２０１ ６（１ ０） 扮 霆 摘要：为了加快电动汽车的生产研发速度并降低成本，快速高效地对纯电动汽车重新进行动力系统匹配计算与零部件选 型工作就成为产品研发前期的主要问题，在与整车厂合作项目的基础上，通过ＡＶＩ 一Ｃｒｕｉｓｅ软件对整车进行仿真分析及验 证，从 而快速地对电动汽车的动力性和经济性进行匹配优化设计，根据仿真结果，最终判断选型工作和匹配结果满足厂 商要求的设计性能指标，极大地提高了产品研发效率，缩短了研发周期 关键词：纯电动汽车；动力性；经济性；动力匹配；ＡＶＬ—Ｃｒｕｉｓｅ仿真 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃａｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｒｕｉｓｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅ！’ｔｏ ｓｐｅｅｄ ｕｐ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｌｘ’ｈ ａｌｌｄ ｄｅｖｅｈ）ｐｍｅｎｌ ｏｆ ｅｌｅ（’ｔｒｉ（・ｖｅｈｉ（‘ｈ ａｎｄ ｒｅｄ［１（‘Ｐ ｃｏｓｔ．ｑｕｉ（－ｋｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉ（・ｉｅｎｌｌｖ【１ｔ 一 ｍａｔｃｌｌ’ｇｎｉ ｔｈｅ ｐｏｗｅｉ ｓｙｓｔＰｎｌ ｏｔ ｔＩ１ｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈＭｅ ａｎｄ ｓｅＩｅ（’ｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｌ’ｔｓ ｈａｓ］）ｅｅｏｍｅ ａ ｍａｊｏｒ ｉｓｓｕｅ ｉｎ ｐｔ‘ｅ－ｐｒｏｄｕｃｔ（ｉｐｖｅｈｉｐｌｎ（ ＩＩｔ． Ｂａｓｅｄ（ＩＨ ｔｉｌｅ ｅｏｏｐｅｒａｔｉＨｎ ｐｒｏｊｅｌ １ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｅｈＭｅ ｎｌａｎｕｆａ（・［ｕｒｅｌ’，ｔｈｅ ｓｉｎｍｌａｔｉＨｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｈ－ｖｅｈｉ（・ｈ ＡＶＬ—Ｃｉ‘ｔｌｉ￣，ｅ ｓｏｆｔｗａｌ Ｐ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｔｌｔ．ＳＨ ａｓ ｔｏ ｑｕｉｃｋｌｙ ｍａｔ（’ｈ ａｌｌｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｖｅｈｉ（’ｌｅ（１ｙｌｌａｍｉ（’ｓ ａｌｌｄ ｔ 【’ＨｌｌＯｌｎｙ．Ａ（‘（’ｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｈｓ．ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｓｅｌｅ（－ｔｈｉｎ ａｎｄ ｉｎａｌ（・ｈｉｎｇ ｒｅｓｕｈｓ ｈａｖｅ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｅｒｆｏｉ ］ｌｌａｌｌｅ（，ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｌａｍｌｆａ（ ｔｔｌｒｅｌ’ｓ ｒｅｑｌＩｉｒｅｄ． ｇＪ ａｔｌｙ ｉｎｌｔＨ＇（ｉｖｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆ（ｉｔ‘ｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｌ’ｏｄｕ（、ｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｌｌｄ ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｖ￣ ｌＨｐｍｅｎｔ ｃｙ（‘ｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂａｔｔｅｒｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｅｃｏｎｏｍｙ；Ｄｙｎａｍｉｃ ｍａｔｃｈｉｎｇ；ＡＶＬ－Ｃｒｕｉｓｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 随着环境污染和能源匮乏的加剧，纯电动汽车作 系统主要由电动机、电池、变速器、主减速器、差速器及 为一种交通工＿Ｉ＿＿ｉ．，已经渐渐进入人们的日常生活中。纯 车轮等【 组成，如图１所示。 电动汽车具有噪声低、排放污染低及能源转换率高等 优点，加 的各种鼓励，纯电动汽乍受到各大 汽车厂商的重视：以往电动汽车的动力性和经济性的 评价郜是由实 在测试道路或台架试验得到，但是电 机和动力系统 配方案和各主要零部件的参数变化多 样，符每个方案都进行实车测试，不仅ｓ￣Ｄｒｌ成本，而且 卜，＋ｉＪＪＰｔ ＡＶＬ—Ｃｒｕｉｓｅ仿真软件对电动汽车的主要零部 分析“｛最佳方案？ ｉ １ 轮｛ 而面丽卜一 丽丽卜—一匾 臣圃…［囹＿笔爱 图ｉ 纯电动汽车整车动力系统模型图 ２性能指标 延长研发『吉１期 因此，在汽车理论和结构计算的 础 １．纯电动汽车的性能主要研究动力性和经济性，动 件进行建模，对相应的路况进行模拟仿真，从而验征及 力性主要包括最高车速、最大爬坡度及加速Ｈ＋ＩＮ等；经 济性主要研究纯电动汽车的续航里程。文章中将驱动 电机的性能参数、传动系的性能参数及动力电池的参数 等作为此款纯电动汽车动力传动系统参数的匹配。为了 １纯电动汽车的整车模型及性能目标 １．１ 纯电动汽车动力系统的基本模型 必须通过整车性能要 由于是在传统车的琴础上进行研发，所以主要对 设计出符合性能要求的电动汽车，纯电动汽车的动力性进行匹配仿真和验证，而纯电动 求对汽车的动力系统进行匹配计算。表ｌ示出纯电动 汽乍的动力性主要是由动力总成系统来决定。其动力 汽车基本参数，表２示出纯电动汽车设计性能目标。笺 豳墨 表１纯电动汽车基本参数 嚣气车 叠 ——一２０１ ６年１ ０月 一——＿『蹊 蕊 ’ 式中： ——爬坡度，％； 车速，ｋｍ／ｈ； 爬坡主减速比。 将纯电动汽车基本参数代入式（３）和式（４），得 ＰＭ：：６１ ｋＷ，ＴＭ：９１ Ｎ‘ｉｎ。 