纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究2013.3.31全解
纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.19.001纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真分析白素强，杨瑞兆，邓家奇（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安710200）摘要：论文依据整车性能指标，通过理论分析和计算，对某8×4载货车动力系统参数进行匹配，基于A VL-Cruise 建立整车模型并进行仿真分析，验证动力系统参数匹配的合理性，为纯电动车动力系统参数匹配及仿真提供分析方法。
关键词：纯电动汽车；参数匹配；动力系统；仿真分析中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）19-01-04Parameter matching and simulation analysis of pure electric vehiclepowertrain systemBai Suqiang, Yang Ruizhao, Deng Jiaqi( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi'an 710200 )Abstract: According to the vehicle performance index and theoretical analysis calculation, the powertrain parameters of a 8×4 truck were matched. Based on A VL-Cruse, the vehicle model was established and simulated. the rationality of powertrain parameters matching was verified, and the analysis method was provided for the powertrain parameters matching and simulation of pure electric vehicle.Keywords: Pure electric vehicle; Parameter matching; Powertrain; Simulation analysisCLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)19-01-041 引言随着汽车工业技术的不断进步和发展，汽车逐渐进入人们的生活，成为普通的消费品，极大方便了人们的生活，但随着汽车保有量的逐渐增加，其带来的环境污染和能源危机也越来越严重，基于此，发展新能源汽车成为汽车企业的重点突破方向[1]，因此纯电动汽车应运而生，因其零排放、零污染等特点，成为新能源汽车发展中极其重要的发展方向。
纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真
纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真摘要：纯电动汽车采用5挡变速器相比单挡、两挡变速器时的电机使用效率高，续驶里程长。
按整车性能要求计算出所需电机的额定功率和峰值功率，确定电机参数后分别与单挡、两挡和5挡变速器进行动力性分析与匹配，计算表明采用5挡变速器与15 kW电机最高车速能达到96 km/h，高于采用单挡和两挡变速器时最高车速的12.9%和6.7%。
最后，结合ADVISOR进行了5挡变速器与15 kW电机续驶里程仿真，其续驶里程为121 km，很好地满足了设计标准，为高效率、低成本的电动车动力系统概念设计指出了一个方向。
关键词：纯电动汽车（EV）；传动系统匹配与仿真；续驶里程；最高车速中图分类号：U461文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.01.09面临着全球能源危机的不断逼近，各国政府和企业都投入巨大的资金研发新能源汽车。
目前，纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的成熟度还有待发展，纯电动汽车的瓶颈在于其动力电池。
动力电池、电机参数、变速器匹配结果的优劣决定着汽车的动力性和经济性。
国内外对电动汽车的研究主要集中在动力电池和电驱动系统控制策略两个方面。
查鸿山等从车辆动力学出发建立电机功率计算模型，结合动力性指标对动力传动系统进行优化[1]；徐亚磊以电动汽车动力性和续驶里程为设计指标，对驱动系统元件参数进行匹配优化设计[2]；王峰等提出了一种新型的调速电机和行星减速机构的动力传动系统，并优化该传动装置参数以提高动力性和经济性[3]；S. Rinderknecht等将纯电动汽车动力系统细分为轮毂驱动、轴旁驱动和轴中驱动系统，并结合变速器进行了匹配分析[4]。
