汽车总体设计整车性能仿真与系统匹配

10.16638/ki.1671-7988.2020.19.001纯电动汽车动力系统参数匹配及仿真分析白素强，杨瑞兆，邓家奇（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安710200）摘要：论文依据整车性能指标，通过理论分析和计算，对某8×4载货车动力系统参数进行匹配，基于A VL-Cruise 建立整车模型并进行仿真分析，验证动力系统参数匹配的合理性，为纯电动车动力系统参数匹配及仿真提供分析方法。

关键词：纯电动汽车；参数匹配；动力系统；仿真分析中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）19-01-04Parameter matching and simulation analysis of pure electric vehiclepowertrain systemBai Suqiang, Yang Ruizhao, Deng Jiaqi( Shaanxi Heavy Duty Automobile Co., Ltd. Automotive Engineering Research Institute, Shaanxi Xi'an 710200 )Abstract: According to the vehicle performance index and theoretical analysis calculation, the powertrain parameters of a 8×4 truck were matched. Based on A VL-Cruse, the vehicle model was established and simulated. the rationality of powertrain parameters matching was verified, and the analysis method was provided for the powertrain parameters matching and simulation of pure electric vehicle.Keywords: Pure electric vehicle; Parameter matching; Powertrain; Simulation analysisCLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)19-01-041 引言随着汽车工业技术的不断进步和发展，汽车逐渐进入人们的生活，成为普通的消费品，极大方便了人们的生活，但随着汽车保有量的逐渐增加，其带来的环境污染和能源危机也越来越严重，基于此，发展新能源汽车成为汽车企业的重点突破方向[1]，因此纯电动汽车应运而生，因其零排放、零污染等特点，成为新能源汽车发展中极其重要的发展方向。

电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究摘要：随着环境保护意识的提高和对能源的需求不断增长，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具逐渐受到人们的关注。

电动汽车动力系统的设计是实现其高效、可靠运行的关键。

本文以电动汽车动力系统的匹配设计及性能仿真研究为主题，以图表的形式进行详细的实验数据分析和模拟仿真，旨在为电动汽车动力系统的优化设计提供参考。

1. 引言电动汽车作为一种环保、节能的交通工具，其发展前景广阔。

而电动汽车的性能与动力系统的匹配设计密切相关。

优化的动力系统设计将直接影响电动汽车的性能表现，因此，通过动力系统性能的仿真研究，有助于提高电动汽车的整体性能。

2. 电动汽车动力系统匹配设计2.1 电池组选择电动汽车的动力源主要是电池组，对电池组的选择是动力系统匹配设计的关键。

首先，需要确定电动汽车的续航里程和国标工况下耗电量。

根据这些参数，选择能够满足需求的电池组类型和容量，例如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。

同时，还需要考虑电池组的成本、重量和体积等因素，综合评估选择合适的电池组。

2.2 电机选择电动汽车的驱动器主要由电机组成，对电机的选择与电动汽车的动力性能密切相关。

首先，需要确定电动汽车所需的最大功率和最大扭矩值。

根据这些参数，选择能够满足需求的电机类型和功率等级，例如直流励磁电机、交流无刷电机等。

同时，还需要考虑电机的效率、重量和体积等因素，综合评估选择合适的电机。

2.3 驱动系统设计驱动系统是电动汽车动力系统的核心部分，其设计直接影响电动汽车的动力性能和能耗。

首先，需要确定驱动系统的传动方式。

根据车辆需求和驱动电机的特性，选择合适的传动方式，如单级减速、多级减速等。

接着，根据传动方式设计主传动比和各级传动比，以实现电机扭矩输出与车辆需求的匹配。

同时要考虑传动效率和传动结构的可靠性，确保传动系统的性能稳定和可靠。

3. 性能仿真研究基于以上的匹配设计，使用仿真软件进行电动汽车动力系统的性能仿真研究。

电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究随着可持续发展理念的兴起以及环境保护意识的增强，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了广泛关注和研究。

