纯电动客车Cruise模型参数修正与经济性研究

张显胜，张宏潇

（上海汽车集团股份有限公司 商用车技术中心，上海 200438）

纯电动汽车具有“优越的尾气零排放的环保性能”、“能够利用各种清洁能源”、“能量利用率高而节省能源”、“噪声低”等优点[1]，从而成为汽车产业的重要研究方向，也是未来汽车发展的趋势之一。

1 纯电动汽车建模

电动汽车动力总成系统的组成部分主要包括电池、电机、离合器、变速器、减速器以及车轮。本文的城市客车动力系统采用了特殊的双电机结构，无离合器、变速器，取而代之的是与电机安装在一起的固定速比耦合箱，动力系统结构简图如图1所示。整车基本参数见表1。

为了便于建立模型和方便计算，本文不研究双电机的控制策略，仅将双电机合并为一个电机处理，后轮双排轮胎合并为单排轮胎，利用Cruise软件搭建整车模型，如图 2所示[2]。

表1 整车基本参数

Cruise软件中参数众多，有的参数是可以直接得到的，但有些参数是没有办法获得的。因此，在建立模型之后必须进行修正[3]。本文主要讨论纯电动汽车在城市公交循环下运行的经济性，而在样车试验过程中，只测得了 40 km/h匀速行驶的续驶里程、0～30 km/h和 0～50 km/h的加速时间。因此，可以借助已有的试验数据修正在Cruise软件中建立的模型，进而模拟实际的中国典型城市循环工况下的经济性。

整车动力性的主要影响因素在于电机的转矩参数和电池的功率输出，这两者共同决定整车输出的最大驱动力和功率[4]。加速时间计算公式[5]：

式中：δ是旋转质量系数；Ft是牵引力；Ff是行驶滚动阻力；Fw是风阻。

从上式可以清楚看出影响加速时间的因素，便于调整参数。

对于续驶里程的主要影响因素在于整车质量、电池容量、滚动阻力系数和电机的效率，因此，要注意以上参数的设置。

需要特别说明的是：

1）供应商提供的电机的MAP图的数据点一般较稀疏，有必要对数据进行双线性插值处理，观察得到的三维曲面，修正一些异常点，尽量使曲面光滑，然后把处理后的数据导入到Cruise软件中。

2）在运用理论公式计算续驶里程时，计算值总是偏小，且误差很大，主要是因为电池的容量估计得偏小所致（一般假定电压为标称值），因此，在使用Cruise时，输入更加接近真实情况的电池放电曲线，利用软件的优势缩小这一误差。

此外，滚动阻力系数对动力性和经济性都有比较大的影响[6]，也是不容易获取准确数值的重要参数，一般可用空档滑行距离进行校正[7]。

试验结果：充满电后以40 km/h匀速行驶至SOC为20%的续驶里程为160 km，0～30 km/h加速时间为7.33 s，0～50 km/h 加速时间为 16.08 s。

经过修正后的模型的仿真结果：充满电后以40 km/h匀速行驶至SOC为20%的续驶里程为155 km，0～30 km/h加速时间为7.03 s，0～50 km/h加速时间为17.02 s，误差分别为3.13%、4.1%、5.8%。可以看出，此模型计算结果误差很小，非常接近真实值，可以进行经济性研究。

2 经济性研究

为了更好地反应真实情况，此研究基于中国典型城市工况的百公里电消耗[8-9]。在Cycle Run任务下建立三个循环时间的工况（为了提高计算精度），行驶时间为3 942 s，行驶距离为17.654 km，城市循环工况如图5所示[10]。

仿真结果：耗电24.34 kW·h，折合成百公里电耗Ek=24.34/17.654×100=137.9 kW·h

参考国家标准[11]，耗电量和油耗之间的转换公式：

式中：Ek为百公里耗电量，kW·h；Dfuel为燃料密度，g/cm3；Qfuel_low为燃料的低热值，J/g；ηeng为发电工况下，发动机的平均工作率；Vfuel为折合后的百公里油耗，L。

对于柴油：Dfuel=0.85 g/cm3；Qfuel_low=43 000 J/g；柴油机平均工作效率大概是36%，则折算后的百公里油耗为

当前柴油价格为8.2元/L，上海工业用电价格为1.097元/kW·h，本项目的纯电动城市客车的质保期为150 000 km，所以，行驶150 000 km后传统燃油车和纯电动客车的燃料消费和电费分别为46.4万元和22.7万元，节省费用23.7万元。

3 结束语

1）建立准确的仿真模型必须掌握一定的汽车理论知识和纯电动车的总线连接知识，在发现仿真结果出现偏差或出错时，能迅速找到影响参数。

2）在开发初期建立的模型有很大的误差，随着掌握信息的增加，要随时校正整车模型，控制结果的误差范围，更好地为开发服务，缩短开发周期，节省成本。

3）纯电动城市客车在能耗使用成本上，大大优于传统城市客车，有利于大面积推广。

[1]康龙云.电动汽车最新技术[M].北京:机械工业出版社,2008.

[2]王保华，罗永革.基于CRUISE的汽车建模与仿真[J].湖北汽车工业学院学报，2005，19（2）

[3]刘道东.消防车动力系统参数优化匹配研究[D].太原：太原理工大学，2011.

[4]吴森，赵世科.串联式混合动力电动汽车经济性研究[J].武汉理工大学学报：信息与管理工程版，2005，（1）

[5]余志生.汽车理论（第5版）[M].北京:机械工业出版社，2010.

[6]姜海斌，黄宏成.CRUISE纯电动车动力性能仿真及优化[J].机械与电子.2010，（4）

[7]GB/T 12536-1990，汽车滑行试验方法[S].北京：中国标准出版社，1990.

[8]孙宏图，王天灵，宋希庚.城市公交客车行驶工况研究[C].中国汽车工程学会年会论文集，2007.

[9]邓超，石琴.基于道路工况的城市客车传动系参数的优化[J].汽车科技，2009，（2）

[10]清华大学机械工程实验教学中心.发动机动态模拟试验指导书[DE/OL].[2012-06-06].http://syskfgl.cic.tsinghua.edu.cn/sysgl.labcase.do?m=datail&P id=183¢er id=12¢er code=01305

[11]GB/T 19754-2005，重型混合动力电动汽车能量消耗量[S].北京：中国标准出版社，2005.