本文依托某纯电动汽车研发项目，对其动力传动系统中电机功率的选择与单挡、两挡和5挡变速器的匹配，理论计算证实采用相同功率的电机使用5挡变速器能更好地满足动力性要求，并运用ADVISOR进行5挡变速器与15 kW电机续驶里程仿真，仿真结果表明其续驶里程超过国家标准。
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析张琼;高松;王玉成;温延兵;李博【摘要】Matching design of the electric vehicle power system parameters has a great influence on the vehicle performance .According to the basic structural parameters of vehicle and target performance requirements ,we determine the detailed design and calculation method for the pa‐rameters of power transmission system .Through the design of parameters for the motor ,battery and transmission system and rational selection ,w e ensure that the pow er performance and the e‐conomic performance of the vehicle to the optimal value .Then we establish the simulation model of the pure electric bus by Cruise ,evaluate and analyze the performance index parameters by the simulation results .Especially for modeling and simulation of power battery ,we analyze the design and selection of battery parameters w hether meet the requirements by the performance data ob‐tained through simulation . The results show that the design of the power system matching scheme can satisfy the vehicle dynamic performance and economic performance perfectly ,and pro‐vides a new idea for the matching analysis of pure electric bus .It has a certain theoretical guiding significance .%电动汽车动力系统参数匹配设计对整车性能有很大影响，根据整车基本结构参数和目标性能要求，确定动力传动系统各参数的具体设计计算方法，通过对电机、电池及传动系统参数的设计匹配与合理选型来确保整车动力性能和经济性能发挥到最优值。
纯电动客车动力传动系参数匹配及整车性能研究
纯电动客车动力传动系参数匹配及整车性能研究一、本文概述随着全球对环境保护和可持续发展的日益关注，纯电动客车作为一种绿色、环保的交通工具，受到了广泛的关注和应用。
然而，纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题一直是影响其整车性能的关键因素之一。
因此，本文旨在深入研究纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题，以及其对整车性能的影响，为纯电动客车的研发和优化提供理论支持和实践指导。
具体而言，本文将首先分析纯电动客车动力传动系统的基本原理和构成，探讨其主要组成部分（如电池、电机、变速器等）的性能特点和相互关系。
在此基础上，本文将研究纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题，包括电机参数、电池参数、传动比等的匹配与优化。
本文还将探讨这些参数匹配对纯电动客车整车性能（如动力性、经济性、续驶里程等）的影响，以及如何通过参数优化来提升整车性能。
通过本文的研究，希望能够为纯电动客车的动力传动系统参数匹配提供理论依据和实践指导，推动纯电动客车技术的进一步发展，为绿色交通和可持续发展做出贡献。
二、纯电动客车动力传动系统概述纯电动客车作为新能源汽车的重要组成部分，其动力传动系统的设计与优化对于提升整车性能具有至关重要的作用。
纯电动客车的动力传动系统主要由电池组、电机、控制器以及传动机构等核心部件构成。