而电动汽车的动力系统是其核心和关键，影响着整车的性能和使用体验。

为了最大程度地发挥电动汽车的优势和提高其性能，匹配设计和性能仿真成为了重要的研究方向。

电动汽车的动力系统由电机、电池组以及控制系统组成。

电机作为动力的源泉，直接影响着车辆的驱动性能。

电池组作为能量储存与释放装置，影响着车辆的续航能力和使用寿命。

控制系统则负责电机和电池组的协调工作，确保整个系统的稳定运行。

因此，动力系统的匹配设计至关重要。

动力系统的匹配设计需要考虑以下几个方面：电机功率与车辆质量的匹配、电池组容量和电机功率的匹配以及控制系统的设计。

首先，电机功率与车辆质量的匹配是为了确保动力输出与车辆的负载匹配，以充分发挥电机的性能。

如果电机功率过小，无法满足车辆的加速和爬坡需求；而如果功率过大，会造成能量浪费和成本的增加。

因此，需要根据车辆的质量和使用场景来选择合适的电机功率。

其次，电池组容量和电机功率的匹配是为了提供足够的能量储存和释放，以满足车辆的续航能力和动力需求。

电池组容量过小会导致续航里程不足，限制了电动汽车的实用性；而容量过大则会增加车辆的重量和成本。

因此，需要根据车辆的续航需求和电机的功率来选择合适的电池组容量。

最后，控制系统的设计是为了保证整个动力系统的安全和稳定运行。

控制系统包括电机控制器和电池管理系统两个部分。

电机控制器负责电机的启停、转向和速度调节等功能；而电池管理系统则负责电池的充放电控制和性能监测。

通过合理的控制系统设计，可以提高电动汽车的驾驶安全性和稳定性。

为了验证匹配设计的效果和性能，进行性能仿真是必不可少的步骤。

性能仿真可以通过建立动力系统的数学模型，模拟车辆在不同工况下的性能表现。

通过仿真可以评估匹配设计的合理性、动力系统的稳定性以及对车辆性能的影响。

通过分析仿真结果可以为动力系统的优化提供指导和依据。

汽车开发流程1二、概念设计阶段概念设计阶段开始后就要制定全面的研发计划，确定各个设计阶段的时间节点；评估研发工作量，合理分配工作任务；进行成本预算，及时操纵开发成本；制作零部件清单表格，以便进行后续开发工作。

概念车设计阶段的任务要紧包含总体布置草图设计与造型设计两个部分。

1．总体布置草图总体布置草图也称之整体布置草图、整车布置草图。

绘制汽车总布置草图是汽车总体设计与总布置的重要内容，其要紧任务是根据汽车的总体方案及整车性能要求提出对各总成及部件的布置要求与特性参数等设计要求；协调整车与总成间、有关总成间的布置关系与参数匹配关系，使之构成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足产品目标大纲要求的整车参数与性能指标的汽车。

而总体布置草图确定的基本尺寸操纵图是造型设计的基础。

总体布置草图的要紧布置内容包含：车厢及驾驶室的布置，要紧根据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢与驾驶室。

发动机与离合器及变速器的布置、传动轴的布置、车架与承载式车身底板的布置、前后悬架的布置、制动系的布置、油箱、备胎与行李箱等的布置、空调装置的布置。

测量得到的点云数据某轿车白车身侧围部分设计图5．底盘工程设计底盘工程设计的内容就是对底盘的4大系统进行全面的设计，包含：传动系统设计、行驶系统设计、转向系统设计与制动系统设计。

要紧工作包含:(1)对各个系统零部件进行包含尺寸、结构、工艺、功能与参数等方面的定义(2)根据定义进行结构设计与计算，完成3维数模(3)零部件样件试验(4)完成设计图与装配图其中传动系统的要紧设计内容为离合器、变速器、驱动桥，行驶系统的要紧设计内容为悬架设计，转向系统的要紧设计内容为转向器与转向传动机构的设计，制动系统的设计内容包含制动器与ABS的设计。

底盘部分系统3维设计图国内某汽车企业试验场在奇瑞，一个全新的车型的开发，通常有10个节点，P0到P9，通常要45个月。

P0阶段：立项建议书。

纯电动汽车动力系统参数匹配与性能仿真
陶小松;王鹏;陈乐
【期刊名称】《山东交通学院学报》
【年(卷),期】2018(026)004
【摘要】为了对纯电动汽车动力系统总成参数进行合理匹配,提高整车性能,根据整车性能要求设计动力系统布置方案,对动力系统进行参数匹配和选型.利用AMESim 建立电动汽车动力系统模型,仿真分析纯电动汽车的动力性和经济性,并根据仿真结果,适当调整动力系统的模型参数.研究结果表明:在纯电动汽车动力系统匹配时,通过调校传动系统的传动比,可以得到更优的动力系统匹配方案.
【总页数】8页(P7-14)
【作者】陶小松;王鹏;陈乐
【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064
【正文语种】中文
【中图分类】U469.7
【相关文献】
1.纯电动汽车动力系统参数匹配及动力性能仿真 [J], 刘成武;念健
2.纯电动汽车动力驱动系统参数优化设计及性能仿真研究 [J], 吴敏
3.微型纯电动汽车传动系统参数匹配及性能仿真 [J], 张攀;曲金玉;殷允朝
4.纯电动汽车动力驱动系统参数优化设计及性能仿真研究 [J], 吴敏
5.轻度混合动力汽车动力性能仿真及动力系统参数匹配研究 [J], 秦大同;舒红;胡建军;胡明辉
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汽车整车性能仿真与优化研究一、引言随着汽车行业的不断发展，汽车整车性能仿真与优化研究已成为汽车工程技术领域中不可或缺的重要内容之一。

