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[摘 要]针对某款纯电动物流车，在给定设计目标和车型关键参数的情况下，通过理论计算，完成了电动汽车动力系统的选型和匹配计算工作，然后在CRUISE中建立整车模型，并对整车动力性经济性进行仿真分析，仿真结果表明该电动汽车的动力系统匹配方案是可行的，可以为该类车型的开发设计提供参考。
[关键词]纯电动汽车；动力系统；匹配设计；CRUISE
中图分类号：TP679 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0342-01
0引言
本文利用汽车动力学的相关理论，跟据整车的基本参数及设计指标要求对动力系统各部件参数进行理论计算，然后在CRUISE中建立整车模型进行动力性、经济性仿真，验证所匹配参数的准确性。
1电动汽车整车参数及性能指标要求
本文针对某公司的ZYP5031XXPY型纯电动物流车进行动力系统的匹配工作。
2动力系统参数匹配
2.1驱动电机参数匹配
1）驱动电机功率确定
驱动电机的峰值功率需要满足整车的最高车速及最大爬坡度要求，根据最高车速要求可以得到电机的功率 ，根据最大爬坡度要求可以得到功率 。同时，物流车还需要满足一定的加速性能要求，参考GB/T18385将物流车0～50km/h的加速时间限定在10s内[8]，由此可以得到电机的功率 。电机最终的功率选择需要同时满足上述3个条件。
2）电机转速转矩的确定
对于纯电动汽车，电机峰值转速一般选用为小于10000r/min，电机转速过高会对工艺难度和花费成本产生较大的影响，然而电机转速过低又不利于满足高速行驶下驱动转矩的要求。综合考虑之后这里决定选用峰值转速为6000r/min的电动机。额定转速为3000r/min。则电机的额定转矩 。一般最大转矩为额定转矩的2～3倍。
选择动力组的总电压为320V，单体额定电压为3.2V，将100块单体电池串联起来得到动力电池组。物流车若按某一固定车速进行续驶里程计算，则在车速va之下等速行驶的驱动电机输出功率可以由阻力功率求出：
2.2减速传动机构的参数匹配
考虑到物流车底盘空间布置的要求以及纯电动汽车档位数目的实际选取，本文选取两档切换的自动变速机构，同时在该机构之后采用主减速器进行二级减速。该方案能够利用两个档位的不同传动比使汽车充分适应不同行驶工况的特点，更好地发挥整车动力性能和经济性能。同时自动变速机构将驱动电机和变速箱做成一体，使得底盘动力机构布置更加紧凑，同时缩短传动路线，有利于提高传动效率。
3整车模型建立与仿真
3.1整车仿真模型建立
CRUISE的数据流动从驾驶行为至动力部件再到车轮，仿真时根据驾驶员的操作动作，通过层层推导和计算，最后获得整车行驶的速度、受力等详细信息。CRUISE使用图形化的操作方式进行整车及零部件模型的选取和搭建。本文所研究纯电动物流车的动力部件的能量传递路线为：动力电池组→驱动电机→离合器→两档位变速器→单级主减速器→后桥差速器→后驱动轮。根据动力装置工作组成部件匹配型号及动力传递形式，选择合适的部件模块，并按照各结构相互之间的布置位置和作用关系进行合理连接，建立物流车整体结构模型。
3.2仿真结果分析
（1）最高车速
汽车从静止开始一直加速，最后在135km/h处趋于极限，对比设计目标的110km/h已经符合要求。
（2）最大爬坡度
物流车在以速度为25km/h行驶时达到最大爬坡度33%，而在35km/h之前的爬坡度都超过了设计目标要求的25%。完全满足设计要求。此外，在汽车低速运行的情况下，爬坡度基本不产生变化且一直处于极大值，并不随着车速的变化而变化，刚好对应了电机的低速恒转矩的特性。在电机基速对应的车速处可以达到最大爬坡度。随后，车速继续提高，此时电机的转矩无法再保持恒定，开始急速下降，爬坡度也跟着降低。
（3）加速性能
设计目标中并未对加速能力有额外要求，在国标GB/T18385中将加速性能的检测分为了从0到50km/h和从50km/h到80km/h两个阶段[8]，汽车从静止开始加速，经过大约4s，加速到50km/h，随后继续加速，到80km/h时时间经过大约9s，到13s左右，汽车从0加速到100km/h，最后在运行了32s后达到了最高车速135km/h。在加速的初期阶段，车速较低，此时电机处于高转矩范围，因而加速大，在这一阶段车速急速上涨。随着车速的增加，电机转速超过了额定转速，输出的转矩开始逐渐下降，加速度不再像初期那样大，车速也进入稳定增加阶段。当汽车行驶了4.77s后，车速第一次超过了50km/h，而从50km/h开始进行超车加速到80km/h时，一共花费了大约5.7s。均符合初期的设想及国家标准的要求。