这些部件的协同工作，使得纯电动客车能够实现高效、环保的行驶。
电池组是纯电动客车的“心脏”，它为整车提供所需的电能。
电池组的性能直接影响到车辆的续航里程、加速性能以及能量利用率等关键指标。
因此，在动力传动系统参数匹配过程中，需要充分考虑电池组的能量密度、充放电速率以及循环寿命等特性。
电机作为动力输出装置，负责将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
电机的选择需要考虑其功率、扭矩以及效率等因素，以确保纯电动客车在不同工况下都能够提供足够的动力。
同时，电机的控制策略也是动力传动系统中的重要环节，它直接影响到车辆的驾驶性能和能量消耗。
控制器是纯电动客车的“大脑”，它负责协调电池组、电机以及传动机构等部件的工作。
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究
电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究随着可持续发展理念的兴起以及环境保护意识的增强，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了广泛关注和研究。
而电动汽车的动力系统是其核心和关键，影响着整车的性能和使用体验。
为了最大程度地发挥电动汽车的优势和提高其性能，匹配设计和性能仿真成为了重要的研究方向。
电动汽车的动力系统由电机、电池组以及控制系统组成。
电机作为动力的源泉，直接影响着车辆的驱动性能。
电池组作为能量储存与释放装置，影响着车辆的续航能力和使用寿命。
控制系统则负责电机和电池组的协调工作，确保整个系统的稳定运行。
因此，动力系统的匹配设计至关重要。
动力系统的匹配设计需要考虑以下几个方面：电机功率与车辆质量的匹配、电池组容量和电机功率的匹配以及控制系统的设计。
首先，电机功率与车辆质量的匹配是为了确保动力输出与车辆的负载匹配，以充分发挥电机的性能。
如果电机功率过小，无法满足车辆的加速和爬坡需求；而如果功率过大，会造成能量浪费和成本的增加。
因此，需要根据车辆的质量和使用场景来选择合适的电机功率。
其次，电池组容量和电机功率的匹配是为了提供足够的能量储存和释放，以满足车辆的续航能力和动力需求。
电池组容量过小会导致续航里程不足，限制了电动汽车的实用性；而容量过大则会增加车辆的重量和成本。
因此，需要根据车辆的续航需求和电机的功率来选择合适的电池组容量。
最后，控制系统的设计是为了保证整个动力系统的安全和稳定运行。
控制系统包括电机控制器和电池管理系统两个部分。
电机控制器负责电机的启停、转向和速度调节等功能；而电池管理系统则负责电池的充放电控制和性能监测。
通过合理的控制系统设计，可以提高电动汽车的驾驶安全性和稳定性。
为了验证匹配设计的效果和性能，进行性能仿真是必不可少的步骤。
性能仿真可以通过建立动力系统的数学模型，模拟车辆在不同工况下的性能表现。
通过仿真可以评估匹配设计的合理性、动力系统的稳定性以及对车辆性能的影响。
通过分析仿真结果可以为动力系统的优化提供指导和依据。
纯电动汽车车动力系参数匹配概述(PPT32页)
1.3 电动机额定转速及最高转速的选择
电动机的最高转速对电动机成本、制造工艺和传动系 尺寸有很大的影响。转速在 6000r/min 以上的为高速电机， 以下为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂而且对配套 使用的轴承、齿轮等有特殊要求，一般适用于电动轿车或 100kw 以上大功率驱动电机，很少在纯电动客车上使用。 因此应采用最高转速不大于 6000r/min 的低速电机。
首先将不同的车速值代入式（1-1），得到最高车速与 电动机最大功率需求的关系曲线。再根据性能指标最高车 速，进而得到 Pmax1。
其次将不同的坡度值代入式（1-2），并假设车速 vi ， 计算得到车辆最大爬坡度与电动机功率需求的关系曲线。 再根据最大爬坡度要求、车速，最终得到Pmax2 。
最后将不同的加速时间与加速末速度代入式（1-5）， 计算得到车辆加速性能与电动机功率需求的三维关系曲线。 考虑一定的电动机后备功率（约 20%），计算得 Pmax3 。
纯电动汽车车动力系参数匹配概述(PPT32页 )
汽车仿真
——纯电动
纯电动汽车车动力系参数匹配概述(PPT32页 )
纯电动汽车车动力系参数匹配
电动汽车的动力系统主要包括电动 机、动力电池、传动系和控制系统四 部分。电动汽车动力匹配的任务是在 满足整车动力性能要求的基础上合理 选择动力总成中各部件参数，降低改 装成本和提高续驶里程 。
假设车辆在平直路面上加速，根据车辆加速过程的 动力学方程，其瞬态过程总功率为：
Pall Pj Pf Pw
=
1
( m v dv m g f v CD A V 3 )
3600 t
dt
21 .15
1- 4
其中Pall为加速过程总功率（kw）由加速功率Pj、滚动
纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究2013.4.6
纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究汤峰邱静(安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，安徽合肥 230051)摘要：在分析纯电动城市客车的基本技术参数和设计要求，进行驱动系统结构型式以及驱动体统电机基础选型，对驱动电机主要参数分析计算并确定选型，建立动力系统数学模型，通过仿真试验验证动力系统设计与电机选型方案的可行性。
关键词：纯电动城市客车；动力系统；蓄电池；参数匹配；仿真A Study on the Parameters Matching and Simulationof Power System For Pure Electric City BusTang Feng Qiu Jing(Faculty of Machinery and Automobile Engineering， Anhui Communications Vocational and Technical College，Anhui Hefei，230051，China)Abstract:According to the analysis of the technical parameters and design requirements for pure electric city bus,Structure of the drive system and motor parameters are being matched,Calculating and determining the main parameters of the drive motor,Establish mathematical model of the power system,To verify the feasibility of design about the power system and Motor selection through the simulation result.Keywords:Pure electric city bus;Power system;Battery;parameter matching; Simulation0 引言纯电动城市客车具有零污染有害气体排放、能量利用的效率高、废弃热量排放少、声噪小、制动能回馈利用高等诸多方面的优点，其在城市公交、大巴等公共交通领域具有极强的开发应用意义[1]。
某纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析
某纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析HUANG Dinyou;ZENG Wenjie;ZENG Falin【摘要】合理的参数匹配是电动汽车发挥最佳动力性能和经济性能的关键所在.以某公司立项的纯电动汽车为研究对象,其整车参数和动力性能指标根据双100标准设定,采用辅能源单变换器并联的复合电源结构,对其配置的低电压电池动力系统进行了相应的参数匹配计算,并应用ADVISOR进行仿真,对不同工况进行分析.仿真结果显示匹配方案较好地满足了该复合电源结构电动汽车的动力性能及经济性能要求,电池具有良好的充放电特性,可供相应电动汽车设计参考.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】4页(P130-133)【关键词】电动汽车;动力系统;参数匹配;仿真分析;复合电源【作者】HUANG Dinyou;ZENG Wenjie;ZENG Falin【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U469.720 引言纯电动汽车在保护环境、改善我国能源结构、减轻城市噪声污染等方面都有非常大优势，所以积极发展纯电动汽车具有非常重要的意义[1]。
但在我国，甚至在世界上纯电动汽车的发展并不是一帆风顺，在电动汽车方面的诸多难题没有得到有效解决。
比如在电池技术方面，电池质量大、成本高、充电速度慢、比能量低、SOC 估算不准等难题一直困扰着汽车的动力性和经济性。
2004年，英国曼彻斯特大学实验室成功研制出了石墨烯，但想要在汽车上普及石墨烯电池还有很长的路要走。
由于短期内在电池技术方面很难取得重大进展，所以对汽车从业人员来说运用现有技术提高电动汽车动力性经济性变得很重要。
整车厂的核心技术也体现在动力系统匹配的能力上，将传统汽车的匹配思路嫁接到新能源汽车方面是改善汽车动力性(最高车速、加速时间、最大爬坡度)和经济性(续驶里程)的重要突破口[2]。
纵观前人的研究，大部分的电动汽车动力系统参数匹配设计采用高电压电池以满足汽车的动力性能要求，但高电压对汽车电路元器件的要求更高，且对人们的用电安全有影响。