同理，爬坡度为４％（１ｉ速为６０ ｋｍ／ｈ，满载质 为 表２纯电动汽车设计性能目标 ｌ ０５０ ｋｇ）时，ｉ－ｔ‘算ＰＭ和ＴＭ分别为ｌ１ ｋＷ和２８ Ｎ．１１１；爬 坡度为１２％（车速为３０ ｋｍ／ｈ，满载质量为ｌ ０５０ ｋｇ）时， 计算尸Ｍ及 分别为１２ ｋＷ干¨５８ Ｎ．Ｉ１ｈ ２．３ ＮＥＤＣ工况 由于该车为纯电动汽年，续航里 １１和．动力方面有限， 故采用新欧洲行驶工况ＮＥＤＣ（Ｎｅｗ Ｅｕｒｏｐｅａ，１ Ｄｒｉｖｉｎｇ ２动力系统正向匹配计算 ２．１ 电机功率（ＰＭ）及电机转速（＾ ） Ｃｙｃｌｅ ｏ该工况定位为城Ｉ 工况，基本符合纯电动汽 的 行驶工况，如图２所示。根据ＮＥＤＣ Ｉ 况及整 参数，通 冬１ ３所示的 个＿ｌｒ、ｆ兄下刈‘ 的电 根据瞬时最高车速和３０ ｍｈｌ最高车速（试验质量 过软件进行计算，得出｝机需求功率，可见要求的电机功率需夫于３３ ｋＷ ｌ ０３０ ｋｇ）ｔ 计算ＰＭ 币ｌＩｌ Ｎ 如式（１）和式（２）所示。 （ …（１） ＮＭ＝意 式中： ——传动效率。％； 卜滚动阻力系数； （２ Ｇ厂～风阻系数； ４＿——迎风 积，１１１ ； “ ——瞬间最高车速和３０ ｎｌｉｌｌ最高车速，ｋｍ／ｈ； Ｇ——电动汽 试验重力，Ｎ； Ｐ、广电机功率，ｋＷ； ０ ２００ ４００ ６００ ８００ Ｉ Ｏｏｏ １ ２（）０ 厂～主减速比； ，ｖＭ——电机转速，ｒ／ｍｉｎ； 广＿＿轮胎滚动半径，ｎｌ。 时间，ｓ 图３纯电动汽车ＮＦＩ）Ｃ工况需求电机功率 将纯电动汽车艇本参数代人式（１）和式（２），得： ３电机和电池选型 ＝１８ ｋＷ，ＮＭ：７ ｌｌ０ ｒ／ｒａｉｎ。 ３．１电机选型Ｉ Ｉ 同 ，山式（１）币¨式（２）得…３０ ｒａｉｎ最高车速对应 ３．１．１ 确定转速范围 的，Ｊ、１和Ｎ 分别为１４ ｋＷ和６ ４６４ ｒ／ａｒｉｎ。 选择目前被广泛应川于电动汽 驱动的水磁Ｍ步 ２．２最大爬坡度 电机作为动力源，电机的最高转速麻能｛芮足最高 速的 根獬满载爬坡度要求（２０％，车速为１０ ｋｍ／ｈ，满载 要求，ｌ扫式（１）和式（２）可 ，埘于 （３０ ｎｌｉｎ）＝ｌ（）０ ｋｌ１１／ｈ 质量为ｌ ０５０ ｋｇ）计算 及电机扭矩（ＴＭ／Ｎ・ｍ），如式 （其中瞬时 １ １０ ｋｍ／ｈ），相应电机峰值转速 大于 （３）和式（４）所示． ．，Ｊ、１＝ ｛ ａｒｅｔａｎ ｉ）＋ ＋Ｇｓｉｎ（ａｒｃｔａｎ ｉ ， ７ １ １０ ｒ／ａｒｉｎ，初选峰值转速为８ ０００ ｒ／ａｒｉｎ 一般水磁同 步电机扩大恒功率系数（Ｈ『】最大转速‘｜ｊ琏速之比） ２～３之间，根据厂商提供数据，取２．８汁算，凶此电机 ３．１．２确定峰值扭矩 （３） 速为２ ８５７ ｒ／ｍｉｎ。 ｛ ８ Ｉａｌ ＋ ＋Ｇｓｉｎ（ａｒｅｔａｎ ｉ）｝ｒ（４） 电机的峰值扭矩应至少能满足爬坡需求， 此需 大于９ｌ Ｎ・Ｉｌｌ ３．２电池的选型 ３．Ｉ．３峰值功率和额定功率的确认 根抓厂商提供数据，初选哇上池参数，ｆｎ１ ４所示 表 初选电动汽车电池参数 ｆｔ！．饥的峰ｆｒｆ功率 率 人于３３ ｋＷ 少满足ＮＥＤＣ 况的 求和 ？镳 Ｌ ■＿■■■＿・－＿－・●■■■＿■■■■ｌ■■ 爬坡需求，卡【｛ 以Ｉ 的汁饵结果，ＮＥＤＣ工况对峰值功 电ｆＥＩ（，Ｊ额定功率 满 ３０ ｒａｉｎ最商乍速要求，列 心的额定功半心大下ｌ４ ｋＷ，『而根据经验，Ｉ乜机的过载 ｔｊ豫邋 １２０ 曩｜ｊ曩 ｜ 瓤锹 ｆＬＬ＇ｆｋｆ～…／ ！ 