汽车整车性能仿真与优化研究是指基于数学模型和仿真软件，对汽车整车的车体、底盘、动力总成等各部分进行仿真分析，并对仿真结果进行优化，以实现整车性能的提升和优化。

二、汽车整车性能仿真的意义1. 提高汽车整车设计流程效率汽车整车设计是一个复杂的系统工程，传统的设计方法需要通过制作样车和试验验证的方式来进行，时间长、成本高、效率低。

汽车整车性能仿真技术能够通过建立数学模型和使用仿真软件，快速模拟整车行驶过程，以验证设计方案的可行性和优化方案的效果。

通过汽车整车的仿真分析，可以在设计阶段就对汽车整车的性能进行评估和优化，提高设计过程的效率，降低制造成本。

2. 优化汽车整车性能汽车整车的性能是指车辆在各种工况下的运动性能和燃油经济性等指标。

从动力、制动、悬挂、轮胎、转向等方面进行综合优化，可以达到整车性能的最优状态。

使用汽车整车性能仿真技术可以实现对整车性能进行快速有效的分析和优化，提高汽车整车的性能指标，满足汽车用户对性能的需求。

3. 促进汽车产业发展汽车整车性能仿真与优化研究是汽车工程技术发展的重要方向之一，它的发展可以带动汽车相关产业的发展，提升汽车整车行业的竞争力。

汽车整车性能仿真技术不仅可以在整车设计开发阶段应用，还可以用于汽车后期改进、改型和改装等领域，实现全方位的优化和提升。

三、汽车整车性能仿真技术分析整车性能仿真技术主要包括动力学仿真、行驶阻力仿真、制动仿真、悬挂仿真、转向仿真、燃油经济性仿真等方面。

1. 动力学仿真动力学仿真是指对整车动力系和传动系进行仿真分析。

主要研究点包括发动机、变速器、离合器、传动轴、驱动桥等。

通过建立数学模型，计算发动机输出扭矩、变速器挡位传递效率、传动轴传递效率和驱动桥传递效率等参数，以及车辆的加速度、速度和牵引力等指标。

动力学仿真可以评估和优化汽车的动力性和加速性能，减少能量损失，提高燃油经济性。

纯电动汽车动力系统参数匹配选择及计算仿真作者：李宗来源：《汽车世界·车辆工程技术（下）》2019年第07期摘要：现代社会城市化发展快速，城市中的交通负荷越来越中，现代燃油汽车尾气排放所带来的环境污染与噪声污染不容小觑，对城市居民日常生产生活都造成一定影响。

纯电动汽车的出现希望解决这一问题，它所采用的是电机代替传统内燃机系统驱动整车，完全利用电能，基本实现了低噪声、零排放，相比于传统燃油汽车也取消了发动机、排气系统以及冷却系统。

但是它的汽车动力系统设计也相比于燃油汽车更复杂，本文中简单分析了纯电动汽车的系统参数匹配选择与计算仿真过程，希望进一步了解纯电动汽车。

关键词：纯电动汽车;系统参数匹配;驱动系统;计算仿真过程;模型1 纯电动车的基本结构分析纯电动汽车的系统节本构成与传统燃油汽车截然不同，它的最大不同就體现在能源系统与驱动系统上，纯电动汽车的能源系统中包含了动力电池、管理系统，而驱动系统中包括了电机、电机控制器，它们所代替的是燃油车发动机中的控制系统，所以燃油车中的排气、冷却、燃油系统全部被取消。

在典型的纯电动车控制框架中，其整车是存在两条不同回路的，在高压回路中其电池组主要通过高压回路配合电池组对汽车电机控制器进行驱动，为汽车提供电力驱动其行驶。

另外在低回路电池组电压中通过DC/DC变换器实施降压，配合纯电动汽车低压用电器进行供能优化，优化纯电动汽车的辅助系统发挥更好性能。

当然，纯电动车整车的关键还在于对其动力系统参数的合理化匹配与计算仿真优化，下文也将围绕这两点展开论述。

2 纯电动车的动力系统参数匹配分析纯电动车的驱动动力系统中主要包含了电机与电池两部分，它们都需要进行动力系统参数匹配，正确匹配可保证汽车性能升级。

下文主要围绕纯电动车的驱动电机系统动力参数匹配展开分析。

目前比较常见的纯电动车驱动电机包含4种，分别为永磁同步电机、直流电机、交流感应电机以及开关磁阻电机。

对比看来，用词同步电机虽然在电机过热情况下工作效率会大幅度下降，但是它的设计尺寸小、重量轻，比较适合于用于纯电动车的整车布置设计。

时代汽车 纯电动物流车动力系统参数匹配与仿真分析吴智勇湖北新楚风汽车股份有限公司　湖北省随州市　441300摘　要： 以设计一款实用的纯电动物流车为目的，根据车辆的动力性能要求，对车辆动力系统参数进行匹配，运用AVL-Cruise软件搭建整车仿真模型，分析了整车的动力性能和经济性能，验证了匹配设计的正确性。

