基于ADVISOR的纯电动汽车整车性能 关键参数分析

尚玉玺，张成涛，彭炳顺，杨 航，覃立仁，赵浙栋

（广西科技大学 机械与交通工程学院，广西 柳州 545006）

前言

党的第十九届五中全会表明了要衔接继承好坚持壮大新兴的新能源汽车行业的方向，创建出一个可持续发展新模式。现阶段，关于纯电动车的性能测试基本上是在制造好的电动汽车上加装相应的传感器后再进行道路实测，对于汽车的关键部件的测试大多是通过搭建室内台架进行测试，这两种测试方式并不能将关键性能与整车很好地结合起来，在测试过程中，很容易出现关键性能台架测试通过，但是放在整车上就出现问题的情况，这是因为实车测试环境复杂，而实验台架测试环境相对简单，关键部件在实际工作过程中并不能有一个理想的工作环境。而且整车测试一般都是注重整车性能，会忽略了关键部件的性能[1]。

本文的目的就是要找到纯电动汽车哪些关键部件的性能会对整车性能产生影响，进一步可以通过关键部件的性能来确定整车性能，将关键部件的测试与整车性能的测试更好地结合在一起，减少了测试工作量。文章主要利用ADVISOR（高级车辆仿真器）软件对车辆进行仿真，得到电机、电池、减速器等关键部件的参数对汽车的整体性能起到的影响，并对相应的数据并进行分析，进而得出哪些参数是纯电动汽车的关键性能参数。

1 纯电动车的主要结构

目前而言，纯电动汽车是以电池组作为储能装置，用电动机驱动，符合行驶要求的车辆。相对于传统的内燃机汽车来说，纯电动汽车取消了内燃机，更改或者去除了一些传动机构。纯电动汽车的主要结构有电池管理系统、电动机驱动传动系统、整车控制系统以及车辆电子辅助系统等[2]。纯电动汽车工作原理是由蓄电池组输出电能，电能经过电流变换器变换再输送到驱动电机中，进而使电机开始运转，再将经过减速器降速后的驱动力输送管给车轮，进而使电动汽车可以正常行驶。其电力和传输系统布置图，如图 1 所示[3]。

图1 纯电动汽车电力和传输系统布置图

2 纯电动汽车仿真模型及性能参数选择

2.1 汽车仿真模型

在Advisor软件中，每种汽车的仿真模型都是通过Simulink的模块库搭建出来的，其中纯电动汽车仿真系统模型的搭建如图 2 所示，可以直接利用这套模型得到我们需要的仿真数据。

图2 纯电动汽车仿真模型

使用Advisor仿真软件，仿真汽车模型的整车整备质量是1 000 kg，整车轴距2.6 m，迎风面积2.04 m2，整车空气阻力系数0.33，载重136 kg，轮胎滚动半径28.2 cm。电机模型选用代表58 kW的永磁同步电机的MC_PM58文件，电机模型选用ESS_NIMH60_OVONIC文件进行仿真，蓄电池组单元数为25。仿真所用的其余参数不做更改。标准循环工况则选用符合我国路况的ECE_EUDC循环工况进行仿真[4]。

2.2 性能参数选择

主要选用的纯电动汽车部件有电池、电机以及减速器。其中影响这些部件的性能参数主要有：（1）电池容量及总电量，决定了电池电量多寡及电池重量；（2）电池电压，电池电压与电流都可以表达电池效率，选用电压就不再测电流；（3）电池温度，会影响电池性能；（4）电机功率，决定了电机的重量与基本性能；（5）电机最大转矩，影响电机性能；（6）电机温度，影响电机性能；（7）主减速器速比，决定主减速器的效率；（8）车轮滚动阻力系数。

3 关键参数对纯电动汽车性能的仿真与分析

3.1 电池容量对动力性和最长行驶里程的影响

通过改变电池M文件ess_max_ah_cap数值进行汽车电池容量的仿真。考察安装有20 A·h、40 A·h、60 A·h、90 A·h的25组蓄电池的整车动力性和最长行驶里程[5]。仿真结果如表1所示。

表1 单体电池容量对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电池容量增大，仅对电动汽车的最长行驶里程有影响，这是因为总的电池电量增大了。

3.2 电池电压对动力性和最长续驶里程的影响

电池总电量不变，容量越大电压越小，因此，采取保持总电量不变的情况下，改变电池的容量的方法。选择电池总电量都为24.12 kW·h，但电压分别为603 V、402 V、268 V的 3 组电池对比仿真，仿真结果如表2所示。

