电动汽车动力性能仿真分析

114机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE第12期2012年12月文章编号10013997201212011403电动汽车动力性能仿真分析王兴秦东晨裴东杰郑州大学机械工程学院，郑州450001SIMUIATIONANDANALYSISOFDYNAMICPERFORMANCEOFELECTRICVEHICLEWANGXING，QINDONGCHEN，PEIDONGJIESCHOOLOFMECHANICALENGINEERING，ZHENGZHOUUNIVERSITY，ZHENGZHOU450001，CHINA【摘要】为了使电动汽车满足动力需求，需要对其动力性能做深入的研究。以车辆系统动力学为理论基础，基于ADVISOR软件，建立了汽车部件和整车模型。选择道路循环工况，设置加速性能和爬坡性能的测试参数，运行仿真，并对仿真结果进行分析，分析结果表明电动汽车的动力性符合实际工作要求。在电动汽车设计和开发阶段，采用该研究方法得到的仿真结果，可以作为设计人员重要的参考依据。关键词ADVISOR；电动汽车；动力性能；QI真【ABSTRACT】THEDYNAMICPERFORMANCEOFELECTRICVEHICLEISESSENTIALANDNEEDSTOBERESEARCHEDWHENTHEPOWERDEMANDOFELECTRICVEHICLEMUSTBESATISFIEDONTHETHEORETICALBASISOFVEHICLESYSTEMDYNAMICS，THECOMPONENTSOFELECTRICVEHICLEANDVEHICLEMODELAREBUILTUPBASEDONTHEOFTWAREOFADVISORAFTERCHOOSINGTHEROADDRIVINGCYCLEANDSETTINGTHEPARAMETERSOFACCELERATIONANDGRADEABILITY，THESIMULATIONOFDYNAMICPEFFORMANCEISRUN,ANDTHENTHEOUTPUTRESULTSOFSIMULATIONISANALYZEDTHEOBTAINEDCONCLUSIONSAREINLINEWITHTHEACTUALWORKINGCONDITIONINTHEDESIGNANDRESEARCHPHASEOFELECTRICVEHICLE，THERESEARCHMETHODANDTHESIMULATIONRESULTSCANBEUSEDASTHESCANTREFERENCEANDGUIDANCEFORDESIGNE，KEYWORDSADSOR；ELECTRICVEHICLE；DYNAMICPERFORMANCE；SIMULATION中图分类号TH16；U46972文献标识码A1引言电动汽车以电能作为驱动能量，因其零排放，零污染的优势使其成为开发和研究绿色汽车的主流。用于发电的一切能源都可以作为电动汽车的使用能源，摆脱了对石油资源的依赖，从而缓解了日益严重的石油危机。与传统内燃机汽车相比，电动汽车虽然节能环保，但车辆的动力性能不是很好。因此，研究电动汽车的动力性能十分必要。2电动汽车的动力性能指标动力性能是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。电动汽车动力性能通常包括汽车的最高车速性能、爬坡性能和加速性能。21最高车速性能车辆韵最高车速定义为平坦路面上，在动力源全加载情况下，汽车所能达到的最大速度。最高车速取决于汽车牵引力和阻力之间，或传动装置的传动比和动力装置的最高转速之间的平衡。牵引力和阻力之间的平衡可表达为COSOTLPCOAV1来稿日期20120210式中动转矩；T变速器传动比；一主减速器传动比；叼厂机械传动效率；一车轮滚动半径；滚动阻力系数；0_骼面角度；空气阻力系数；A迎风面积；汽车行驶速度；一汽车质量。另外，对于某些车辆，由于大功率的动力装置或高传动比使牵引力曲线与阻力曲线之间不存在交点。在上述情况下，车辆的最高车速可由动力装置的最大转速决定。此时，车辆的最高速度可表示为。30OI2式中一一电动机的最大转速和传动装置的最小传动比【L_。22爬坡性能爬坡能力通常定义为车辆以某一恒定速度所能克服的坡度第12期王兴等电动汽车动力性能仿真分析115或坡度角。当车辆以恒定速度在相对而言的小坡度路面上行驶时，其牵引力和阻力之间的平衡描述为COSI23R乇RD一一C。A。因此，坡度D；如竽12为运行当车辆行驶在大坡度路面上时，车辆爬坡能力口可计算为。I4123加速性能汽车的加速性能通常由汽车从零速度或某一低速加速到某确定的高速时所用的时间来描述。根据牛顿第二定律，汽车的加速度可表达为二5一一U从上式可知，从低速。到高速，加速时间可表达为F。一D6RI0IS71,RA一一一PCDA式中一汽车旋转质量换算系数_L】。3建立电动汽车部件和整车模型31车身模型车身模型建立的基础是汽车的行驶方程。