纯电动汽车动力性影响因子敏感度研究

  一汽-大众有限公司、一汽研发总院 新能源开发院   2021-03-04 次浏览

概述

本研究以一台纯电动汽车为研究对象，以整车动力学为基础，利用GT-SUITE仿真软件搭建整车仿真模型，驱动电机性能参数不变的前提下，研究整车质量、风阻系数、滚动阻力系数、减速器传动比等影响因子对整车动力性能的影响，研究各因子对整车动力性的敏感程度。该研究成果可对纯电动汽车开发提供一定的参考价值。

1原理及模型

1.1计算原理

由车辆动力学知识可知，驱动电机提供的动力用来克服滚动阻力、爬坡阻力、风阻和加速阻力。式（1）为车辆动力学方程，该方程是整车动力学计算的基础。

本文所研究的最高车速特指30min最高车速，即纯电动汽车能够持续行驶30min以上的最高平均车速。加速性能以0-100km/h加速时间衡量，即车速从0到100km/h所需的最短时间。爬坡能力用最大爬坡度衡量，即纯电动车可以以至少20km/h的车速爬上的最大坡度。

整车质量按照《GB/T18385-2005电动汽车动力性能试验方法》相关要求设定。

1.2整车基本参数

所研究的纯电动汽车整车基本参数如表1所示，驱动电机基本参数如表2所示。利用GT-SUITE搭建纯电动车的动力系统，动力电池是电能的储存装置，驱动电机是唯一的动力输出源，经减速器、差速器、半轴将动力传输至车辆前轮。

1.3研究方案

以表1整车基本参数为基础，改变整车质量、风阻系数、滚动阻力系数和减速比等影响因子数值，研究整车最高车速、加速性能和爬坡性能的变化。影响因子数值如表3所示，每一个影响因子变化±2%、±4%、±6%、±8%、±10%，对应11个不同的数值。

2基础车型动力性能

2.1最高车速

得到车速-行驶阻力曲线，如图1所示。当车速为161.0km/h时，行驶阻力与持续转矩相平衡，此时驱动电机转速为12169rpm，小于驱动电机最高转速13000rpm。可得，基础车型30min最高车速可达161.0km/h。

2.2加速性能

车辆100%油门加速，驱动电机先运行在恒转矩曲线，后运转在恒功率曲线，车辆加速曲线如图2所示。0-50km/h加速时间为3.5s，50km/h-80km/h加速时间为3.1s，0-100km/h加速时间为9.7s。车辆刚起步时加速度最大，最大加速度为4.08m/s2。基础车型0-100km/h加速时间为9.7s。2.3爬坡性能如图3所示，坡度为0、10%、20%、30%、40%的爬坡曲线。结合驱动电机的峰值转矩曲线可得，车辆以20km/h的车速最大能爬35.2%的坡，即基础车型最大爬坡度为35.2%。

3动力性能敏感度

3.1最高车速

由2.1可得基础车型最高车速为161.0km/h。图4为最高车速对影响因子变化敏感度数据。

由图4可得，整车质量降低10%，最高车速可达162.4km/h；整车质量增加10%，最高车速为160.0km/h。整车质量变化时，最高车速变化不大，即最高车速对整车质量敏感度较低。风阻系数降低10%，最高车速可达167.2km/h；

风阻系数增加10%，最高车速为155.9km/h。相对基础车型最高车速变化较大，即最高车速对风阻系数敏感度较高。

滚动阻力系数降低10%，最高车速可达162.5km/h；滚动阻力系数增加10%，最高车速为160.1km/h。相对基础车型最高车速变化不大，即最高车速对滚动阻力系数敏感度较低。

减速比降低10%到增加6%的变化区间内，最高车速没有变化，均为161.0km/h；减速比增加8%以后，由于达到驱动电机的最高转速的限制，最高车速迅速下降，减速比增加10%，最高车速下降为157.1km/h。最高车速对减速比对敏感度较高。

3.2加速性能

由2.2可得基础车型0-100km/h加速时间为9.7s。调整各影响因子，得加速性能对影响因子变化敏感度数据，如图5所示。

由图5可得，整车质量降低10%，0-100km/h加速时间为8.7s；整车质量增加10%，0-100km/h加速时间为10.74s。0-100km/h加速时间随整车质量变化较大，即加速性能对整车质量敏感度较高。

风阻系数降低10%，0-100km/h加速时间可达9.68s；风阻系数增加10%，0-100km/h加速时间为9.75s。相对基础车型0-100km/h加速时间变化较小，即加速性能对风阻系数敏感度较低。

滚动阻力系数降低10%，0-100km/h加速时间可达9.68s；滚动阻力系数增加10%，0-100km/h加速时间为9.75s。相对基础车型0-100km/h加速时间变化较小，即加速性能对滚动阻力系数敏感度较低，其敏感度与风阻系数敏感度较为接近。

减速比降低10%，0-100km/h加速时间为10.08s；减速比增加10%，0-100km/h加速时间为9.45s。随着减速比变化0-100km/h加速时间变化较大，即加速性能对减速比敏感度较高。

3.3爬坡性能

由2.3可得基础车型最大爬坡度为35.2%。调整各变化因子，得到最大爬坡度对影响因子变化敏感度数据，如图6所示。

由图6可得，整车质量降低10%，最大爬坡度可达39.9%；整车质量增加10%，最大爬坡度为31.6%。随着整车质量变化最大爬坡度变化较大，即爬坡性能对整车质量敏感度较高。

风阻系数在±10%变化区间内，最大爬坡度没有变化。爬坡车速较低，空气阻力较小，风阻系数变化对爬坡性能几乎没有影响。

滚动阻力系数降低10%，最大爬坡度为35.3%；滚动阻力系数增加10%，最大爬坡度为35.1%。随着滚动阻力变化，最大爬坡度变化较小，即爬坡性能对滚动阻力系数敏感度较低。

减速比降低10%，最大爬坡度为31.2%；减速比增加10%，最大爬坡度为39.4%。相对基础车型最大爬坡度变化较大，即爬坡性能对减速比敏感度较高。

4结论

（1）最高车速对风阻系数和减速比敏感度较高，对滚动阻力系数和整车质量敏感度较低。

（2）加速性能对整车质量和减速比敏感度较高，对风阻系数和滚动阻力系数敏感度较低。

（3）爬坡性能对整车质量和减速比敏感度较高，对风阻系数和滚动阻力系数敏感度较低。

（4）减速器的减速比对整车动力性敏感度较高，开发过程中需结合整车动力性需求及驱动电机性能匹配适应的减速比。