純電動汽車電控系統參數匹配的案例
電動汽車電控系統參數匹配及優化深度解析
導讀： 為了提高純電動汽車的動力性設計指標，研究了純電動汽車電控參數在設計過程中，電機系統和電池系統參數匹配選擇的基本原則和整車控制策略，并利用ADVISOR軟件對所匹配出的動力參數進行仿真優化驗證，最終使"電池+電機+電控"三電系統集成達到最優狀態，從而提高了電動汽車的動力性能。同時也為純電動汽車設計初期的動力參數選型匹配提供了基本數據。
近年來，隨著大氣污染的日益嚴重、全球石油資源供應緊張及環保意識的增強，傳統的燃油汽車面臨著巨大的挑戰，純電動汽車越來越受到人們的青睞。實現電動汽車替代傳統汽車的關鍵是純電動汽車的整車動力性是否滿足人們的需要。解決整車動力性能的關鍵因素在于如何實現電池質量小且儲存能量大、提高電機的性價比及優化電驅動控制策略。通過選擇動力系統參數，使得電機、電池及電控更好地集成到一起，是現階段提高純電動汽車整車動力性的重要方法之一。文章通過研究匹配電機、電池參數及整車控制器參數的基本原則，為純電動汽車初期設計動力匹配提供了理論依據及基礎數據，對新產品的開發提供了指導作用，大大縮短了開發周期。
純電動汽車整車動力系統設計流程和需求
純電動汽車動力系統由整車控制器、電機控制器、永磁同步電機、電池管理系統及動力電池等構成，整車動力系統的基本架構，如圖1所示。純電動汽車動力系統開發過程可采用“V”模式，如圖2所示。定義好各個環節的功能需求，按照開發流程進行新產品的動力系統開發，文章針對具有單速比和永磁同步電機的純電動汽車的參數匹配展開研究。
展開 純電動汽車電控系統參數匹配
導讀：
為了提高純電動汽車的動力性設計指標，研究了純電動汽車電控參數在設計過程中，電機系統和電池系統參數匹配選擇的基本原則和整車控制策略，并利用ADVISOR軟件對所匹配出的動力參數進行仿真優化驗證，最終使"電池+電機+電控"三電系統集成達到最優狀態，從而提高了電動汽車的動力性能。同時也為純電動汽車設計初期的動力參數選型匹配提供了基本數據。
近年來，隨著大氣污染的日益嚴重、全球石油資源供應緊張及環保意識的增強，傳統的燃油汽車面臨著巨大的挑戰，純電動汽車越來越受到人們的青睞。實現電動汽車替代傳統汽車的關鍵是純電動汽車的整車動力性是否滿足人們的需要。解決整車動力性能的關鍵因素在于如何實現電池質量小且儲存能量大、提高電機的性價比及優化電驅動控制策略。通過選擇動力系統參數，使得電機、電池及電控更好地集成到一起，是現階段提高純電動汽車整車動力性的重要方法之一。文章通過研究匹配電機、電池參數及整車控制器參數的基本原則，為純電動汽車初期設計動力匹配提供了理論依據及基礎數據，對新產品的開發提供了指導作用，大大縮短了開發周期。
1 純電動汽車整車動力系統設計流程和需求
純電動汽車動力系統由整車控制器、電機控制器、永磁同步電機、電池管理系統及動力電池等構成，整車動力系統的基本架構，如圖1所示。純電動汽車動力系統開發過程可采用“V”模式，如圖2所示。定義好各個環節的功能需求，按照開發流程進行新產品的動力系統開發，文章針對具有單速比和永磁同步電機的純電動汽車的參數匹配展開研究。
展開 純電動汽車傳動系統參數匹配及優化
著國家對新能源汽車企業的鼓勵與支持，一大批新造車勢力如雨后春筍，傳統汽車企業也在逐步向新能源汽車過渡。電動汽車具有勝過傳統內燃機車輛的許多優點，例如行駛過程零排放、高效率、低噪聲。在能源危機及環保問題日益突出的局面下，推行交通工具向新能源轉型勢在必行。在電池效率問題得到有效解決之前，如何合理地選擇這些部件及有關參數，使部件匹配達到最優。在相同蓄電池條件下，使車輛更好地滿足動力性和經濟性的需求，一直是行業研究的重點目標。
本文在完成2檔AMT純電動汽車傳動系統參數初步匹配的基礎上，利用人群搜索算法，以改善動力性和提高整車續駛里程為目標，對減速器速比進行了優化，并結合AVL Cruise軟件對減速器速比優化結果進行仿真分析，對比優化前后仿真結果，實現電動汽車動力性和經濟性的有效提高。