关键词：纯电动物流车；动力性；经济性；仿真1　引言随着工业化进程的不断发展，环境污染和能源匮乏等问题日趋严峻，传统化石燃料车辆的弊端也在不断显现出来，研发更加节能环保的交通工具是当今汽车行业发展的首要任务。

纯电动汽车相比于传统汽车具有结构简单、无排放污染、噪声低、能量转换效率高等显著优点[1]。

纯电动物流车在纯电动汽车的发展普及过程中具有更明显的优势。

纯电动物流车型通常用于城市内部间的物件派送，对车辆续驶里程的要求不高，且可在夜间闲时进行集中充电，很好地克服了当前纯电动汽车所存在的缺点与不足。

A VL-Cruise软件可以用于传统汽车及新能源汽车的动力系统、传动系统、尾气排放系统的辅助开发以及整车性能的仿真与优化。

2　整车参数和设计要求2.1　纯电动物流车动力系统结构纯电动物流车沿用了传统内燃机车辆的动力系统基本结构，用驱动电机取代内燃机作为车辆的动力源，并配备电机控制器以及适当容量的车载动力电池等，采用后轮驱动的方式，动力系统结构简图如图1所示。

2.2　纯电动物流车整车参数纯电动物流车整车参数及变速器参数如表1、表2所示。

2.3　设计要求所开发的纯电动物流车的性能要求如表3所示。

表1 整车参数表2 变速器参数图1 纯电动物流车动力系统结构简图电池组电动机变速器主减速器差速器控制器3　动力系统参数匹配3.1　驱动电机参数匹配驱动电机作为纯电动汽车的唯一动力来源，它的性能在很大程度上决定了纯电动汽车整车的性能[2]。

因此，驱动电机的合理选择及参数匹配，是纯电动汽车动力系统的研究设计与性能优化的关键因素。

汽车整车开发流程新车型的研发是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3、4年左右的时间才能完成。

不同的汽车企业其汽车的研发流程有所不同，我们下面讲述的是正向开发的量产汽车一般的研发流程。

以满足车友对汽车研发流程的好奇感。

研发流程包括管理、设计、组织等方方面面的辅助流程，本文主要向大家介绍汽车研发中的核心流程，也就是专业的汽车设计开发流程，这一流程的起点为项目立项，终点为量产启动，主要包括5个阶段：一、方案策划阶段一个全新车型的开发需要几亿甚至十几亿的大量资金投入，投资风险非常大，如果不经过周密调查研究与论证，就草率上马新项目，轻则会造成产品先天不足，投产后问题成堆；重则造成产品不符合消费者需求，没有市场竞争力。

因此市场调研和项目可行性分析就成为了新项目至关重要的部分。

通过市场调研对相关的市场信息进行系统的收集、整理、纪录和分析，可以了解和掌握消费者的汽车消费趋势、消费偏好和消费要求的变化，确定顾客对新的汽车产品是否有需求，或者是否有潜在的需求等待开发，然后根据调研数据进行分析研究，总结出科学可靠的市场调研报告，为企业决策者的新车型研发项目计划，提供科学合理的参考与建议。

汽车市场调研包括市场细分、目标市场选择、产品定位等几个方面。

项目可行性分析是在市场调研的基础上进行的，根据市场调研报告生成项目建议书，进一步明确汽车形式（也就是车型确定是微型车还是中高级车）以及市场目标。

可行性分析包括外部的政策法规分析、以及内部的自身资源和研发能力的分析，包括设计、工艺、生产以及成本等方面的内容。

在完成可行性分析后，就可以对新车型的设计目标进行初步的设定，设定的内容包括车辆形式、动力参数、底盘各个总成要求、车身形式及强度要求等。

将初步设定的要求发放给相应的设计部门，各部门确认各个总成部件要求的可行性以后，确认项目设计目标，编制最初版本的产品技术描述说明书，将新车型的一些重要参数和使用性能确定下来。

在方案策划阶段还有确定新车型是否开发相应的变形车，确定变形车的形式以及种类。

电动汽车动力系统匹配设计及性能仿真研究一、本文概述随着全球对环保和可持续发展的日益关注，电动汽车（EV）作为清洁、高效的新能源汽车，正逐渐取代传统的燃油汽车，成为未来汽车工业的重要发展方向。

