后驱纯电动轻型商用车驱动系统参数匹配及续航里程提升仿真研究.pdf
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1、学术|制造研究ACADEMIC031AUTO DRIVING&SERVICE2023.07(东风柳州汽车有限公司,柳州 545005)(上汽通用五菱汽车股份有限公司,柳州 545007)蒋华梁、覃祥、姜宏霞、陈文摘要:本文针对后驱纯电动轻型商用车驱动系统参数匹配方法完整性,以及中国轻型商用车行驶工况(CLTC-C)下续驶里程短的问题,建立了较完备的驱动系统参数匹配方法和续航里程提升的数学模型。同时该研究基于 AMEsim 整车动力经济性仿真模型,对整车动力经济性进行了仿真,仿真结果满足整车性能指标要求。经过参数敏感性分析,得到了各因素对续航提升的影响百分比,形成了整车项目续航里程提升开发清单。
2、实际项目续航提升清单梳理匹配后,CLTC-C 工况下仿真续航里程提升 6.6%,为整车厂续航提升及管控工作提供一种可靠的理论和方法。关键词:后驱纯电动;轻型商用车;参数匹配;敏感性分析;续航提升;AMEsim中图分类号:U462.3 文献标识码:A后驱纯电动轻型商用车驱动系统参数匹配及续航里程提升仿真研究0 引言在我国汽车市场,商用车保有量约占汽车保有量的 12,但商用车辆排放中的 NO 和 PM 污染物排放量分担率高达 80,温室气体排放量占道路交通总排放量的 77。因此,商用车是汽车产业减污降碳的关键之一1。为了响应国家节能减排的政策需要,GB 20997轻型商用车辆燃料消耗量限值第四阶段
3、限值标准对 N1 类轻型商用汽油车油耗限值进一步加严 10%15%,轻型商用车的平均油耗标准预计也会在 2026 年 1 月 1 日考核。基于轻型商用汽油车第四阶段限值和企业平均油耗考核要求,开发纯电动轻型商用车势在必行。当前我国电动商用车发展仍面临续驶里程短的问题,而驱动系统参数的匹配是影响续航里程的关键因素。为研究纯电动轻型商用车续驶里程的提升和驱动系统参数匹配方法,相关学者做了较多研究。续驶里程提升方面,彭鹏峰等提出了以提高电机效率的 3 挡传动系统参数匹配方法提高电机的能量利用率,新欧洲标准行驶循环工况(NEDC)下续驶里程提升了 14.1%2;王永鼎等提出了汽车前后轴制动力分配策略,
4、制定能量回收策略,NEDC工况下总能量回收率提升 1.97%3。驱动系统参数匹配方面,施佳能等根据某款纯电动商用车经济性与动力性的要求,进行了动力参数匹配4;孙国庆等基于某型纯电动商用车总体设计指标,采用理论公式计算初步选定了动力系统参数5。但以上的参数匹配完整性不够,续航提升针对 NEDC 工况,且续航提升方法较单一,续航管控时无法为全面挖掘整车续航潜力提供指导。本文以后驱纯电动轻型商用车为研究对象,解析其驱动系统参数匹配理论,并基于 AMEsim 进行整车动力经济性仿真,根据匹配理论部分找出 CLTC-C 工况下与续航相关的因素,进行参数敏感性分析。1 驱动系统性能参数匹配理论后驱纯电动轻
5、型商用车动力系统包括电机控制器、驱动电机、主减速器三合一、动力电池、高压配电盒、车载充电器 OBC与直流变换器 DCDC、低压蓄电池、低压负载以及慢充系统等,OBC 和 DCDC 集成于高压配电盒(图 1)。高压电池输出电能,通过电机控制器驱动电机运转,将电能转换成机械能。驱动电机输出扭矩经过主减速器减速增扭后,驱动车辆行驶。图 1 后驱纯电动轻型商用车驱动系统结构示意图学术|制造研究ACADEMIC032AUTO DRIVING&SERVICE2023.07 (5)式中:Vslope4为 4%坡度爬坡车速的数值,按国标 GB/T 283822012 规定车速为 60 km/h;slope4为
