纯电动物流车动力系统参数匹配与仿真分析

吴智勇

摘要：以设计一款实用的纯电动物流车为目的，根据车辆的动力性能要求，对车辆动力系统参数进行匹配，运用AVL-Cruise软件搭建整车仿真模型，分析了整车的动力性能和经济性能，验证了匹配设计的正确性。

关键词：纯电动物流车；动力性；经济性；仿真

1.引言

随着工业化进程的不断发展，环境污染和能源匮乏等问题日趋严峻，传统化石燃料车辆的弊端也在不断显现出来，研发更加节能环保的交通工具是当今汽车行业发展的首要任务。纯电动汽车相比于传统汽车具有结构简单、无排放污染、噪声低、能量转换效率高等显著优点。

纯电动物流车在纯电动汽车的发展普及过程中具有更明显的优势。纯电动物流车型通常用于城市内部间的物件派送，对车辆续驶里程的要求不高，且可在夜间闲时进行集中充电，很好地克服了当前纯电动汽车所存在的缺点与不足。AVL-Cmise软件可以用于传统汽车及新能源汽车的动力系统、传动系统、尾气排放系统的辅助开发以及整车性能的仿真与优化。

2.整车参数和设计要求

2.1纯电动物流车动力系统结构

纯电动物流车沿用了传统内燃机车辆的动力系统基本结构，用驱动电机取代内燃机作为车辆的动力源，并配备电机控制器以及适当容量的车载动力电池等，采用后轮驱动的方式，动力系统结构简图如图1所示。

2.2纯电动物流车整车参数

纯电动物流车整车参数及变速器参数如表1、表2所示。

2.3设计要求

所开发的纯电动物流车的性能要求如表3所示。

3.动力系统参数匹配

3.1驱动电机参数匹配

驱动电机作为纯电动汽车的唯一动力来源，它的性能在很大程度上决定了纯电动汽车整车的性能。因此，驱动电机的合理选择及参数匹配，是纯电动汽车动力系统的研究设计与性能优化的关键因素。

4.基于Cruise的整车建模与仿真

4.1整车模型的建立

依据纯电动物流车的结构，将车辆各个部件模块逐一添加至cmise建模平台中，建立正确的电气连接与机械连接，随后将完整的数据输入到各个模块中，设置所需的计算任务并开始进行仿真计算。

模型中包括整车参数模块、变速器模块、主减速器模块、车轮模块、制动器模块、驱动电机模块、差速器模块、驾驶员模块、防滑模块、电池模块、制动控制模块、驱动控制模块、监控模块、常数设置模块等。

4.2计算任务的设定

动力性能和经济性能是评价车辆性能优劣的主要依据。本次分析中纯电动物流车的主要计算任务包括在中国典型城市循环工况下的仿真计算、40km/h匀速工况下的仿真计算、0-50km/h加速时间计算、最大爬坡度的计算以及最高车速的计算等。

中国典型城市循环工况总行驶里程约为5.9km，历时1314s，最高车速60km/h，具体工况如图3所示。

5.计算结果分析

5.1动力性能仿真结果

5.1.1爬坡性能

由仿真结果可得，所匹配设计的纯电动物流车在满载条件下的最大爬坡度约为33%，车速为17km/h时的爬坡度约为26.1%，满足车辆对爬坡性能的设计要求。图4为该车在满载条件下的爬坡性能曲线。

5.1.2加速性能

由仿真结果可得，所匹配设计的纯电动物流车在满载条件下从车速为零加速至50km/h所需的时间约为10.1秒，加速性能优良。

5.1.3最高车速

图6为满载条件下车辆加速过程中驱动功率与阻力功率平衡曲线，其中阻力包括滚动阻力、加速阻力、风阻阻力和坡度阻力等。从图中可以得出该车在满载条件下最高车速约为100km/h，满足对最高车速的设计要求。

5.2经济性能仿真结果

5.2.1循环工况

由仿真结果可得，该车半载条件下在中国典型城市循环工况下行驶一个循环耗电量约为2.87kWh，折算后为48.64kWh/100km。图7为循环工况下电池SOC值变化曲线，直至循环工况结束，电池SOC值由初始90%降至86.12%。图8为城市循环工况下驱动电机工作点云图。从图8中可以看出，电机在循环工况下基本工作在高效率区。

5.2.2匀速工况

由仿真结果得，车辆半载在水平道路上以40km/h车速匀速行驶，电池SOC值从90%降至10%，续驶里程约为140km，折算成耗电量为43.98kWh/100km，吨百公里耗电量为7.996kWh/T.100km（试验质量按车辆半载为5.5T）。图9为匀速工况下电池SOC随车辆续驶里程的变化关系曲线。

6.结论

根据纯电动物流车的性能需求，对车辆的驱动电机、动力电池等动力系统参数进行了匹配设计。运用Cruise软件搭建了整车仿真模型，分析计算了所设计的纯电动物流车的动力性能和经济性能。仿真结果表明，所匹配的动力系统各部件满足动力性能的要求。采用理论研究与仿真计算相结合的方法快速地完成了对纯电动物流车的初步设计，这可以大量节省原型试验所需的成本，缩短产品设计周期，仿真结果可为今后純电动汽车的优化设计提供重要的数据参考。