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纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究汤峰邱静(安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，安徽合肥 230051)摘要：在分析纯电动城市客车的基本技术参数和设计要求，进行驱动系统结构型式以及驱动体统电机基础选型，对驱动电机主要参数分析计算并确定选型，建立动力系统数学模型，通过仿真试验验证动力系统设计与电机选型方案的可行性。
关键词：纯电动城市客车；动力系统；蓄电池；参数匹配；仿真A Study on the Parameters Matching and Simulationof Power System For Pure Electric City BusTang Feng Qiu Jing(Faculty of Machinery and Automobile Engineering， Anhui Communications Vocational and Technical College，Anhui Hefei，230051，China)Abstract:According to the analysis of the technical parameters and design requirements for pure electric city bus,Structure of the drive system and motor parameters are being matched,Calculating and determining the main parameters of the drive motor,Establish mathematical model of the power system,To verify the feasibility of design about the power system and Motor selection through the simulation result.Keywords:Pure electric city bus;Power system;Battery;parameter matching; Simulation0 引言纯电动城市客车具有零污染有害气体排放、能量利用的效率高、废弃热量排放少、声噪小、制动能回馈利用高等诸多方面的优点，其在城市公交、大巴等公共交通领域具有极强的开发应用意义[1]。
纯电动城市客车动力系统的驱动电机、动力蓄电池的基础选型在研究过程中往往是凭开发设计人员的经验来确定，开发周期较长。
通过对动力系统进行分析计算，并确定其参数，用仿真建模来验证参数的合理性能够大大的缩短研发周期[2]。
1 整车基本参数要求与基础选型根据实际纯电动城市客车设计要求，整车基本参数要求如下表1所示。
表1 整车技术参数要求整车参数最高车速80km/h 轴数2驱动型式 4×2后轮驱动 轮胎规格 275/70R22.5 轮胎数 6 整备质量 13800 kg 最大总质量 18000 kg 外部 尺寸 参数车辆长12m 车辆宽 2.5m 车辆高 3.150m 轴距6.1m 轮距（前/后） 2.096/1.840m 前悬/后悬 2.620/3.280m 通过 性参 数最小转弯直径≤21.7m 最小离地间隙(㎜) ≥0.16m 接近角 ≥7° 离去角 ≥7° 主减速比5.63采用原有的公交车后桥，通过驱动电机直接连接将动力传递至到后桥，由驱动电机的无级变速功能实现整车的自动变速，省掉变速箱环节，降低了成本的同时并大大减少了整车故障率，并因此能够缩短新车型的研发时间[3]。
驱动系统结构形式如图1所示。
图1 驱动系统结构形式综合考虑直流电机、交流异步电机、永磁电机、开关磁阻电机的优点与可靠性，选用三相交流异步电机作为整车的动力源，选用磷酸铁锂电池作为车辆的储能元件[4]。
2电机主要参数的匹配2.1最高车速约束条件下的电机需求功率综合考虑纯电动客车在城市工况下的行驶条件，50%以上时间是以50Km/h 以下的车速行驶，电机功率的选择应平衡于电机工作效率与期望最高车速的权重。
根据客车设计经验公式[5]：)36007614036003600(113T dtdu mu Au C Giu Gfu P a aD a a m δη+++=其中，单级减速主减速器96.0=Tη；车辆满载工况下G=18000Kg ×9.8N/kg ； 一般城市路面滚动阻力系数取f=0.020； 最高车速h Km u a /80=； 设车辆在平坦的路况下取i=0； 空气阻力系数取7.0=D C ； 迎风面积A=62m ； 加速度0=dtdu。
因此求得在满载情况下最高车速时车辆的需求功率=e P 110.9KW ，考虑到电机过载能力以及城市工况下的实际车速应低于理论设计最大车速80km/h,实际选择的电机功率取经验参数0.9 ，则电机所需实际功率可选择额定功率为100KW 。
当半载荷且最高车速时车辆的实际所需功率为=e P 104KW ，0.9 ×e P =93.6KW ，此时选取的电机额定功率满足要求[6]。