3）经济性仿真结果分析
本文根据国标GB/T18386的要求，采用40km/h的等速行驶工况来进行经济性方面的仿真[9]。主要利用续驶里程来评价物流车的经济性能，仿真过程以SOC的限制作为里程结束的标准，设定SOC值从90%降到10%。当仿真结束时续驶里程达到了232km，超过了设计目标的220km。
4结论
根据整车的基本参数以及设计的目标和要求，对纯电动物流车的动力系统主要部件性能参数进行了计算，完成了动力系统各部件参数的匹配。确定了驱动电机的功率、转矩、转速，动力电池的容量、单体数量以及传动系传动比的大小。基于CRUISE搭建了整车仿真模型，对整车进行动力性的仿真，并根据GB/T18386的要求，采用40km/h的等速行驶工况来进行经济性方面的仿真。最终各动力性、经济性指标的仿真结果在软件平台上得到了精确的呈现，并均满足了设计要求，参数匹配的正确性得到了验证。同时，仿真的结果也与各部件的实际特性吻合，验证了仿真模型的准确性。该方案在纯电动汽车的开发设计中是可以提供借鉴参考的。
参考文献
[1]吴海波.纯电动城市客车驱动系统仿真研究[D].贵州：贵州大学，2015.
[2]吴雪.纯电动轿车动力系统参数匹配方法研究[D].吉林：吉林大学，2013.
[3]刘明明，唐庆伟，曹德本.某纯电动物流车的动力系统匹配及仿真[J].农业装备与车辆工程，2016，54（11）.
[4]吴秋德.电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究[D].吉林：吉林大学，2011.
[5]刘松灵，顾力强.基于Cruise的混合動力汽车传动系统建模与仿真分析[J].传动技术，2008，22（04）：21-23+44.
[6]刘振军，赵海峰，秦大同.基于CRUISE的动力传动系统建模与仿真分析[J].重庆大学学报（自然科学版），2005（11）：12-15+27.
[7]吴海龙.微型纯电动城市物流车动力系统匹配优化[D].太原：太原理工大学，2016.
作者简介
李耶（1991-），男，土家，湖北荆州，武汉理工大学汽车工程学院研究生、硕士，研究方向：汽车动力学及控制。
[关键词]纯电动汽车；动力系统；匹配设计；CRUISE
中图分类号：TP679 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）38-0342-01
0引言
本文利用汽车动力学的相关理论，跟据整车的基本参数及设计指标要求对动力系统各部件参数进行理论计算，然后在CRUISE中建立整车模型进行动力性、经济性仿真，验证所匹配参数的准确性。
1电动汽车整车参数及性能指标要求
本文针对某公司的ZYP5031XXPY型纯电动物流车进行动力系统的匹配工作。
2动力系统参数匹配
2.1驱动电机参数匹配
1）驱动电机功率确定
驱动电机的峰值功率需要满足整车的最高车速及最大爬坡度要求，根据最高车速要求可以得到电机的功率 ，根据最大爬坡度要求可以得到功率 。同时，物流车还需要满足一定的加速性能要求，参考GB/T18385将物流车0～50km/h的加速时间限定在10s内[8]，由此可以得到电机的功率 。电机最终的功率选择需要同时满足上述3个条件。
2）电机转速转矩的确定
对于纯电动汽车，电机峰值转速一般选用为小于10000r/min，电机转速过高会对工艺难度和花费成本产生较大的影响，然而电机转速过低又不利于满足高速行驶下驱动转矩的要求。综合考虑之后这里决定选用峰值转速为6000r/min的电动机。额定转速为3000r/min。则电机的额定转矩 。一般最大转矩为额定转矩的2～3倍。
选择动力组的总电压为320V，单体额定电压为3.2V，将100块单体电池串联起来得到动力电池组。物流车若按某一固定车速进行续驶里程计算，则在车速va之下等速行驶的驱动电机输出功率可以由阻力功率求出：
2.2减速传动机构的参数匹配
考虑到物流车底盘空间布置的要求以及纯电动汽车档位数目的实际选取，本文选取两档切换的自动变速机构，同时在该机构之后采用主减速器进行二级减速。该方案能够利用两个档位的不同传动比使汽车充分适应不同行驶工况的特点，更好地发挥整车动力性能和经济性能。同时自动变速机构将驱动电机和变速箱做成一体，使得底盘动力机构布置更加紧凑，同时缩短传动路线，有利于提高传动效率。
