福田F60电动汽车起步加速仿真及分析

肖涛

摘 要：电动汽车因其具有污染小、噪声低、节约能源、结构和维护简单等优点受到人们的广泛关注，其研发已成为汽车行业的热点。电动汽车在行驶过程中，其电源电压、道路状况和驾驶模式多变，为保证良好的驾驶特性和乘坐舒适性，对电动汽车起步加速和速度控制的研究具有重大的理论价值和实用意义。该文对福田F60电动汽车在良好路面的经济车速和起步加速性能及其爬坡性能进行了仿真分析，对仿真结果与说明书参考数据和计算值进行了比较，验证了所建立模型的正确性。

关键词：电动汽车 动力学 仿真 加速性能

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0234-02

车辆在行驶时轮胎与地面摩擦力的反作用力提供车辆的动力，轮胎和地面的附着系数决定了地面所能提供驱动力的极限值。在该仿真中设置路面为水平路面，摩擦系数为1.0，在对模型施加不同动扭矩的情况下进行仿真分析，完成模型在不同动力形式下的动力学仿真。

1 经济车速

当车辆的发动机在额定功率下运行时，变速箱在高档位，车辆维持的车速一般作为经济车速，此时发动机的燃油消耗率较低，经济性最好。该文涉及的电动汽车经济车速是指电动机额定输入电压时的额度功率下，车辆所能维持的最高车速。

锥齿轮减速器的主动轴扭矩如图1所示，为了减少仿真开始时悬架和轮胎在整车重力作用下的下降震动引起的波动对仿真造成的影响，扭矩的起始点与滞后点的时间间隔为1 s，这时整车震动基本处于稳定状态，先利用电动机的最大转矩，使车辆加速至较大的车速后，再逐渐降低到发动机的额定扭矩并且保持一段时间，最后的稳定车速为该车在良好路面上的经济车速。仿真结果如图2所示。

电动汽车模型在图1电动机的驱动力矩作用下，得到模型的速度曲线图。由速度曲线可以看出，模型在2.5 s，即转矩作用1.5 s时模型开始起步运行，这时加速度大于零。在2～4 s的时间内加速度迅速以接近线性增加，同时车速以非线性增加。当时间在4～10 s之间，由于转矩为一定值，这时加速度也相应为一确定值，车速开始以线性增加。在10～11 s内加速度随着转矩的减小而减小，速度作相应的变化。在11 s以后的时间内转矩重新确定为一新的数值，这时加速度近似稳定为零，其平均值为10 mm/s2，此时的车速为8.67 m/s（31.2 km/h），这与计算车速及实际稳定经济车速30 km/h左右基本相吻合。仿真开始时曲线的波动是由于悬架处于自由状态，悬架和轮胎在整车重力作用下，其下降震动引起的波动造成的。通过对经济车速的计算和仿真可以看出，模型的简化、建模和约束设置与实际和理论基本相符，模型建立基本成功。

2 加速性能

建立所编程序生成水平B级路面，添加水平路面。电机的动力采用斜坡输入模拟起步加速过程，在动力输入的锥齿轮减速器主动轴处模拟电机力学性能添加快速变化的扭矩如图3所示，该扭矩从0N·m开始，同样为消除悬架影响，在前1 s扭矩始终为0N·m，使悬架在这段时间趋于稳定，然后经过3 s，逐渐增加到额定的转矩24N·m，总的仿真时间设定为5 s，在该输入下最终得到仿真结果如图3、图4所示。

电动汽车在如图3所示转矩的驱动下，加速度对应扭矩的变化趋势相近，整车起始速度为0 km/s，在1～4 s速度似线性增长，加速度变化为非线性增加，在4 s以后由于外加转矩为一常数，这时加速度相应为固定值，速度线性增加。该过程可以近似模拟车辆的起步加速工况。模型运行情况和设定的相符合，该仿真很好地模拟了电动汽车的起步加速性能，该型号的电动汽车具有良好的起步加速性能。

3 结语

该文在建立电动汽车的整车模型和添加约束的基础上，对电动汽车模型在不同路面和不同的转矩输入情况下进行了仿真，仿真结果与理论数据吻合较好，进一步验证了模型的正确性，这为进一步对电动车的传动系研究建立了研究平台和奠定了基础。

参考文献

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