2.2起步加速时间约束条件下的电机需求功率 根据汽车理论计算公式[5]：322a v 5132)(2t δM 2f f D a f r v b f m V A C V gf M V V P ρ+++=其中，旋转质量系数δ取1.05；车辆的总质量v M (kg)，按设计参数取180000；期望起步加速时间a t 在满载加速时间从0-50km 所需的时间取25s ； 相应电机基速下车速b V （m/s ），设基速为950rpm,对应的车速8.9m/s ； 车辆加速后的终速f V （m/s ）13.89m/s,此时对应电机为1478rpm ； 一般城市里面工况下轮胎的滚动阻力系数r f 取0.020； 空气密度a ρ取1.202kg/3m ； 滚动半径r 取0.505m 。
第一项表示用于加速车辆质量的功率；第二项和第三项分别表示克服轮胎滚动阻力和空气阻力所需的平均功率。
满足加速时间的需求功率在不同的载荷下，求得满载时=满2m P 137.6KW ，半载时=半2m P 125KW 。
选取100KW 电机的过载能力系数为2.5，即短时间过载功率为额定功率的2.5倍，过载时间最大可为1min ，即在250KW 功率下运行1min ，因此选择该款额定功率为100KW 电机即可满足要求。
2.3爬坡度为15%时电机需求扭矩dtdum Au C Gi Gf r i i T a D Tg tq δη+++=15.212设爬坡时速为a u =20km/h （此时电机转速为591rpm ）; dtdumδ=0； 求得，满载时需求扭矩满tq T =2315N ·M ，满载时需求扭矩半tq T =2123N ·M 。
因此选择电机的最大扭矩为2400N ·M ，可以满足要求。
当为2400N ·M 且满载时，爬坡度为12.5% 当为2400N ·M 且半载时，爬坡度为13.8%2.4最高车速下电机需求扭矩 当满载时dt du m Au C Gi Gf r i i T a D Tg tq δη+++=15.2120，其中Gi =0; dtdu=0=tq T 448N ·M 此时电动机的转速为2365rpm当半载时377=tq T N ·M 此时电动机的转速为2365rpm因此车辆在最高车速时，电机扭矩需求为448N ·M 。
2.5最高车速下电机的最大转速由0377.0i i rnu g a = ，得到 r i i u n g a 377.00==2365rpm ，因此选择电机的最大转速为2400r/min ，可以满足要求。
2.6额定功率下基速时，确定电机的额定转矩 由 P e =9550j e n T 可知T e =je n P 9550=9501009550⨯=1005N ·M ，其中，P e =100KW ，n j =950rpm 。
综上所述，选择电机的额定功率为100KW 即电机P e =100KW ，峰值功率为250KW 即Pmax=250KW ，最大扭矩为2400N · M 即T max tq =2400N · M,最高转速为2400rpm 即n max =2400rpm,电机扭矩需求≥420N ·M 即T rpm tq 2400=420N ·M 。
在此基础上得到驱动电机的特性曲线如图2所示[7]。
图2 驱动电机特性曲线3 建立仿真模型使用AVL CRUISE与MATLAB Simlink两款软件进行联合仿真。
在CRUISE环境下设定各独立模块的参数，在MATLAB环境下写入动力系统的控制策略，通过Matlab API接口相互通信，实现扭矩控制。
建立仿真模型，主要使用的模块有车辆总成、电池、电机、主减、差速器、制动器、车轮、驾驶室、能耗单元、与Matlab进行联合仿真的接口以及监视器[8]。
在Cruise里搭建完成仿真模型后，根据整车技术参数表，将数据输入仿真模型中，输出电机的转速-扭矩图和转速-扭矩-效率图，如图3，图4所示。
图3 电机的转速-扭矩图图4 电机的转速-扭矩-效率图如图3所示，在电机转速为975r ／min 时，进入恒扭矩与恒功率的切换位置，其正、负区域的驱动与电机特性符合实际要求。
图4说明在高速小扭矩时电机效率快速进入高效区[9]。
蓄电池模块所模拟的是动力蓄电池组总容量与行驶中的电池容量变化情况，充、放电SOC 线，如图5、图6所示。
充电SOC 线放电SOC 线图5 蓄电池模块充电SOC 线图充电放电SOC 线SOC 线图5 蓄电池模块放电SOC 线图驾驶室模块主要包括踏板特性、制动力分配及换档类型等，其踏板自身特性曲线如图6所示。
图6 踏板自身特性曲线仿真数据输出，最高车速、最大爬坡度、起步加速时间如图7、图8、图9所示。
图7 最高车速仿真输出界面图8 最大爬坡度仿真输出界面图9 加速时间仿真结果输出界面仿真结果分析，通过各仿真输出数据，最高车速为86km/h大于理论设计最大车速80km/h，最大爬坡度为17.6%大于国标中12%的爬坡度标准，0-50km起步加速时间为17.44秒优于设计标准[10]。
4 结语分析整车基本参数要求，进行驱动系统结构型式以及驱动体统电机基础选型，对驱动电机主要参数分析计算并初步确定，对动力系统进行建模与仿真，验证基础选型数据的正确性，为纯电动城市客车的后续开发提供了理论基础，并为其它相关车型开发工作提供了动力系统基础选型数据验证工作。