电动汽车动力系统的匹配设计及其性能仿真研究，是电动汽车研发过程中的关键环节，对于提高电动汽车的整体性能、优化能源利用效率以及推动电动汽车的广泛应用具有重要意义。

本文旨在探讨电动汽车动力系统的匹配设计原则、方法及其性能仿真研究。

我们将概述电动汽车动力系统的基本构成及其关键部件，包括电池、电机、电控等。

随后，我们将深入探讨动力系统的匹配设计，包括电池选型、电机参数匹配、控制系统优化等方面，旨在实现动力系统的最佳性能与效率。

我们还将介绍性能仿真研究的重要性及其应用场景，通过仿真分析，预测和优化动力系统的性能表现。

通过本文的研究，我们期望为电动汽车动力系统的匹配设计与性能仿真提供理论支持和实践指导，推动电动汽车技术的持续发展和广泛应用，为我国的新能源汽车产业做出积极贡献。

二、电动汽车动力系统概述电动汽车（Electric Vehicles，EVs）作为新能源汽车的一种，以其零排放、低噪音、高效能等优点，逐渐成为现代交通领域的研究热点。

电动汽车动力系统是电动汽车的核心组成部分，其性能优劣直接影响到电动汽车的整车性能。

因此，对电动汽车动力系统进行深入研究，实现其高效匹配设计，对于提高电动汽车的性能和推动电动汽车产业的发展具有重要意义。

电动汽车动力系统主要由电池组、电机、控制器以及传动系统等组成。

其中，电池组是动力系统的能源提供者，其性能直接决定了电动汽车的续航里程和动力性能。

电机作为动力转换装置，负责将电能转换为机械能，驱动汽车行驶。

控制器则负责监控和调节电池组和电机的运行状态，实现能量的合理分配和高效利用。

传动系统则负责将电机的动力传递到车轮，驱动汽车行驶。

在电动汽车动力系统的设计中，需要综合考虑各个组成部分的性能特点，实现各部件之间的优化匹配。

纯电动汽车动力系统匹配与性能仿真李军;杨东徽;束海波;王占锐;隗寒冰【摘要】Taking into account the dynamic and economic indicators of pure electric vehicles, the optimized selection of drive motor, power battery and transmission was completed in this paper.Aiming at the contradictory influence on vehicle performance from the capacity and quality of batteries, the power battery selection was optimized considering the energy consumption of different battery quality for driving 200 km under constant speed using eddy current dynamometer, and an interval optimization method was used to design the parameters of the transmission system.In view of the shifting shock influence in two-stage automated mechanical transmission (AMT), a control strategy based on the motor torque control shift was proposed.Carrying the electric vehicle joint simulation model the shift control strategy and performance indicators were analyzed.The results show that power system optimization matching method can satisfy the requirements on low power, low cost, and small transmission shift shock.The shift quality is higher in the process of continuous driving mileage test, which verified the effectiveness of proposed matching program, simulation model and control strategy.%兼顾纯电动汽车动力性与经济性指标,完成驱动电机、动力电池组和变速器的优化选型.然后,围绕电池组容量与质量之间对整车性能影响的矛盾关系,利用电涡流测功机测试不同电池质量等速行驶200 km的能量消耗,对动力电池进行优化选型.最后,采用区间优化设计方法对传动系参数进行优化设计.