某款纯电动物流车动力系统匹配与优化

孙贵斌　路广威　熊敏

摘 要：文章以一款自动挡纯电动物流车为研究对象，在对其动力系统结构进行相关分析及整车设计需求的基础上，对其进行合理的参数匹配。为进一步提高整车性能，采取一种多目标遗传算法的优化方案，对整车的传动系参数进行优化。在ADVISOR仿真平台下搭建整车模型并对其进行仿真验证，结果表明，文中对自动挡纯电动物流车的参数匹配以及采取的优化方案是合理的。关键词：自动挡纯电动物流车;参数匹配;ADVISOR仿真;优化中图分类号：U469.7  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）01-21-05

Abstract： Taking an automatic transmission pure electric logistics vehicle as the research object， on the basis of relevant analysis of its power system structure and vehicle design requirements， reasonable parameter matching is carried out. In order to further improve the performance of the vehicle， a multi-objective genetic algorithm was adopted to optimize the trans -mission parameters of the vehicle. The whole vehicle model is established under the ADVISOR simulation platform and verified by simulation. The simulation results show that the parameter matching and optimization scheme adopted for the automatic transmission pure electric logistics vehicle is reasonable.Keywords： Automatic transmission pure electric logistics vehicle; Parameter match; The ADVISOR simulation; OptimizationCLC NO.： U469.7  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）01-21-05

前言

近年来配送行业与轻物流的飞速发展，极大地促进了我国城市物流运输行业的发展。由于市场需求以及国家相关政策的扶持，对纯电动物流车的需求急剧增加。目前，对于纯电动汽车，因为电池技术发展遇到瓶颈仍没有突破性的进展，因此合理匹配及优化纯电动汽车的动力系统对纯电动汽车就显得更加重要^[1]。

本文以一款自动挡纯电动物流车为研究对象，在对动力系统结构进行相关分析及整车设计需求的基础上，对其进行合理的参数匹配，然后建立加速度和能量消耗最多目标优化模型，利用遗传算法对其传动系速比进行优化，最后利用ADVISOR对整车性能进行仿真验证。

1 整车基本参数与性能指标要求

在综合分析整车结构后，本文中纯电动物流车决定采取单档机械式传动结构，即去掉离合器和变速箱，直接将电机、减速器以及差速器组合在一起，这样减少了整车的质量与底盘所占用的空间，有利于其他部件的布置，同时减少了整车的研发时间;另一方面对于动力电池采取整体式分布的布局，设计一款新的电池包结构，使动力电池全部集中在车身地板下部的位置上，这样可以提高整车的操纵性与平稳性也使得载荷均匀的分布。其整车驱动系统三维模型如图1所示。

整车基本参数如下表1所示，性能指标要求如表2所示。

2 纯电动物流车动力系统参数匹配

2.1 电机参数匹配

驱动电机参数的匹配主要是指对其峰值功率、额定功率、最高转速、最大转矩和额定转速等参数的确定^[2]。

2.1.1 电机额定功率和峰值功率的確定

纯电动物流车电机的峰值功率需要能够同时满足最高车速、最大爬坡度以及加速时间所需的功率^[3]，即：

2.1.2 电机额定转速和最高转速的确定

根据目标车型的设计性能指标要求，电机的最高转速应不低于纯电动物流车的最高车速，即：

2.1.3 电机最高转矩和额定转矩的确定

驱动电机的最高转矩T_max应当满足车辆低速行驶时能够通过最大爬坡度：

综上计算，最终确定选取一款永磁同步电机最为驱动电机，其基本参数如表3所示。

2.2 动力电池参数匹配

设计动力电池组时首先应该满足整车动力性，其次再保证整车续驶里程的设计要求^[4]。本文中纯电动物流车选取的动力电池是磷酸铁锂电池，其标称电压为3.2v。

动力电池的单体数量可以通过对动力电池的要求来计算。根据所确定的驱动电机的性能可得到计算电池组数目公式如下：

根据以上对传动系传动比范围的分析及设计经验，确定主减速比为4.875，同时计算得出在该速比下纯电动物流车满足整车的动力性要求，故本文采用固定速比减速器，其主减速比为4.875。

3 纯电动物流车动力系统优化

纯电动汽车传动系优化是多目标的函数优化问题，遗传算法它正是解决此类问题的有效方法^[6].

3.1 选择优化目标

本文主要以纯电动物流车传动系的参数作为优化变量。针对传动系进行优化时，通常是以主减速比和变速器传动比为优化变量^[7]。由于本文纯电动物流车没有变速箱，因此仅选择主减速器速比作为优化变量即：

3.4 优化算法计算

根据上文得出的目标函数和约束条件调用 MATLAB 遗传算法工具箱进行编程优化计算^[8]，得到遗传算法下的传动系速比优化结果，如下表5所示：

4 ADVISOR整车仿真

4.1 构建整车仿真模型

在ADVISOR整车参数输入界面，根据匹配参数对纯电动物流车主要部件模块的m文件进行修改重新定义来搭建整车仿真模型，其主要部件模块包括驱动电机、电池、主减速器和车轮等^[9]。

4.2 整车仿真分析

1、在完成对纯电动物流车整车模块的搭建后，选取欧洲城市工况CYC_NEDC对其动力性经济性进行仿真，其中单个工况中车速随时间变化如下图2所示，设置相应的爬坡度及加速度的计算任务。图3为仿真实际车速曲线，对比可知车辆能很好的跟随该循环工况^[10]。图4、图5分别为仿真后电机的效率图与动力电池的SOC变化曲线。

由图4可知动力电池组的SOC值在整个循环过程中保持平稳下降趋势，且整个放电状态较为稳定，满足实际情况;图5可以看出驱动电机在仿真过程中其工作效率大部分处于0.9左右。表明对纯电动物流车的匹配基本满足要求。

利用ADVISOR搭建整车模型并进行仿真，整车性能仿真结果如下表6所示;图6为优化前后动力电池SOC变化。

图6  优化前后SOC变化曲线

由表4可知优化前纯电动物流车的最高车速未能满足设计指标要求，而优化后纯电动物流车的整体性能有了一定的提高，其动力性与经济性都有了一定的改善。其中最高车速较之提升了5%左右，满足设计指标;续驶里程较之前上升了9.8%左右，虽然0-50km加速时间与爬坡度较优化前有所下降，但仍满足整车的设计指标。

5 结论

根据整车设计指标要求，对自动挡纯电动物流车主要部件进行匹配，然后利用遗传算法，对其传动系速比进行多目标优化。之后利用ADVISOR仿真平台进行整车性能仿真。由结果可知整车参数的匹配基本符合要求，同时在遗传算法的优化下纯电动物流车的整体性能有了一定的提高，其动力性与经济性都有了一定的改善。验证了利用遗传算法进行传动比优化的准确可行性，为之后纯电动物流车整车参数的匹配与优化提供了一定的参考价值。

参考文献

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