1 整車參數及性能目標
某電動車型的主要技術參數及性能要求指標如表1和表2所示。
表1 整車參數
表2 性能要求指標
2 動力系統參數匹配
2.1 驅動電機的參數匹配
2.1.1驅動電機的功率
本文采用的是永磁同步電機，驅動電機的峰值功率應同時滿足所設計的最高車速、最大爬坡度、加速性能要求。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
上式中：vmax為最高車速；m為整車裝備質量；A為迎風面積；CD為風阻系數；αmax為最大爬坡度；f為滾動阻力系數；vi為最大爬坡度時的車速，vi=20km/h；vj為汽車在NEDC工況中從100km/h加速到120km/h時的末速度，vj=120km/h；Pe為驅動電機的額定功率；λ為電機的過載系數，取2。
展開 純電動汽車傳動系統參數匹配及優化
著國家對新能源汽車企業的鼓勵與支持，一大批新造車勢力如雨后春筍，傳統汽車企業也在逐步向新能源汽車過渡。電動汽車具有勝過傳統內燃機車輛的許多優點，例如行駛過程零排放、高效率、低噪聲。在能源危機及環保問題日益突出的局面下，推行交通工具向新能源轉型勢在必行。在電池效率問題得到有效解決之前，如何合理地選擇這些部件及有關參數，使部件匹配達到最優。在相同蓄電池條件下，使車輛更好地滿足動力性和經濟性的需求，一直是行業研究的重點目標。
本文在完成2檔AMT純電動汽車傳動系統參數初步匹配的基礎上，利用人群搜索算法，以改善動力性和提高整車續駛里程為目標，對減速器速比進行了優化，并結合AVL Cruise軟件對減速器速比優化結果進行仿真分析，對比優化前后仿真結果，實現電動汽車動力性和經濟性的有效提高。
1 整車參數及性能目標
某電動車型的主要技術參數及性能要求指標如表1和表2所示。
表1 整車參數
表2 性能要求指標
2 動力系統參數匹配
2.1 驅動電機的參數匹配
2.1.1驅動電機的功率
本文采用的是永磁同步電機，驅動電機的峰值功率應同時滿足所設計的最高車速、最大爬坡度、加速性能要求。
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
上式中：vmax為最高車速；m為整車裝備質量；A為迎風面積；CD為風阻系數；αmax為最大爬坡度；f為滾動阻力系數；vi為最大爬坡度時的車速，vi=20km/h；vj為汽車在NEDC工況中從100km/h加速到120km/h時的末速度，vj=120km/h；Pe為驅動電機的額定功率；λ為電機的過載系數，取2。
展開 
純電動汽車電控系統關鍵技術研究
純電動汽車電控系統關鍵技術研究
純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
作者：趙暢，朱春紅
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表1-2所示。
展開 純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅動電機選型計算
1.1.1最高轉速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統結構簡圖
可得到電機的最高轉速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉速與額定轉速的關系可用擴大恒功率區系數β來表示，根據關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
展開 純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅動電機選型計算
1.1.1最高轉速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統結構簡圖