针对两挡电控机械式自动变速器(AMT)换挡过程中存在换挡冲击的影响,提出一种基于电机转矩控制的换挡策略及搭载电动汽车联合仿真模型,并对换挡控制策略和整车性能指标进行仿真分析.结果表明:动力系统优化匹配方法能很好地满足动力性和经济性行驶要求,续驶里程测试过程中变速器换挡冲击度小,换挡品质较高,验证了匹配方案、仿真模型与控制策略的有效性和准确性.【期刊名称】《华侨大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】7页(P281-287)【关键词】电动汽车;动力系统;匹配优化;控制策略;仿真试验【作者】李军;杨东徽;束海波;王占锐;隗寒冰【作者单位】重庆交通大学机电与车辆工程学院, 重庆 400074;重庆交通大学城市轨道交通车辆系统集成与控制重庆市重点实验室, 重庆 400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院, 重庆 400074;重庆交通大学机电与车辆工程学院, 重庆400074;中国汽车工程研究院股份有限公司, 重庆 401122;重庆交通大学机电与车辆工程学院, 重庆 400074;重庆交通大学城市轨道交通车辆系统集成与控制重庆市重点实验室, 重庆 400074【正文语种】中文【中图分类】U462.3电动汽车仍处于研发调试阶段，影响其推广的瓶颈主要有：研发高能蓄电池、提高驱动系统效率、建造快速充电站等[1-3].动力驱动系统是电动汽车最重要的系统，其匹配选型决定了整车的动力性和经济性[4].国内外众多学者都对纯电动汽车动力驱动系统进行了深入研究与样车试验[5].本文以某企业纯电动汽车研发车型为对象，完成驱动电机、动力电池组、变速器的优化匹配与选型.针对两挡电控机械式自动变速器(AMT)换挡冲击问题,制定一种电机转矩控制策略，对换挡策略、动力性及经济性进行仿真分析,并验证动力系统匹配方案、仿真模型及所设计的控制策略的有效性.驱动电机和动力电池组的选择多样性导致了电动汽车布置方式的多样性[6]，因此，匹配方案的好坏将对电动汽车的整车性能产生重大的影响.整车基本参数及性能指标，如表1，2所示.表1中：m0为整备质量；m为满载质量；A为迎风面积；CD为风阻系数；rd为滚动半径；f为滚阻系数；ηt为传动效率.表2中：t为百公里加速时间；W为新欧洲行驶循环(NEDC)百公里电耗；S为NEDC续驶里程；umax为最高车速；αmax为最大爬坡度；S为60 km·h-1的续驶里程.1.1 电机参数匹配及选型1.1.1 驱动电机功率驱动电机的最高功率需要同时满足最高车速、最大爬坡度及加速时间的要求[7],即式(1)～(3)中：P1～P3分别为最高车速功率要求、最大爬坡度功率要求、加速时间功率要求;ub为加速车速；t为加速时间；αmax为爬坡最大坡度；ua为汽车与空气相对速度，ua取35 km·h-1.最大功率Pmax≥max(P1+P2+P3)，可得Pmax≥80 kW，Pmax取98 kW;驱动电机的额定功率满足额定功率Pe≥90%P1=36.41 kW，Pe取49 kW;电机过载系数λ取2.1.1.2 驱动电机转速和转矩选择电机的峰值转速nmax为9 700 r·min-1;电扩大恒功率区系数β=nmax/nr，取值范围为2～4，取β为2.2；电机额定转速nr≥nmax/3≥3 233.33，取nr为4 400 r·min-1.计算可得峰值转矩Tmax=212.7 N·m，额定转矩Te=106.4 N·m.因此，取电机峰值转矩为213 N·m，额定转矩为107 N·m.根据计算结果，并在分析电机效率、控制精度、调速性能及制动性能的基础上，驱动电机选型为某款永磁同步电机，基本性能参数，如表3所示.表3中：U为电压等级.1.2 动力电池参数匹配及选型综合考虑多种形式锂电池组的安全性能、存储性能及生产成本，选用三元锂离子电池组作为该车的储能装置[8].车辆以等速uele行驶时，电池负载功率为式(4)中:Pbat为电池负载功率；ηcon为电机控制器效率(0.91)；ηbat为电池组放电效率.等速uele条件下，行驶距离S所需能量为电池组放电容量、蓄电池单体放电电流与温度存在一定关系，电池组放电容量和蓄电池需求数量为式(6)中:Cele为电池组放电容量；U0为蓄电池单体电压；ξ(C)为放电过程温度与电流影响因数；Crat为蓄电池单体额定容量.续驶里程随电池组容量增加而增大，但电池容量增加必将导致车辆总质量的增加，从而加大滚动阻力、坡度阻力及加速阻力，导致车辆能耗增大[9].为了更好地研究电池组容量和质量两变量之间的相互矛盾关系，引入荷电状态(SOC)质量比系数，即式(8)中：Mbat为电池组总质量.荷电状态质量比系数越大，表明单位电池组质量所消耗电量越小，越有利于提高电池利用率，节省能耗.通过对蓄电池的计算分析，系数KSM与电池组容量(C)关系曲线,如图1所示.