曦一 （）．０３ ‘ ■■ ■■■ ■＿■ ■‘‘ｊ■■ ■■■■■ ■＿■■■■■■－‘■－■●●＿■＿－＿●＿－＿＿●■■－■■＿＿■ ＿■＿＿－ ■■●－＿■＿■‘‘● ‘‘ ： ： ｌｉ｛：／Ａ－Ｉｌ 蹲镪 Ｉ ｌＩｌ池Ｊ ｌｌ｝／ｋｗ。ｈ ≯ １ ７．３ ｜＼＼ 。翳 谨国 唆 “１ ｊｉ 暇Ｊ 』 一 一强 ｌ ２ｐ４０ 系数约为１．３～２（峰似功率 额定功率之比，取１．４什 ４动力系统匹配方案验证分析 ｆｆ ），ＩＪ１ 峰ｆ 功啐ｉ Ｊ、 大ｒ ｌ９．６ ｋＷ。 这Ｉ 所用到的是目 应ｊ１】于符大汽１ 公司的 ｝Ｕ机 述转述时川‘达到峰值功率，按照峰值扭 ＡＶｌ 一Ｃｌ Ｉｌｉｓｅ仿真软件，它是计算币Ｉｌ优化ｆ 动ｆ ４－动力 为９１ Ｎ・ＩＩＩ，Ｊ，Ｌ．－迷转述为２ ８５７ ｒ／ａｒｉｎ，计算电机峰伉 Ｐｔ－＠经济性的综合＿ｒ 具，适ｆ｝＝ｊ于设汁仿 ｆｔ－：ｆ，，ｊｆ＃动系 （，Ｊ／ｋ ）： 结卡勾的『Ｕ动汽车，能够血观的模块化 什，ｒＣ实的再现 ｜ 实１ 能，由于其电动汽车摸 的搭建过 简捷易懂， 能 时间内改变电动汽 的结构 形ｊ＝ ， 脱电动 汽乍 Ｖｔ－：ｆｉ￣ｌ：ｉＤ最优化，从而减少ｒ电动汽 的 发川期 ４．１ ＡＶＬ—Ｃｒｕｉｓｅ模型的建立 式Ｉｌｊ：７．＿一峰ｆｆ［十ｆ【 ，Ｎ・Ｉｌｌ； ｎ—— 述转述，ｒ／ｉｌｌｉ ｒ１． 依据约 条ｆ ｔ：ｒｌ＂Ｊ汁算结果，按照取大原！Ｊ！ＩＪ，根据经 验 步选取的也机参数，女Ｊ】表３所示 ． 表３初ｉ先电动汽车电机参数 根据整 结构模 ，在软件中建、 摸， 』ｉｌ ｒＩ 以 从 仃的模型中选择需要的模 ，将１Ｕ动汽／ｌ 、Ｉ 池、 变速输、篪速器及驾驶舱等卡５１块拖入软ｆ ｌ－１ｆ９ ｌ 作Ｊ）＜Ｉｆｌ， 部件之 的天系，对模块进行机械或电气连 接，如 ４所示，然后根据各个模块的参数进 没置， ｘｔｚ‘ｈ １运行仿真任务 ７，￣１ｔ｛＿＝ｌ动 Ｉ ｌ—— ＩＩ—ｌｌ ’ 年Ｉ ，ｊ Ｉ ］ ｌ ｌ ｌ］＝ 一一 Ｉ Ｈ Ｔ＾ ｌＩ制霸 十１器ｌ 甥Ｉ驶员 圆圆 堑 图４ 电动汽车整车模型图 １９ 汽车工程师 ４．２ ＡＶＬ—Ｃｒｕｉｓｅ运行流程 ２０１ ６年１ Ｏ月 ： １）根据 乍的构成，添加所需的馍块，如电机、变 速器、减速 、圳动器／艾车轮等零部件模块；２）根据各 个冬部什ｔ十ｌ＿ｉ麻的参数对模块的参数进行设置；３）利用 年符 ，＂￣Ｉｑｑ：ｌｙ，ｊ动 及信号的传递关系对部件进行物 理币¨｝乜 迮接；４）根据研究需 ，设置＿卡日幢的计算任务， 最高１ｊ述、最＿人爬坡度、加速时间／艾续航里程等Ｉ ４．３ ＡＶＬ—Ｃｒｕｉｓｅ的仿真分析验证 ４．３．Ｉ 最高车速验证 最高４：述验订Ｆ主嘤观察随着车速的不断提高，电 功汽牟是 还仃剩余牵引力，从 能始终带动电动汽 乍 仃圳冬１ ５所，Ｊ ，车速 ０～１ １２ ｋｍ／ｈ，始终都有利 余夸引力，说ｕＪＪ 车日Ｉ Ｌ ｒ可＇ｌ－／ｆ 速为１ １２ ｋＪｉｌ／ｈ 、； ｛ 、 Ｉ、Ｉ＼ Ｉ Ｉ 、 ｝｛、 ＼ 、 Ｌ Ｉ Ｉ１ 、 Ｉ Ｉ、孚 牵引 ｝｛ ｌＬ ＇＼ Ｊ 剩余： Ｉｊ 【 三／ｌｌ三一≥ ）６ ８ ３０ ４２ ５４ ６６ ７８ ９０ １０２ １ ４ ¨加 ０ 车速／（ｋｍ／ｈ） 图５ 电动汽车最高车速仿真验证图 ４．