電動汽車仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-17
電動汽車仿真的視頻教程
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電動汽車仿真的實例教程
摘 要：增程式電動汽車采用與傳統混合動力電動汽車同樣的能耗測試標準，但二者在工作原理和系統構架等方面存在顯著差異。通過搭建增程式電動汽車仿真模型，采用全球統一的輕型車測試循環（WLTC）工況進行電量消耗模式（CD）和電量保持模式（CS）的能耗仿真試驗，再基于實車試驗室數據對仿真模型進行對比驗證。最后，開展采用中國輕型汽車行駛工況（CLTC）的能耗仿真試驗，分析增程式電動汽車在兩種不同工況下的能耗表現。結果表明：采用仿真手段能較好地實現對增程式電動汽車的能耗測試，且綜合結果與試驗室數據較為相符，采用CLTC工況的能耗測試表現要顯著優于WLTC工況的能耗測試表現。
關鍵詞：增程式電動汽車;能耗測試;仿真試驗;循環工況;純電利用系數;
引言
隨著能源和環境問題的日趨嚴峻，新能源汽車成為國家政策和汽車行業關注的重點[1,2]。作為傳統燃油車型和純電動汽車的過渡車型，混合動力電動汽車兼具長續航和低能耗等特點，并衍生出各種構架方案[3,4,5]。其中，增程式電動汽車將發動機和發電機結合為增程器，再匹配動力電池、驅動電機以及控制系統，具備短距離純電行駛模式和長距離增程行駛模式，保證發動機在工作時始終位于最高效率點，燃油經濟性達到最高，對整車的能耗和排放水平的降低尤為明顯[6,7]。同時，由于發動機不直接參與驅動系統，省去了變速箱等機械結構，由驅動電機直接驅動，整體結構更加簡單，故障率低，還具備了純電動汽車的高加速性能，成為現階段新能源汽車的重要發展方向之一[8]。
目前，針對增程式電動汽車的能耗研究，主要集中在增程器的匹配設計和優化、整車能量管理策略和智能算法，以及新型儲能系統的研究等方面，嘗試從不同的角度來降低增程式電動汽車的能耗水平[9,10,11]。但目前的這些研究內容，對能耗水平的評價方法不一，且多以單一的仿真手段開展。
展開 AMESim為多學科領域復雜系統建模仿真平臺。用戶可以在這個單一平臺上建立復雜的多學科領域的系統模型，并在此基礎上進行仿真計算和深入分析，也可以在這個平臺上研究任何元件或系統的穩態和動態性能。例如在燃油噴射、制動系統、動力傳動、液壓系統、機電系統和冷卻系統中的應用。面向工程應用的定位使得AMESim成為在汽車、液壓和航天航空工業研發部門的理想選擇。工程設計師完全可以應用集成的一整套AMESim應用庫來設計一個系統，所有的這些來自不同物理領域的模型都是經過嚴格的測試和實驗驗證的。
AMESim使得工程師迅速達到建模仿真的最終目標：分析和優化工程師的設計，從而幫助用戶降低開發的成本和縮短開發的周期。
1、純電動汽車性能仿真分析之續駛里程仿真
本節將詳細介紹純電動汽車的動力性、經濟性建模分析過程。其中動力性分析的工況包括最大爬坡度、最高車速、30min最高車速；經濟性分析的工況包括續駛里程的仿真以及考慮安全控制單元的影響。
1) 模型搭建及各元件參數設置
一個典型純電動汽車的車輛模型包括電池、電機、駕駛員、VCU（整車控制器)和車輛負載幾部分。車輛負載模型和駕駛員模型需要的參數跟傳統燃油車模型完全相同。電池模型中需要輸入電池開路電壓和電池內阻的數表文件、電池的容量、電池初始SOC及電池包的串并聯個數。
電動汽車的續航里程模型如下圖所示。
其中電池模型和電機模型如下圖所示
2） 輸入工況設置
仿真續駛里程，首先設置循環的工況，這里設置NEDC，一直循環模式。
3） 續駛里程仿真
文章來源：新能源技術和仿真
展開 依據純電動客車動力的傳輸路線可以建立車輛的仿真模型，并輸入各部件所需的參數，如圖2所示。
圖2 純電動車仿真模型
2.2 性能仿真分析
2.2.1整車動力性分析