3整车模型建立与仿真
3.1整车仿真模型建立
CRUISE的数据流动从驾驶行为至动力部件再到车轮，仿真时根据驾驶员的操作动作，通过层层推导和计算，最后获得整车行驶的速度、受力等详细信息。CRUISE使用图形化的操作方式进行整车及零部件模型的选取和搭建。本文所研究纯电动物流车的动力部件的能量传递路线为：动力电池组→驱动电机→离合器→两档位变速器→单级主减速器→后桥差速器→后驱动轮。根据动力装置工作组成部件匹配型号及动力传递形式，选择合适的部件模块，并按照各结构相互之间的布置位置和作用关系进行合理连接，建立物流车整体结构模型。
3.2仿真结果分析
（1）最高车速
汽车从静止开始一直加速，最后在135km/h处趋于极限，对比设计目标的110km/h已经符合要求。
（2）最大爬坡度
物流车在以速度为25km/h行驶时达到最大爬坡度33%，而在35km/h之前的爬坡度都超过了设计目标要求的25%。完全满足设计要求。此外，在汽车低速运行的情况下，爬坡度基本不产生变化且一直处于极大值，并不随着车速的变化而变化，刚好对应了电机的低速恒转矩的特性。在电机基速对应的车速处可以达到最大爬坡度。随后，车速继续提高，此时电机的转矩无法再保持恒定，开始急速下降，爬坡度也跟着降低。
（3）加速性能
设计目标中并未对加速能力有额外要求，在国标GB/T18385中将加速性能的检测分为了从0到50km/h和从50km/h到80km/h两个阶段[8]，汽车从静止开始加速，经过大约4s，加速到50km/h，随后继续加速，到80km/h时时间经过大约9s，到13s左右，汽车从0加速到100km/h，最后在运行了32s后达到了最高车速135km/h。在加速的初期阶段，车速较低，此时电机处于高转矩范围，因而加速大，在这一阶段车速急速上涨。随着车速的增加，电机转速超过了额定转速，输出的转矩开始逐渐下降，加速度不再像初期那样大，车速也进入稳定增加阶段。当汽车行驶了4.77s后，车速第一次超过了50km/h，而从50km/h开始进行超车加速到80km/h时，一共花费了大约5.7s。均符合初期的设想及国家标准的要求。
3）经济性仿真结果分析
本文根据国标GB/T18386的要求，采用40km/h的等速行驶工况来进行经济性方面的仿真[9]。主要利用续驶里程来评价物流车的经济性能，仿真过程以SOC的限制作为里程结束的标准，设定SOC值从90%降到10%。当仿真结束时续驶里程达到了232km，超过了设计目标的220km。
4结论
根据整车的基本参数以及设计的目标和要求，对纯电动物流车的动力系统主要部件性能参数进行了计算，完成了动力系统各部件参数的匹配。确定了驱动电机的功率、转矩、转速，动力电池的容量、单体数量以及传动系传动比的大小。基于CRUISE搭建了整车仿真模型，对整车进行动力性的仿真，并根据GB/T18386的要求，采用40km/h的等速行驶工况来进行经济性方面的仿真。最终各动力性、经济性指标的仿真结果在软件平台上得到了精确的呈现，并均满足了设计要求，参数匹配的正确性得到了验证。同时，仿真的结果也与各部件的实际特性吻合，验证了仿真模型的准确性。该方案在纯电动汽车的开发设计中是可以提供借鉴参考的。
参考文献
[1]吴海波.纯电动城市客车驱动系统仿真研究[D].贵州：贵州大学，2015.
[2]吴雪.纯电动轿车动力系统参数匹配方法研究[D].吉林：吉林大学，2013.
[3]刘明明，唐庆伟，曹德本.某纯电动物流车的动力系统匹配及仿真[J].农业装备与车辆工程，2016，54（11）.
[4]吴秋德.电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究[D].吉林：吉林大学，2011.
[5]刘松灵，顾力强.基于Cruise的混合動力汽车传动系统建模与仿真分析[J].传动技术，2008，22（04）：21-23+44.
[6]刘振军，赵海峰，秦大同.基于CRUISE的动力传动系统建模与仿真分析[J].重庆大学学报（自然科学版），2005（11）：12-15+27.
[7]吴海龙.微型纯电动城市物流车动力系统匹配优化[D].太原：太原理工大学，2016.
作者简介
李耶（1991-），男，土家，湖北荆州，武汉理工大学汽车工程学院研究生、硕士，研究方向：汽车动力学及控制。