可得到電機的最高轉速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉速與額定轉速的關系可用擴大恒功率區系數β來表示，根據關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
展開 純電動汽車動力懸置系統匹配要點
城市道路的路面不平度帶來的低頻隨機振動激勵，這一部分也屬于穩態激勵，通過懸掛系統傳遞到車架、車身、動力總成和座椅，路面隨機振動激勵經過懸架的衰減、過濾之后，其有效作用頻率范圍會進一步降低到5Hz 的范圍內，且由于現階段的電動車主要用于城市交通，城市道路的路面不平度一般都比較很小，因此可以暫時不考慮這一部分激勵。但是在考慮動力總成受力極限工況時，路面所帶來的垂直方向的回彈或沖擊慣性力（瞬態激勵）需要包括在內。因此對于純電動汽車，電機的扭矩波動遠低于發動機，而且主要出現在蠕行、加速、減速和制動工況，其頻率與發動機轉動階次也無明顯關聯。但電機的扭矩則明顯大于發動機。
所以懸置匹配優化的著眼點則應該是動力總成的扭矩，懸置系統首先應具備足夠的抗扭限位能力，確保在大扭矩的作用下動力總成的位移量處于合理范圍，在此基礎上再考慮隔振性能。
因此，純電動汽車對懸置系統的隔振能力要求低于傳統燃油車，但對懸置系統抗扭限位能力的要求遠高于燃油車。基于這種考慮，工藝簡單、可靠性好能并且提供大剛度的橡膠懸置更適合電動汽車，液壓懸置反而不適用。要注意的是，提升懸置軟墊的剛度和限位能力并不意味著NVH性能的降低。相反，很多情況下懸置系統隔振能力差并不是因為懸置軟墊過于剛硬，而是因為懸置軟墊過于柔軟，在大扭矩作用下被壓死失去緩沖功能。例如，電機或者減速器的階次噪聲可能以結構噪聲的形式，通過懸置系統傳遞到乘員艙內。如果懸置軟墊太柔軟，很可能在全扭矩工況被壓死，從而加劇結構噪聲的傳遞。一般建議在正向和反向最大扭矩下，每個懸置軟墊的變形量都控制在10mm以內。
圖4 電機懸置布置示意
關于剛體模態解耦和模態頻率分布分析，對于燃油車一般都是將6階剛體模態頻率規劃在5-18Hz，并且繞曲軸轉動的模態頻率要小于發動機怠速激勵頻率的0.707。
展開 基于動力性的純電動汽車電機參數匹配-最高車速性能需求計算 ￥6
基于動力性需求的，采用MATLAB2019b版本的APP Designer編寫的最高車速性能需求電機參數匹配計算小程序，程序界面如下：以某款上市的4.5T純電動物流輕卡參數為例，進行電機的參數匹配計算；可以修改正常及最高車速需求參數，點擊計算按鈕后，即可完成電機的參數計算。
附件是開源可編輯源程序文件。
純電動物流車動力系數參數匹配設計
電動汽車對降低環境污染與節省燃料方面有至關重要的作用。隨著電子商務的迅速發展，物流車在交通運輸中的占比日益增大，因此純電動物流車引起了較多學者的關注。
本文主要基于純電動物流車的動力性，對電機、變速器、電池的主要參數進行匹配。結合工程實際，引入了安全系數，為純電動物流車的動力系統參數匹配提供了一種有效的方法。
2 純電動物流車結構分析
純電動物流車的動力傳動部分主要基于傳統車的底盤平臺開發所建，其核心是將蓄電池和電動機相結合作為動力源來代替了發動機。這樣純電動物流車以蓄電池和充電系統作為能源系統，變速器和電動機作為驅動系統，構成了純電動汽車動力傳動的核心部分，簡化了汽車的傳動系統與動力傳動路線。本文以某款純電動物流車開發為例，其整車基本參數如表1[6]，所設計的整車性能參數如表2。
展開 
純電動物流車動力系數參數匹配設計
電動汽車對降低環境污染與節省燃料方面有至關重要的作用。隨著電子商務的迅速發展，物流車在交通運輸中的占比日益增大，因此純電動物流車引起了較多學者的關注。
本文主要基于純電動物流車的動力性，對電機、變速器、電池的主要參數進行匹配。結合工程實際，引入了安全系數，為純電動物流車的動力系統參數匹配提供了一種有效的方法。
2 純電動物流車結構分析