純電動汽車的動力性評價指標為最高車速，某一車速下的最大爬坡度和起步加速時間。
（1）整車最高車速及加速時間分析
利用Cruise計算任務中的全負荷加速性能任務計算了純電動汽車在加速過程中的最高車速和加速時間。如圖3所示。
圖3 加速過程中車速、加速度與距離的關系圖
由圖中可以得到純電動汽車最高車速可達到73 km/h，符合設計目標值。同時，由圖可得到該純電動汽車從靜止加速到50 km/h的加速時間為14.12s，小于設計的目標值18s，故滿足要求。
（2）最大爬坡度分析
盡管在市區路況下不存在如同鄉村公路那樣非常極端的陡坡，但是隨著城市化水平的提高，交通基礎建設的拓展，市民對高架橋以及室內環線或高速的依賴性增強，因此即使是在城市中也必不可少的存在高架橋的上下坡，而此時則必須考慮車輛的爬坡性能。設計不當導致爬坡能力的不足會對交通線的暢通帶來不必要的麻煩，并且也潛在溜車等交通事故的發生。因此，檢驗車輛的最大爬坡度是一個非常重要的環節。
圖4 各車速下純電動客車的爬坡度
圖4顯示了各個車速下純電動汽車的爬坡能力，我們可以得出，當車速為20 km/h時，最大爬坡度為19.34%，滿足設計的性能要求。
2.2.2整車經濟性分析
純電動汽車的經濟性評價指標為續駛里程和電耗。
展開 依據純電動客車動力的傳輸路線可以建立車輛的仿真模型，并輸入各部件所需的參數，如圖2所示。
圖2 純電動車仿真模型
2.2 性能仿真分析
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純電動汽車的動力性評價指標為最高車速，某一車速下的最大爬坡度和起步加速時間。
（1）整車最高車速及加速時間分析
利用Cruise計算任務中的全負荷加速性能任務計算了純電動汽車在加速過程中的最高車速和加速時間。如圖3所示。
圖3 加速過程中車速、加速度與距離的關系圖
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盡管在市區路況下不存在如同鄉村公路那樣非常極端的陡坡，但是隨著城市化水平的提高，交通基礎建設的拓展，市民對高架橋以及室內環線或高速的依賴性增強，因此即使是在城市中也必不可少的存在高架橋的上下坡，而此時則必須考慮車輛的爬坡性能。設計不當導致爬坡能力的不足會對交通線的暢通帶來不必要的麻煩，并且也潛在溜車等交通事故的發生。因此，檢驗車輛的最大爬坡度是一個非常重要的環節。
圖4 各車速下純電動客車的爬坡度
圖4顯示了各個車速下純電動汽車的爬坡能力，我們可以得出，當車速為20 km/h時，最大爬坡度為19.34%，滿足設計的性能要求。
2.2.2整車經濟性分析
純電動汽車的經濟性評價指標為續駛里程和電耗。
展開 圖2 純電動車仿真模型
2.2 性能仿真分析
2.2.1整車動力性分析
純電動汽車的動力性評價指標為最高車速，某一車速下的最大爬坡度和起步加速時間。
（1）整車最高車速及加速時間分析
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圖3 加速過程中車速、加速度與距離的關系圖
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圖4 各車速下純電動客車的爬坡度
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本文原刊登于Ansys.com：《Ansys Speos Software Enables Optimal Automotive Lighting for BMW Group Using NVIDIA Accelerated Computing》
作者： Laura Carter | Ansys 高級市場傳播經理
編輯整理：孫鴻燁 | Ansys 高級應用工程師
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