由图1可知：蓄电池SOC质量比系数随电池容量增大而减小，表明电池组容量较大不利于提高电池效率和能量利用率，与纯电动汽车电池组容量越大续驶里程越大的理论存在一定的实际应用冲突.因此，在满足性能指标的前提下，应尽可能地降低电池组容量，即减少电池组质量，从而达到提高电池利用效率的目的.基于底盘测功机，利用电涡流测功机施加阻力力矩，设定相关参数，模拟车辆在实际道路行驶时,不同电池组质量对应的滚动阻力和空气阻力.根据续驶里程目标，测试了车辆以60 km·h-1等速行驶200 km,不同电池组质量所需要的能量(E)，测试结果，如图2所示.图2中：M为电池组质量.由图2可知：考虑到车载附件电量消耗问题，选择电池容量为112 A·h.最终确定储能装置总质量为244 kg，电池标称总电压为342 V，储能装置总电量为38.3 kW·h，单体总数量为2 850个，电池节数为95节.1.3 变速器参数匹配及选型电动汽车传动系统发展趋于两挡或多挡化[10]，多挡变速器可以通过控制传动比使驱动电机位于理想的工作区域，提高整车动力性和经济性[11].文中选用两挡AMT 变速器.最小传动比ig,2根据最高车速确定，此时,电机应达到最高转速；而最大传动比ig,1根据最大爬坡度确定，此时,电机达到最大转矩.传动比约束范围为式(9)～(11)中:Fumax，Tumax为最高车速时的行驶阻力和电机输出转矩;1.43≤ig，2≤5.52;ig，1≥9.01.采用区间优化方法对传动比进行优化设计，确定优化模型的设计变量为Xi=[ig，1 ig，2]，满足约束条件下的区间优化目标数学模型为式(12)中：Qmax为目标函数；Qi为各目标变量对应的区间宽度函数；αi为加权函数；以动力性为约束条件，续驶里程为约束区间函数，即 S(ig，1，ig，2)为不同传动比下的续驶里程；s为目标续驶里程，采用多元微分法进行求解.以最初求解的传动比范围作为初始区间，求区间约束函数的条件极值点，即求得ig，1，ig，2的最大可行域，变速器优化选型结果，如表4所示.1.4 两挡AMT变速器换挡策略两挡AMT变速器在提升整车动力性和经济性时，还存在换挡冲击问题，需要对驱动电机和换挡电机进行协调控制.纯电动汽车整车换挡流程,如图3所示.1.4.1 动力中断换挡时，首先对电机进行卸载，使其处于空载转矩，驱动电机动力输出端至轮胎间动力学和运动学方程可表示为式(13)～(15)中：I为转动惯量矩阵；J1，J2分别为变速器输入轴和输出轴的转动惯量；T1，T2分别为输入轴和输出轴的转矩；TD为地面阻力矩；ω1，ω2分别为输入轴和输出轴的角速度；i0为主减速器传动比；j为换挡冲击度.1.4.2 摘挡与转矩控制 AMT控制器在电机卸载后，给换挡电机发送指令，换挡执行机构在换挡电机驱动下进行摘挡.电机在起步时，工作于恒转矩区；电机在换挡时卸载，无力矩输出；电机在高速时，工作于恒功率区.驾驶员需求功率Preq和需求转矩Treq分别表示为设最大转矩为Tmax，令nth为阈值转速.当n<nth时，Treq=Tmax；当n>nth 时，则按照式(16)计算.1.4.3 换挡同步换挡时，负载转动惯量很大，近似认为车速不变，需对电机进行调速，使同步器转速对应相应挡位.当电机转速在起步后达到n1时，AMT控制器发出换挡命令，此时，车速不变；当变速器输入轴转速在换到2挡时，应降到n2，令换挡前行车速度为式(17)中：n1为电机换挡前转速；n2为电机换挡后转速.电子控制单元在每次换挡计算好同步转速，对电机转速精确控制，以解决换挡动力中断对换挡品质的影响.1.4.4 动力恢复电机控制器在换挡完成后，根据驾驶员需求功率计算好相应需求转矩，随后，转矩信息经控制器局域网络(CAN)发出，对电机由转速状态恢复到转矩状态进行控制.2.1 换挡控制策略仿真运用GT-DRIVE和Matlab/Simulink进行联合仿真，仿真工况为NEDC工况.升挡控制策略程序流程图，如图4所示.截取循环过程中，部分升挡动态过程，如图5所示.由图5可知：车辆换挡过程中存在换挡重叠，换挡时间缩短，升挡所需时间约为1.2 s.整车性能仿真模型，如图6所示.由图6可知：换挡冲击数值很小，驱动电机和换挡电机协调状态良好，设计的基于转矩控制的换挡策略有效降低了驱动电机和变速器转速波动，得到很好的换挡品质.2.2 动力性和经济性仿真分析动力性建立的仿真任务有最高车速、加速时间、爬坡性能.车辆在0～100 km·h-1的加速时间为10.22 s，最高车速为143 km·h-1，最大爬坡度为37%.经济性建立的仿真任务为NEDC和60 km·h-1等速行驶工况的续驶里程.在车辆运行完18个左右循环工况后，SOC接近于0，行驶里程为200 km，工况法的每千米能量消耗率为0.19 kW·h.动力电池模块循环过程中SOC随时间变化关系，如图7所示.由图7可知：在循环工况的运行前期，车速较低，电机工作对功率需求较小，SOC 水平下降缓慢；在循环工况的运行后期，随着行车速度的增大，电机工作对功率需求增加，SOC下降迅速.