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恶龙军团优等生1:增程式电动环卫车性能仿真研究

时间: 2018-11-28阅读:

摘 要: 该文以增程式电动环卫车为研究对象,以整车基本参数及性能设计目标为限制条件,运用汽车理论相关知识对驱动电机、动力电池和增程器等关键部件的功率进行匹配计算。利用Advisor仿真软件建立关键部件模型,并采用NEDC循环工况进行模拟仿真。仿真结果表明,在满足动力性和燃油经济性的基础上,最高时速可达87 km/h,0~50 km/h加速时间小于15 s,电动环卫车能保持在最佳效率区域运行,且满足续驶里程的设计需求。

关键词: 增程式电动环卫车; 参数匹配; 控制策略; 系统优化; Advisor; 续驶里程

中图分类号: TN830.1?34; TP202+.1 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2018)12?0111?04

Abstract: The extended?range electric sanitation vehicle is studied in this paper. Taking the fundamental parameters of the whole vehicle and the performance design objective as the constraint conditions, the power matching calculations are performed for the key components such as the drive motor, power battery, and range extender by using the related knowledge of automobile theory. The Advisor simulation software is used to build the models of key components. The NEDC cyclic working condition is used to perform analog simulation. The simulation results show that on the basis of meeting the dynamic and fuel economy requirements, the maximum speed of the electric sanitation vehicle reaches 87 km/h, and the acceleration time of 0~50 km/h is less than 15 seconds; the electric sanitation vehicle can keep operation in the best efficiency zone and meet the design requirement of endurance mileage.

Keywords: extended?range electric sanitation vehicle; parameter matching; control strategy; system optimization; Advisor; endurance mileage

0 引 言

近两年来,新能源汽车在各方的努力下迎来了发展的春天,自2014年开始新能源产业更是在一系列利好政策的刺激下迎来了爆发式的增长。增程式电动汽车作为一种可增加续驶里程同时又可降低电动汽车对动力电池依赖性的新车型进入到了大众的视野。增程式电动汽车同时具备车载动力电池组和增程器,其中发动机并不直接参与驱动,只是用来带动发电机发电,及时为动力电池组补充电量,使动力电池组的电池的荷电状态(State Of Charge,SOC)值维持在一个安全范围,同时又能增加续驶里程,解决纯电动汽车的里程焦虑问题。

1 动力系统选型及设计要求

1.1 增程式电动汽车的基本构型

增程式电动汽车的基本结构简单,与纯电动汽车相比,只是增加了增程器模块,所以结构上与纯电动车基本一致,如图1所示。

由图1可知,动力电池组与驱动电机之间、增程器与驱动电机之间、增程器与动力电池组之间都是电能传递,而驱动电机与车轮以及传动系统之间都是通过机械连接来传递能量的。针对动力系统中各部件的运行状态,适时选择最佳的运行模式:纯电动模式或者增程模式。

根据日常工作的需求,增程式电动环卫车的动力性能指标设计为,最高时速不低于80 km/h,加速到50 km/h的时间不超过15 s,纯电动模式续驶里程为70 km,增程模式续驶里程为230 km,低速时最大爬坡度为0.2。

2 动力系统关键部件参数匹配

2.1 驱动电机参数匹配

增程式电动环卫车的特点是车辆行驶的驱动力全部来源于驱动电机,可见驱动电机参数的确定对整车动力性的影响很大,首先应对驱动电机进行参数匹配[1?3]。驱动电机的主要参数包括峰值功率、额定功率、峰值转矩及最高转速[4]。

驱动电机转速与汽车行驶速度之间的关系为:

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3 关键部件性能仿真及分析

3.1 控制策略的选择

为了尽可能使车辆处于纯电动模式运行状态,充分发挥发动机的高效区,这里选择恒温器策略[7]。其基本思想是依据动力电池的SOC控制发动机的工作状态[8?9],当动力电池组的SOC值低于设定的下限值SOClow时,增程器启动发电,其中发动机按照恒功率輸出,工作在发动机的最高效率点或最佳排放点[10]。实际设计中,将动力电池组的使用范围定为30%~80%,该控制策略的最大优势是发动机一直处于最佳工作状态,工作效率及排放性能非常好。

3.2 整车性能仿真分析

采用Advisor仿真软件对整车的性能进行仿真验证,选择NEDC循环工况,结果如图2所示。

由图2可知,当动力电池组的电量充足时(SOC>30%),发动机处于关闭状态,此时车辆处于纯电动运行模式;一旦动力电池组的荷电状态到达临界状态(SOC≤30%),发动机立即启动,并以恒功率输出,工作在最佳工作点处,为动力电池组补充电量,此时车辆处于增程式工作模式。

3.3 动力性仿真分析

车辆的动力性能主要由汽车的最高车速、最大爬坡度等指标来衡量。整车的最高车速为80 km/h,仿真时采用的是0~50 km/h来仿真加速性能[11],仿真结果如图3所示。

图3中由上到下四条曲线分别为:车速跟随曲线、动力电池组SOC变化曲线、动力电池组输出功率曲线、发动机扭矩输出曲线。结果表明,车辆可达到的最高车速为87.5 km/h,0~50 km/h的加速时间为13.7 s。

3.4 经济性仿真分析

这里仍然采用NEDC循环工况进行有关经济性仿真,仿真结果表明,增程式电动环卫车的百公里燃油消耗为6 L。纯电动模式运行下的续驶里程如图4所示。

由图4可知,车辆运行2 h左右(7 279 s),动力电池组的SOC降为28.23%,车辆进入增程式运行模式,此时续驶里程为64.64 km,与整车设计目标70 km的纯电动续驶里程基本吻合。

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4 结 语

以增程式电动环卫车为研究对象,本文通过对动力系统的关键部件进行参数匹配,利用仿真软件Advisor对整车的性能进行仿真。通过仿真结果与设计目标进行对比分析发现,车辆的最高车速、最大爬坡度、加速时间以及纯电动模式下的续驶里程均可满足设计要求,验证了参数匹配的正确性,为后续的增程式电动环卫车的开发提供了理论依据与支持。

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