表2 电池电压对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电压越大，最大加速度和最大爬坡度越大，而且虽然电池总电量不变，但是最长行驶距离依然会随着电池电压的增加而增加。

3.3 电池总电量对动力性和最长行驶里程的影响

通过改变电池组数进行仿真。得到总电量的仿真数据。电池组数选用了20、25、30、35、40、45组电池进行仿真，循环工况不变，结果如表3所示。

表3 电池总电量对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电池总电量越大，汽车的最大爬坡度以及最长行驶里程越大。对最大加速度也有影响，这是因为电池组的增多，汽车整体质量也在加大，对加速度产生了影响。

3.4 电池温度对动力性和最长行驶里程的影响

通过改变电池M文件里ess_set_tmp的数据来设定电池温度。设定的电池温度分别是0 ℃、50 ℃、85 ℃、100 ℃、200 ℃来进行仿真，结果如表4所示。

表4 电池温度对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电池温度对汽车的动力性基本上没有影响，但是电池温度不能过高。因为电池温度过高的话会使得电池自身内部化学反应加快、剧烈[6]，带来车辆的安全问题，所以电池温度是一个一定要监测的参数。

3.5 电机功率对动力性和最长行驶里程的影响

通过在输入界面直接更改电机峰值功率来改变功率。同分别采用40 kW、50 kW、60 kW、70 kW、80 kW的峰值功率进行仿真，结果如表5所示。

表5 电机功率对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电机功率会对汽车的最高行驶速度有影响，当电机功率增大到一定范围的时候对最高速度的影响会趋于稳定。最大爬坡度以及最大加速度会随着电机功率的增加而上升。电机功率越大最长行驶里程就会越短。

3.6 电机最大转矩对动力性和最长行驶里程的影响

因为电机M文件里的最大转矩mc_max_trq是一组矩阵，所以分别采用0.5、0.75、1、1.25、1.5的倍数为变量进行仿真，更改最大转矩的界面。结果如表6所示。

表6 电机最大转矩对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，随着电机最大转矩的增长，汽车的最大加速度，最大爬坡都在加大，当电机最大转矩增大到一定范围的时候对最高速度的影响会趋于稳定。

3.7 电机温度对动力性和最长行驶里程的影响

通过更改电机M文件里mc_tstat的数据来改变电机温度，分别采用0 ℃、45 ℃、60 ℃、100 ℃、200 ℃的温度进行仿真。结果如表7所示。

表7 电机温度对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，电动机的温度对行驶速度，加速度，爬坡度，行驶里程都没有影响，电机的温升主要是由自身工作发热引起的，只要电机自身散热及时，电机温度并不会上升太高。

3.8 车轮滚动阻力系数对动力性和最长行驶里程的影响

通过改变Wheel/Axle的M文件里的wh_1st_rrc的数据改变滚动阻力系数，分别为0.009、0.018、0.027、0.036、0.045。结果如表8所示。

表8 车轮滚动阻力系数对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，随着车轮滚动阻力系数的加大，汽车的最高行驶速度，最长行驶里程都在减小，最大加速度也在缓慢地减小。

3.9 主减速器速比对动力性和最长行驶里程的影响

通过改变Transmission的M文件里的fd_ratio的数值来改变滚动阻力系数，分别为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5。结果如表9所示。

表9 车轮滚动阻力系数对动力性和最长行驶里程影响的仿真结果

仿真结果表明，随着主减速器速比的加大，汽车的最大爬坡度，最大加速度都在增大，最高行驶速度以及汽车的最长行驶里程随着速比的增大而减小。

4 仿真结果结论

本文通过针对电池容量、电池电压、电池总电量、电池 温度、电机功率、电机最大转矩、电机温度、车轮滚动阻力系数以及主减速器速比为参数进行了纯电动汽车性能的模拟仿真。实验表明，电池电压、电池温度、电机功率、电机最大转矩、车轮滚动阻力系数以及主减速器速比都对纯电动汽车的整车性能有影响，是需要监测的重要参数，而电池总电量、电机温度与电池容量对电动汽车性能没有什么影响，并不是关键参数。

本文主要选取的是电池、电机和主减速器的主要性能参数，还有其他的零器件并没有选用，之后还可以选用其他零器件进一步进行完善。