等速法行驶里程为240 km，60 km·h-1等速法的仿真结果，如图8所示.综合动力性和经济性仿真结果，匹配选型的动力系统关键部件能够满足动力性及经济性指标.为了对设计车辆整车性能进行考核，实车测试采用的是48″交流驱动底盘测功机系统.分别对最高车速、加速时间及NEDC工况续驶里程进行测试，并利用CANoe 软件及CAN数据采集卡记录试验过程中电机运行报文数据，进行报文解析，以验证换挡策略.3.1 动力性能测试在动力性指标中，加速性能对电机功率要求最大，在底盘测功机上，对0～100km·h-1加速过程进行测试[12]，测试时，SOC初始值为70%.最高车速及百公里加速时间(t)在测控系统显示的测试结果，如图9所示.由图9可知：试验值与仿真值的偏差来自电机效率误差与传动效率误差，以及驾驶员在驾驶过程中不能完全按照工况驾驶行驶等多种因素，试验结果与仿真结果基本接近一致.整车的动力性指标、仿真结果和实车测试结果，如表5所示.3.2 续驶里程性能测试根据我国颁布的GB/T 18386-2005《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》中的要求[13]进行经济性测试.续驶里程试验结果，如图10所示.试验过程中，工况法的每千米能量消耗为0.196 kW·h，与仿真结果0.190 kW·h基本一致.车辆能很好地满足工况行驶要求，速度跟随良好，换挡行驶平稳、无冲击，试验全程车辆无故障出现，续驶里程为195 km.根据采集的电机运行报文数据，分析了车辆换挡过程挡位状态、换挡冲击、电机转矩和转速情况，驱动和换挡过程中，电机协调性良好，换挡冲击很小，换挡品质较高.在重庆市西部(垫江)汽车试验场有4辆样车进行可靠性路试试验，通过对行驶车速、电池单体电压、电池温度、电机实际转速和温度等项目进行全面实时监控.车辆平均百公里能耗18.97 kW·h，电池满电状态下续驶里程可达215 km，运行过程中故障出现率小，动力系统各部件运转状况良好.1) 以提高电池能量利用率为目的，提出一种电池容量和质量的优化设计方法，结合电池组质量对车辆能耗影响的试验结果，完成动力电池组优化匹配选型.同时，采用区间优化设计方法对传动系统参数进行优化设计，完成动力系统参数优化与选型.2) 针对两挡AMT变速器换挡冲击问题，提出一种基于转矩控制的换挡控制策略，并搭建了整车性能仿真模型；基于GT-DRIVE和Matlab/Simulink联合仿真平台对换挡控制策略、动力性和经济性进行仿真分析.3) 由综合底盘测功机和重庆西部试验场路试结果可知：该动力系统优化匹配方案达到了整车动力性及经济性设计指标，电池利用率高，换挡策略降低了换挡冲击，提升了换挡品质,能很好地满足实车行驶要求.该系统为电动汽车的研发设计，动力性及经济性的预测分析，以及设计方案的验证提供了一种有效的方法和手段.【相关文献】[1] 邱斌斌，朱绍鹏，马浩军.电动车辆驱动控制系统仿真测试平台设计[J].浙江大学学报(工学版)，2015，49(6):1154-1159.[2] 邢忠义.增程式电动汽车RES系统优化策略仿真分析[J].机械传动，2015，39(4):139-141.[3] 熊璐，陈晨，冯源.基于Carsim/Simulink联合仿真的分布式驱动电动汽车建模[J].系统仿真学报，2014，26(5):1143-1148.[4] 阳洋，王傅忠，黄菊花.增程式电动汽车动力系统仿真匹配分析[J].机械设计与制造，2014(9):58-61.[5] Al-ADSANI A S，JARUSHI A M，SCHOFIELD N.An ICE /HPM generator range extender in a series hybrid electric vehicle[C]∥5th LET Internation al Conference on Power Electronics, Machines and Drives.Brighton:IEEE Press,2010:1-6.[6] HUSAIN L.纯电动及混合动力汽车设计基础[M].林程,译.北京:机械工业出版社，2012:45-47.[7] 姜立标，吴斌，冯骁，等.电动汽车动力性参数的仿真设计与试验验证[J].汽车工程，2011，33(12):1013-1017.[8] 黄学杰.电动汽车与锂离子电池[J].物理,2015,44(1):1-7.[9] 朱曰莹，赵桂范,杨娜，等.电动汽车动力系统参数匹配及优化[J].哈尔滨工业大学学报，2013，45(7):91-92.[10] RAHIMI M M S,BOULET B.Modeling, simulation and control of a seamless two-speed automated transmission for electric vehicles[C]∥American 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