純電動物流車的動力傳動部分主要基于傳統車的底盤平臺開發所建，其核心是將蓄電池和電動機相結合作為動力源來代替了發動機。這樣純電動物流車以蓄電池和充電系統作為能源系統，變速器和電動機作為驅動系統，構成了純電動汽車動力傳動的核心部分，簡化了汽車的傳動系統與動力傳動路線。本文以某款純電動物流車開發為例，其整車基本參數如表1[6]，所設計的整車性能參數如表2。
展開 純電動物流車動力系數參數匹配設計
2 純電動物流車結構分析
純電動物流車的動力傳動部分主要基于傳統車的底盤平臺開發所建，其核心是將蓄電池和電動機相結合作為動力源來代替了發動機。這樣純電動物流車以蓄電池和充電系統作為能源系統，變速器和電動機作為驅動系統，構成了純電動汽車動力傳動的核心部分，簡化了汽車的傳動系統與動力傳動路線。本文以某款純電動物流車開發為例，其整車基本參數如表1[6]，所設計的整車性能參數如表2。根據動力性能指標結合工程實際，來確定驅動電機、傳動系統傳動比、動力電池的參數，從而提供一種可用于工程實際的有效設計方法。
展開 純電動汽車動力匹配及仿真計算
純電動汽車是以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通、安全法規等各項要求的車輛。隨著經濟和社會的發展，傳統燃油車在給人類生活帶來極大便利的同時，也帶來了嚴重的環境污染及能源危機。由于對環境影響相對傳統汽車較小，出于對環境保護和能源危機的關注以及占領未來世界汽車市場的考慮，電動汽車的發展越來越受到人們的重視。
1.動力系統設計需求
對純電動汽車進行運動力學特性分析是整車性能研究的基礎。從力學角度分析，運動中的車輛收到的力按作用類型可分為兩部分：一部分用來實現汽車有效動能和勢能的作用力，成為驅動力；另一部分是阻礙車輛運動的阻力，包括滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力。本文所分析的車輛，其動力性能指標見表1。
表1 動力性指標
2.電動機參數匹配
動力性和經濟性是純電動汽車的基本性能需求，純電動汽車動力性指標主要有最高車速、加速時間、最大爬坡度等，其性能指標體現了純電動汽車在行駛過程中能達到的極限運動水平。結合整車的參數，由此來決定驅動電機的最大扭矩、額定功率、最大功率、最大轉速等參數。經濟性則反應了純電動汽車行駛過程中的能耗水平，主要是電能的消耗。
與傳統汽車在行駛過程中受力一樣，純電動汽車在行駛過程中有滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、加速阻力Fj 和坡度阻力Fi。在行駛中，驅動力需克服上述阻力。電動汽車的驅動力Ft 由驅動電機產生的轉矩T tq 經傳動系統傳動到驅動輪上。
展開 技術丨純電動重型電驅動系統匹配設計
作者：袁磊丨北京特種車輛研究所
1 引言
當前，國內對純電動汽車的研究主要集中以乘用車為主，對重型純電動卡車的研究較少。本文以車輛主要性能參數的要求為基本依據，研究純電動重型卡車的結構型式，動力電池、驅動電機和減速機構的選型和匹配方法，以為純電動重型卡車的方案設計提供支撐。
2 純電動重型卡車結構和動力性指標
純電動汽車采用動力蓄電池作為動力源，電動機作為驅動裝置，并配有減速機構，其結構型式可根據驅動電機的布置方案分為集中式驅動或分布式驅動兩種。集中式驅動主要是將內燃機替換為動力電池和一臺驅動電機，并進一步將傳統車輛的減速器、差速器與驅動電機進行集成化設計，而形成集中式車橋式驅動系統方案；分布式驅動采用驅動電機直接驅動車輪，驅動輪之間也沒有差速器，簡化了車輛結構但提高了控制系統的復雜程度。
為簡化車輛結構，提高空間利用率，某四軸純電動重型卡車采用分布式輪轂電機驅動式結構，整車主要結構參數如表1所示。
車輛的機動性指標要求為：最大車速vmax為120 km/h；最大爬坡度為30°；0～30 km/h加速時間t為5 s；以70 km/h在城市道路上行駛的續航里程s不小于100 km。
表1 整車主要結構參數
3 純電動重型卡車驅動力與行駛阻力
汽車性能通常根據汽車牽引力與車速之間的關系得出，通常假設其最大牽引力受制于動力裝置的最大轉矩，而不受制于路面的附著力。
展開 