３２爬坡性能验证 爬坡性能验址 要足分析 功汽年在不同爬坡度 下埘Ｊ 的最Ｉ岛乍速，ｌＪ』Ｊ卡｝｛应的／ｌ 迷能通过的最大爬坡 址多少， Ｉ ６所示，４１速ｌ０ ｋｎｄｌ 对心的最大爬坡 为２０．８％；４‘ 爬坡度埘ｆ、 的 速ｌ １２ ｋｎｌ／ｈ；１２％爬坡 发埘Ｊ 的１ 速为７８ ｋｍｌｈ ｉ ： §Ｉ 蓥： ４ ＾＿噬／（ｋｍ／Ｉｌ】 图６电动汽车不同坡度 。 ｊ应最高车速 ４．３．３加速时间验证 加述ＩＩ¨｛Ｊ验 （即所说的＿ＪＪｌＪ速度验证）仿真曲线， ７所 从Ｉ殳】７呵以看出，０～５０ ｋｎｄｈ加速ｒｔ￣ｔｉｈ３为 ７．１ ｓ；５０～８（）ｋｉｎ／ｈ』ＪⅡ述Ｉｉ、Ｊ 问为６．２ ｓ；０～１００ ｋｎｄｈ力ｎ速 ｅｒ．１－ｉ；Ｊ ２（）．４ ｓ ２０ 【１１ｊ川 图７ 电动汽车 口遮时间仿 “ 线 ４．３．４经济性验证 根据电动汽车的定位，今次仍 采用的是ＮＥＩ）Ｃ 工况，本工况ｆＨ对接近纯 动汽车的 际ｌ 况，埘血的 仿真结果也比较准确， 罔８所示，“｛咀功汽／ｆ 利余ｌ乜 赶为５％时，埘应的续航 程为１３４．６ ｋｎｉ ２；４（）（）（） ｌ ２ ０００ ６【ｌ（）【） ）（）（）（）Ｓ ６４ ０００三 ４８（）ｌ１（） ３１（）Ｏ０ ｌ６（）（）（） （） Ｉ…＂ＨＩＤ， 一／１：迷 —— ’１ 臣８ ＼ｉ ： ’：［况 Ｅ黟 车 里ｊ呈ｆｈ 鹭： ５结论 仿真分析结 表叫．该乍爬坡 Ｉ＂ｔ－：ｆｉ￣，为２（）．８ｔ ，符合人 于２ｏ，￣＞ｌｆ９爬坡度没计要求；４ Ｊ７支度的 坡１ｌ速＿ｆＩ Ｊｌ ２ｔ 坡 的爬坡车速分别为ｌｌ２ ｋｌ１ ／ｈ ７８ ｋｉｎ／ｈ．人于要求的『］怀 值６０ｋｍ／ｈ和３０ｋｎｌ／ｈ；由之高１ 述ｌ１２ ｋｍ／ｈ，大于ｌ ｌ０ｋｉ，１／Ｉ１， 满足最高车速设计 求；０～５０ ｋｉｎ／ｈ和５０～８０ ｋｍ／Ｉ１ ｆｔ，＇ＪＤｉｉ速 时问分别为７．１ ｓ和６．２ ｓ，满 『Ｊ【Ｉ述时问嘤求；续航 程 为１３４．６ｋｍ，大于１Ｏ０ ｋｉｌｌ，满址行驶要求 步划定，所 进行的动力匹配与ｌ卡ＪＪ步选型满足动力性币ｌ１ 济件 求，同Ｉｔ，ｊ－￣ｉｊ用ＡＶＩ 一ｃ－・ｌｌｉＳｅ软什建饮仿真ｒ １『以缩 研发 周期，节约研发成本．减少［ｕ动汽车 没汁Ｌ的亩Ｉｌｌ 性，为今后的电动汽车丌发提供了晕要的参考数据 参考文献 ［１ Ｊ芰海滨，战宏成．（＝Ｉ｛Ｌ ＩＳＦ＂ Ｉ［ＬｄＪｊ ｔ 功』Ｊ ｒＩ 能 ｎⅢ支 化 Ｉ ｆＪＬｆ￣ 电了．２０１Ｏ（４）：６ｌ一６４． 『２Ｊ余志 ｝ ／ｌ：－ｎ．ｌ！沦【、Ｉ Ｊ ＪＥ ：ｆＪｌ做Ｉ 、“ ＩＩＩ扳｝Ｉ ．２００９：Ｉ一７Ｉ １３ Ｊ嵌她，饯￣７３＇４：３，ｉ＇ｔ・宏 ．堪丁ＣＩ｛Ｉ ＩＳＥ ｝ 功 １ 数 ｊｆ『Ｊｉ １分 折 ｆ 溉汽乍，２０Ｉ ２（５）：３－５． 父 纯【Ｕ动轿１ 功』Ｊ系统参数ｔＪ 配 』『『Ｊ』 研 丸ＩＩ）Ｉ．１之佧： 林大 ，２０１３：７一 ）． 【５『徐达仆，ｌｉ，Ｉ伴基于ＣＩ｛Ｌ１５Ｅ的纯ＩＵ动徉／１：ｆｈ＾９￣？ｌＪｌ 汉川‘Ｉ 久 ： ：ｆ｝｛．２０Ｉ ５，３７（！）：Ｉ ８３—１８６ （收蕊＿ｌ｝９ｌ：２０１６—０８一１８）
