车辆动力仿真系统设计方案

第３３卷第４期　２０１２年７月　吉首大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｊｉｓｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖ０１．３３　Ｎｏ．４　Ｊｕ１．２０１２　

文章编号：１００７—２９８５（２０１２）０４—００７９—０４　

纯电动汽车驱动系统设计及性能仿真　

高树健，陈丁跃　

（长安大学汽车学院，陕西西安７１００６４）　

摘要：以某款普及型轿车为改装对象，对纯电动汽车系统进行了设计．根据设计目标对其动力参数进行了理论计算，　并对驱动装置合理选型．利用电动汽车仿真软件ＡＤＶＩＳＯＲ建立了该电动汽车模型，最后进行了动力性能仿真．仿真结果表　明：设定动力参数合理，电动汽车能良好运行，达到了预期期望．　关键词：纯电动汽车；驱动系统；动力参数；性能仿真　中图分类号：Ｕ４６９．７２　文献标志码：Ａ　

随着环境污染的加剧和资源的日益短缺，纯电动汽车（ＥＶ）成为当前研制取代内燃机汽车的首选车　

型，前景广阔．我国的纯电动汽车大都建立在改装车基础上，目前电动汽车存在的主要问题是动力电池成　

本高和续驶里程不理想．对驱动系统进行合理设计，是提高电动汽车的动力性能和增加续驶里程的有效　

手段．　

电动汽车仿真软件ＡＤＶＩｓ０Ｒ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ，简称ＡＤＶＩＳＯＲ）在电动汽车的设计中　

具有重要作用，在提高汽车性能的同时还可以缩短设计周期，降低开发成本．本文通过理论方法设计了某　

电动汽车驱动系统并利用ＡＤＶＩＳＯＲ对其进行仿真验证，实现了提高电动汽车动力性能和续驶里程的　

目标．　

１驱动系统基本结构　

不同的电力驱动系统可构成不同结构形式的　

ＥＶ．本文所设计ＥＶ的驱动系统基本结构如图１所　

不．　电动汽车驱动系统由蓄电池组、电动机、离合　

器、变速器、主减速器、差速器和驱动轮等部件组成，　

这些组成部件的参数选择将直接影响电动汽车的整　

车动力性能和续驶里程．　

图１驱动系统电驱动形式　２驱动系统参数设计　

AUTO TIME 97 AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计 时代汽车 并联式混合动力电动汽车仿真模型设计刘助春　陈刚　王东涛湖南汽车工程职业学院 湖南省株洲市 412000摘 要： 为了减少混合动力汽车控制策略研发成本，提升研发效率，基于动力学仿真软件，结合数字建模与物理建模开发出一个并联式混合动力汽车仿真模型，搭载一个简单的整车控制策略，在车辆匀速、加速、减速三种循环工况下进行测试，测试结果表明，所开发模型速度跟踪性良好，发动机、驱动电机及发电机的能量曲线正确响应控制策略，符合实际汽车运行状况，能够有效支持混合动力汽车整车控制策略设计，提高混合动力汽车整车控制策略研发效率。关键词：并联式；模型设计；控制策略1　引言对于混合动力汽车，整车控制策略是核心技术之一，良好的整车控制策略能在有效提升混合动力汽车动力性的同时，还能降低整车能耗，提升车辆使用寿命。而在新车型控制策略的研制与开发环节中，不能回避的一个问题就是研发成本。随着仿真技术的逐步提升，其的越来越有效地降低混合动力汽车整车控制策略研发成本，缩短开发周期[1-2]。目前，混合动力汽车( hybrid electri-cal vehicle，HEV) 的建模方法主要分为前向建建模和后向建模两种［3-4］。本文采用后一种方法，应用物理建模与数学建模相结合的方法，建立并联式混合动力汽车模型，搭载一定的控制策略，在车辆加速、匀速、减速三种循环工况下，对汽车整车性能进行分析，验证模型的合理性，确保其可有效支持混合动力汽车整车控制策略研发设计，提高混合动力汽车整车控制策略研发效率2　整车模型的建立本模型包括电池、DC—DC、驱动电机、发电机、发动机、转矩分配器、车身及控制系统9个系统部件，机械部件之间进行机械连接，电气部件之间通过物理信号之间，控制系统通过全局变量与其余各系统部件进行信息交流。整车部分参数如表1所示。图1　整车模型图整车模型主要包括车身、魔术轮胎等，魔术轮胎接受驱动电机提供的转矩，驱动车辆行驶，车身输出整车行驶速度，作为车辆行驶反馈信号，同时也作为发动机启停控制信号。图2　车身模型图整车质量/kg前轴长/m后轴长/m12001.41.6表1　车辆参数发动机模型将需求速度转换成转矩需求，并与转矩分配器机械连接，转矩分配器将发动机输出的扭矩一部分输出到发电机带动发电机发电，一部分输出至驱动轴与驱动电机共同驱动车辆行驶图3　发动机模型图驱动电机与车身模型中的魔法轮胎机械连接，根据控制系统传递过来的需求转速信号，调整自身转速，控制输出转矩从而按照需求的车速驱动车辆行驶。98 AUTO TIMEAUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计