根据汽车当前的行驶状态，可以计算汽车的驱动力和行驶阻力。车身模型中包括前向仿真和后向仿真两部分，前向仿真中计算行驶的车速，后向仿真中计算滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力目。汽车的行驶方程为FFFGFFFI7式中引力；动阻力；_空气阻力；度阻力；辟一加速阻力。根据上述方程，车身模型，如图1所示。图1车身模型FIG1AUTOMOBILEBODYMODEL3_2电机模型电机模型的建立以电机的转矩、电压、功率的平衡方程和运动特I生方程为基础。电机模型采用顺逆序相结合计算方式。在顺序计算方式中，根据实际输人的电机功率计算出得到的电机输出转速和转矩。建立的电机模型131，如图2所示。33整车仿真模型电动汽车系统的各个部件模型建立后，在ADVISOR软件中的整车仿真模型，如图3所示。其中整车仿真模型包括循环_T况、车身、车轮、变速器、主减速器、电机控制器系统和能量存储系统等子模块目。从整车仿真模型图中可以看到，ADVISOR软件对电动汽车动力性能仿真采用前向仿真和后向仿真相结合的方法，集成了两种方法的优点，既使仿真计算量较小，运算速度较快，同时又保证了仿真结果的精度。图2电机模型FIG2MOTORMODEL图3整车仿真模型FIG3VEHICLESIMULATIONMODEL4电动汽车动力性能仿真分析电动汽车仿真软件ADVISORADVANCEDVEHICLESIMULATOR是由美国可再生能源实验室NRELNATIONALRENEWABLEENERGYLABORATORY在MATLAB和SIMULINK软件环境下开发的高级车辆仿真软件。该软件可对传统汽车，纯电动汽车和混合动力汽车的动力性能和燃油经济性能作快速仿真分析。通常电动汽车的仿真方法分为前向仿真和后向仿真两种方法。ADVISOR软件采用了独特的将前向仿真和后向仿真两种方法相结合的混合仿真方法，以后向仿真为主，前向仿真为辅。它首先进行后向仿真，沿着与实际功率流相反的方向，根据道路循环的要求，向车身模块发送转矩和速度请求，整车模块再向车轮和车轴模块、主减速器模块、变速器模块等逐级发出请求，直到动力源模块电动机和蓄电池等计算出动力源所能提供的功率。然后进行前向仿真，沿着实际功率流的方向，从动力源模块出发直至车轮与车轴模块，逐级传递，最后计算出汽车的实际速度。41整车参数选择ADVISOR软件中的纯电动汽车模块，该车的主要参数，如表1所示。116机械设计与制造NO12DE32012表1整车主要参数TAB1MAINPARAMETERSOFVEHICLE项目总长总宽，总高MM滚动阻力系数风阻系数迎风面积M2整车整备质量KG轴距M轮胎滚动半径MM质心高度M蓄电池单块电压V蓄电池单元数量个电动机额定功率KW275017801300O0L30335201144262750512257542道路循环工况的选择选用CYCECEEUDC道路循环工况，该道路循环工况参数为时间1225S；距离1003KM；最大速度为120KMH；平均速度321KMH；最大加速度106MS2；最大减速度139RRGS2；平均加速度054MS2；平均减速度为079MS2；怠速时间为339S；停车次数L3次。43仿真结果和分析根据以上整车主要参数，采用UDDS道路循环工况对电动汽车进行整车动力性能仿真，动力性能的仿真结果，如表2所示。表2仿真结果TAB2SIMULATIONRESULTS动力性能指标结果最高车速最大爬坡度最大加速度加速时间1298KMH433车速为25KRRDA5MS040KMH28S4080KMH76S0100KMH18IS仿真车速图，如图4所示。从图4中可看出，仿真车速贴近道路循环工况要求的车速，符合实际道路情况。针时间S图4仿真车速FIG4SIMULATIONSPEED电机的输出转矩图，如图5所示。观察电机转矩图，电机输出的转矩有正有负。当电机驱动车轮使汽车行驶时，转矩为正值；当电机制动时，转矩为负值，有效地回收了制动能量。这对电动汽车节能和增大续驶里程十分有意义D】。图5电机的输出转矩FIG5MOTOROUTPUTTORQUE蓄电池SOC荷电状态图，如图6所示。曲折的SOC图表明，电动汽车行驶过程中，当汽车加速时，蓄电池放电，输出功率；当汽车减速时，回收制动能量，给蓄电池充电。图6蓄电池的SOC值FIG6SOCVALUEOFBATTERY5结束语在研究和开发电动汽车时，为了降低科研经费、缩短研发周期，电动汽车的系统建模和仿真技术显得非常重要41。通过对电动汽车的建模，使用ADVISOR软件对其仿真，得出电动汽车的动力性能，对新型汽车的设计和改进具有指导意义。参考文献1倪光正，倪培宏，熊素铭现代电动汽车、混合动力汽车和燃料电池车基本原理、理论和设计MB京机械工业出版社，201037402张新磊电动汽车总体设计及性能仿真优化D哈尔滨哈尔滨工业大学，20103陈志雄，钟绍华基于ADVISOR的纯电动汽车动力性能仿真J_上海汽车，2