6、坡度值 4%。12%坡度一定车速电机峰值功率为:(6)式中:Vslope12为 12%坡度爬坡车速,按国标 GB/T 283822012 规定车速为 30 km/h;slope12为坡度值 12%。最大爬坡度需求电机峰值功率为:(7)式中:Vmaxslope为最大爬坡度爬坡车速的数值,单位 km/h;为最大爬坡度,应不低于国标 GB/T 283822012 规定的最小20%坡度值。整车跟随 CLTC 工况第i点的电机功率为:(8)式中:Vi为 CLTC 工况第i点车速的数值,单位 km/h;V(i-1)为 CLTC 工况第(i-1)点车速的数值,单位 km/h。电机的额定功率根据最高车速确定,
7、为:PrP2 (9)根据电机最大功率、额定功率及供应商提供的电机样件参数,选择电机最大转速nmax和最大扭矩Tmax,并根据速比选择进行适应性调整。1.2 传动系统速比匹配轻型商用车一般采用单级减速器,在传动比的匹配过程中,1.1 驱动电机系统参数匹配纯电动轻型商用车按满载考核整车动力性指标,驱动电机的峰值功率需要满足满载条件下最高车速、加速和爬坡的功率需求6。爬坡功率需求包括满足国标 GB/T 283822012纯电动乘用车 技术条件维持满载爬坡车速的功率需求,以及车辆满载最大爬坡度目标车速的功率需求。加速功率需求包括满足 CLTC工况下,整车按测试质量加载跟随车速曲线的功率需求和初始车速到
8、终止车速的加速功率需求。即驱动电机的峰值功率为:Pm maxP1,P2,P3,P4,P5,P6,max(P7i)(1)式中:Pm为驱动电机峰值功率的数值,单位 kW;P1为最高车速电机峰值功率丰的数值,单位 kW;P2为 30 min 最高车速电机峰值功率的数值,单位 kW;P3为从初始速度加速到终止车速加速功率需求的数值,单位 kW;P4为 4%坡度一定车速电机峰值功率的数值,单位 kW;P5为 12%坡度一定车速电机峰值峰值功率的数值,单位 kW;P6为最大爬坡度对应电机峰值功率的数值,单位 kW;P7i为整车跟随 CLTC 工况第i点电机功率的数值,单位 kW。最高车速电机峰值功率为:式
9、中:MGVM为整车满载质量的数值,单位 kg;Vmax为最高车速的数值,单位 km/h;A为迎风面积的数值,单位 m2;Cd为风阻系数的数值;g为重力加速度的数值,取 9.8 km/s2;f为滚阻系数的数值,按 SAEJ-2452 测试标准测试获得;t为传动系统效率。30 min 最高车速电机峰值功率为:式中:V30min为 30 min 最高车速的数值,单位 km/h。满足加速时间要求的电机峰值功率为P3:式中:t为车速U1加速到U2加速时间的数值,单位 s;V为车速的数值,单位 km/h;nm为电机转速的数值,单位r/min;r为轮胎滚动半径的数值,单位 m;为旋转质量换算系数的数值。4%
10、坡度一定车速电机峰值功率为:学术|制造研究ACADEMIC033AUTO DRIVING&SERVICE2023.07主减速比需要满足最大爬坡度要求的最小传动比。同时,主减速比不大于满足最高车速需求的最大速比和不大于根据摩擦力极限确定的最大传动比,即主减速比为:iminiimax (10)式中:imin为满足最大爬坡度对应的最小传动比;imax为满足最高车速对应的最大传动比。满足最大爬坡度对应的最小传动比为:满足最高车速对应的最大传动比为:1.3 动力蓄电池系统性能参数匹配动力电池的匹配按输入的续驶里程目标和循环的能量需求进行计算,CLTC-C 工况动力电池放电正功为:式中:m为电机电控系统效
11、率。CLTC-C 工况动力电池放电负功为:CLTC-C 工况循环电池电耗功为:式中:c为制动能量回收比例目标;Pd为低压功耗的数值,kW h;dcdc为 DCDC 工作效率;batt为电池充电效率。满足续驶里程目标的动力电池电量需求为:式中:CBatt为电池容量的数值,单位 kW h;Rtarget为纯电续驶里程目标的数值,单位 km;Battdis为动力电池的放电深度;SCLTC为 CLTC-C 工况里程的数值,取 16.43 km。2 驱动系统匹配结果分析驱动系统参数匹配所需的纯电动轻型商用车的整车主要参数输入如表 1 所示。参照公式(1)公式(16),代入表 1 中所列整车参数,最终选定
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