純電動輕型商用車驅動系統參數匹配方法完整性，以及中國輕型商用車行駛工況（CLTC-C）下續駛里程短的問題，建立了較完備的驅動系統參數匹配方法和續航里程提升的數學模型。同時該研究基于AMEsim 整車動力經濟性仿真模型，對整車動力經濟性進行了仿真，仿真結果滿足整車性能指標要求。經過參數敏感性分析，得到了各因素對續航提升的影響百分比，形成了整車項目續航里程提升開發清單。實際項目續航提升清單梳理匹配后，CLTC-C 工況下仿真續航里程提升6.6%，為整車廠續航提升及管控工作提供一種可靠的理論和方法。

關鍵詞：后驅純電動；輕型商用車；參數匹配；敏感性分析；續航提升；AMEsim

中圖分類號：U462.3 文獻標識碼：A

0 引言

在我國汽車市場，商用車保有量約占汽車保有量的12％，但商用車輛排放中的NO 和PM 污染物排放量分擔率高達80％，溫室氣體排放量占道路交通總排放量的77％。因此，商用車是汽車產業減污降碳的關鍵之一[1]。為了響應國家節能減排的政策需要，GB 20997《輕型商用車輛燃料消耗量限值》第四階段限值標準對N1 類輕型商用汽油車油耗限值進一步加嚴10% ～ 15%，輕型商用車的平均油耗標準預計也會在2026 年1 月1 日考核。基于輕型商用汽油車第四階段限值和企業平均油耗考核要求，開發純電動輕型商用車勢在必行。

當前我國電動商用車發展仍面臨續駛里程短的問題，而驅動系統參數的匹配是影響續航里程的關鍵因素。為研究純電動輕型商用車續駛里程的提升和驅動系統參數匹配方法，相關學者做了較多研究。續駛里程提升方面，彭鵬峰等提出了以提高電機效率的3 擋傳動系統參數匹配方法提高電機的能量利用率，新歐洲標準行駛循環工況（NEDC）下續駛里程提升了14.1%[2] ；王永鼎等提出了汽車前后軸制動力分配策略，制定能量回收策略，NEDC工況下總能量回收率提升1.97% [3]。驅動系統參數匹配方面，施佳能等根據某款純電動商用車經濟性與動力性的要求，進行了動力參數匹配[4] ；孫國慶等基于某型純電動商用車總體設計指標，采用理論公式計算初步選定了動力系統參數[5]。

但以上的參數匹配完整性不夠，續航提升針對NEDC 工況，且續航提升方法較單一，續航管控時無法為全面挖掘整車續航潛力提供指導。本文以后驅純電動輕型商用車為研究對象，解析其驅動系統參數匹配理論，并基于AMEsim 進行整車動力經濟性仿真，根據匹配理論部分找出CLTC-C 工況下與續航相關的因素，進行參數敏感性分析。

1 驅動系統性能參數匹配理論

后驅純電動輕型商用車動力系統包括電機控制器、驅動電機、主減速器三合一、動力電池、高壓配電盒、車載充電器OBC與直流變換器DCDC、低壓蓄電池、低壓負載以及慢充系統等，OBC 和DCDC 集成于高壓配電盒（圖1）。高壓電池輸出電能，通過電機控制器驅動電機運轉，將電能轉換成機械能。驅動電機輸出扭矩經過主減速器減速增扭后，驅動車輛行駛。

由式（17）可知，影響續駛里程的因素為：最高車速、測試質量、風阻、輪胎滾阻、驅動電機效率、能量回收率、低壓附件功耗損失、DCDC 轉換效率和電池充電效率。速比影響電機在CLTC-C 工況下運行點，間接影響了驅動電機的效率，故驅動電機的效率不僅包括電機本體的效率，電機電控效率的效率，還包括電機不同速比下的工況效率。為分析各個因素對續駛里程的影響，本文按表4 設置了仿真分析矩陣，將表1 和表2 輸入到整車動力經濟性仿真模型中，利用AMEsim 的批處理仿真功能進行仿真。仿真時需保持單一變量輸入，其他參數保持不變，仿真續航結果變化平均比例如表4 所示。續航變化平均比例是負值，說明該因素按仿真輸入列表變化時續航結果是減少的。

根據上述敏感性分析結果表，形成項目可執行清單，輸入項目開發中，將此形成可執行清單。可執行清單中，測試質量降低50 kg，風阻系數減少0.1，滾阻系數降低5.0‰，電機效率平均提升1%，能量回收率提升10%，低壓功耗降低0.020 kW · h，最高車速、DCDC 效率和電池充電效率以及主減速比保持不變，輸入到整車動力經濟性仿真模型中，CLTC-C 工況下續航里程提升6.6%。

5 結束語

本研究為解決輕型商用車驅動系統參數匹配方法不夠系統的問題以及滿足續航里程提升的需求，建立了對應的數學模型和整車仿真模型，進行了多個參數單一變量的敏感性分析，結論如下。

（1）對后驅純電動商用車驅動系統性能參數進行了詳細的理論分析，建立了續航提升的數學模型，按驅動系統性能參數理論匹配結果進行了整車動力經濟性仿真，模型仿真結果滿足動力經濟性目標值。

（2）按驅動系統性能參數匹配理論找出了影響續駛里程的影響因素，并進行了敏感性仿真分析。分析得到了整車最高車速、測試質量、風阻、滾阻及電機效率、能量回收率、低壓附件功耗損失、DCDC 轉換效率、電池充電效率以及速比變化對續駛里程影響的具體比例，形成了項目可執行清單。根據項目實際開發匹配，CLTC-C 工況下整車續航里程仿真提升6.6%。

（3）驅動系統性能參數匹配理論和敏感性分析的結果為整車廠提升續駛里程提供了理論指導和項目開發具體工作清單，對整車廠純電動汽車續駛里程提升工作具有一定的參考價值。后續將進一步開展整車滑阻測試、動力性測試和實車測試單一變量對續航里程的影響結果及續航里程的能量流測試，完善仿真模型層級，綜合優化提升實車續航里程。

【參考文獻】

[1] 邱彬， 彭海麗. 我國商用車低碳化發展環境研究與技術路徑分析[J] 汽車工程學報，2022，12（2）：127-136.

[2] 彭鵬峰， 許新權， 曾潔瓊. 基于電機效率的純電動汽車傳動系統參數匹配研究[J]. 機械設計與制造，2021，6：39-44.

[3] 王永鼎， 裴開雅. 純電動汽車制動能量回收策略優化研究[J]. 機械科學與技術，2022，41（9）：1436-1441.

[4] 施佳能， 韋尚軍， 丘云燕， 等. 基于CRUISE 的純電動商用車動力參數匹配及仿真分析[J]. 電子質量，2022（03）：67-72.

[5] 孫國慶， 葉硼林， 余翔宇， 等. 純電動商用車動力系統選型及其基于Cruise 的動力性經濟性仿真[J]. 汽車實用技術，2020（05）：11-14+22.

[6] 余志生. 汽車理論[M]. 北京： 機械工業出版社，2018.

作者簡介：

蔣華梁，碩士，工程師，研究方向為整車動力經濟性集成。