一、设计步骤

设计背景：

本文基于扬州大学力行车队的方程式赛车进行研究，阐述 FSAE赛车动力系统匹配现状与发展的相关问题。通过对方程式赛车的电机参数、传动比、电池组容量进行匹配设计，借以寻找一种有效的动力系统优化思路。在保证赛车动力系统运行水平的基础上，持续改进系统功能及其运行策略，最终进一步提高FSAE 赛车动力系统的运行能力，使得所设计以及制造的方程式赛车能够满足FSAE赛事比赛的要求。

主要内容如下：

（1）参考对比国内高校方程式赛车电动汽车的整车布置方式，设计本文所要求设计的扬州大学电动方程式赛车的布置方式；

（2）以本校电动赛车基本参数和设计目标为基础进行动力系统参数设计，对电机、传动装置及能源系统进行结构设计和总体性能计算；

（3）使用CATIA软件进行系统建模，对电机、电池、控制器以及驱动桥的位置进行合理布置，做好动力系统的总布置图；

（4）按照设计任务书中对赛车的动力性和经济性的要求，对赛车的动力系统进行参数匹配，最终确定整车动力系统组成部分的选型。在Optimum Lap软件中建立赛道模型，通过软件分析方程式赛车的比赛工况；

（5）基于CRUISE软件进行赛车的性能仿真，对影响赛车的经济性与动力性的几个因素进行分析，验证所设计的动力系统各部分参数的准确性；

二、设计思路

图1-3 整体设计技术路线

三、设计内容

赛车的设计是从赛车的总布置开始，涉及车架、车身、底盘、传动、转动、可靠性和稳定性测试等多方面内容[13]。

纯电动赛车与传统的燃油赛车相比，由于动力源的差异，所以纯电动赛车没有发动机和油箱，代之以动力电池系统以及电机驱动系统。

加速踏板制动踏板整车控制器电机控制器驱动电机传动系统车轮动力电池系统电机驱动子系统充电接口动力电池DCDC辅助电池车载电器辅助电器子系统电池管理系统车轮控制系统

FSEC纯电动方程式赛车是本着对传统车辆的加速、制动和操纵性能进行创新设计，赛车的总布置是一个穿插赛车设计始末的过程，总布置的确定对赛车的性能有着重要的影响。

虚拟车辆联合仿真及快速方案设计

1.背景与挑战

随着工业水平和企业竞争力的提升，在国内交通工具领域的产品研发进程中，正向设计的重要性越发显著，在开发拥有自主知识产权的产品时尤其突出。出于对本钱、竞争力、功能等因素的考虑，设计方案的验证和优化正慢慢成为正向设计所面临挑战的重点。

为缩短研发周期、降低研发本钱，需要在设计初期，成立多个子系统组成的虚拟车辆模型，进行多学科联合仿真，从而快速完成方案的验证和优化设计，并进行整车性能分析。

2.解决方案

基于数字化建模和虚拟实验的虚拟车辆是一种利用数字化模型来替代昂贵的物理原型，从而大幅缩短产品开发周期、降低研发本钱的工程方式。虚拟车辆可用于车辆设计方案的功能指标确认、操纵策略验证和子系统大体参数的设计优化，靠得住性评估等。

虚拟车辆快速方案设计可大致分为多学科建模、模型交互、虚拟实验、参数优化等四个部份。

交通工具，如汽车、飞机、列车等，涉及机械、电子电气、液压、气动、传热、操纵等众多学科领域，虚拟车辆需要进行多学科建模。针对不同的应用领域，恒润提供多种建模工具，基于Dymola中Modelica基础库和商业库，可方便地搭建内燃机、电机、电池、变速箱、传动系、底盘、刹车系统、轮胎、气动系统、液压系统、传热系统、多体系统，等模型，基于PROOSIS中全面的模型库可搭建精准的航空发动机模型，基于Matlab/Simulink可搭建操纵系统模型，基于Adams可搭建多体动力学系统，等。

关于交通工具而言，动力、传动、制动、操纵等子系统间存在紧密的耦合关系，虚拟车辆需要以后自于不同窗科领域的模型，组合成一个系统级模型，并进行联合仿真。

FMI是开放的第三方标准接口协议，任何支持该协议、具有相应接口的软件均能够将模型封装为格式统一、可用于模型交互和联合仿真的黑盒模型FMU，或导入FMU。