基于cruise的纯电动垃圾车底盘动力参数匹配与仿真

基于cruise的纯电动垃圾车底盘动力参数匹配与仿真

孙国保1路阳2

徐州徐工汽车制造有限公司   江苏 徐州221116

[摘要]：根据某款纯电动垃圾车底盘的技术参数要求，进行底盘驱动电机和动力电池匹配，利用AVL CRUISE软件对该车动力性与经济性进行仿真分析。

［关键词］纯电动垃圾车底盘；动力匹配；仿真

Cruise软件是奥地利AVL公司开发的用于研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能的高级仿真分析软件[1]，是快速、便捷、高效的车辆动力学仿真工具。该软件真实再现了车辆的传动系模型，可用于车辆开发过程中的动力传动系的匹配、车辆性能预测等等，可以节省大量的时间，使模型过程简单化[2]。

纯电动垃圾车主要用于各种生活垃圾的收集和转运，主要在城市市区道路内行驶，行驶路况较好，对行驶速度和整车动力性要求较低。

1 底盘技术参数确定

本文设计的纯电动环卫底盘主要用于改装垃圾收集转运类车辆，根据垃圾收集类环卫上装的承载、安装布置、动力性能、续航要求等确定整车的参数和设计目标如表1及表2所示。

表1 整车基本参数

表2 性能参数指标

2 动力系统参数确定

2.1电机功率确定

当纯电动垃圾车底盘满载以最高车速≥80km/h在良好路面行驶时，忽略加速阻力、风阻力，则电机所需功率Pm1应满足[3]：

式中g为重力加速度，取9.8m/s2，代入上述参数后计算得Pm1≥46.3kW。

当纯电动垃圾车底盘满载以恒定车速匀速行驶在最大爬坡度道路上时，电机所需功率Pm2应满足：

式中为取10km/h，为最大爬坡度20%对应的角度11.31°，代入上述参数后计算得Pm2≥52.91kW。

当纯电动垃圾车底盘满载加速性能满足0-50km/h加速时间≤12s时，电机所需功率Pm3应满足：

式中为加速末速度50km/h，代入上述参数后计算得Pm3≥99.55kW。

电机峰值功率Pm必须同时满足的条件：

Pm≥[Pm1，Pm1，Pm3][4][5]，故取pm≥99.55kW。

2.2电机最大转速的确定

根据车辆的最高车速计算电机的最大转速：

为传动系最小传动比

2.3电机峰值转矩确定

按照最大爬坡度≥20%，时速10km/h计算所需电机峰值转矩：

为传动系最大传动比

最终确定电机参数如表3所示

2.4传动系最小传动比imin

纯电动汽车的最小传动比要满足汽车的最高行驶车速条件和电机的最高转速条件。

代入上述参数后计算得imin≤8.25。

2.5传动系最大传动比imax

纯电动汽车的最大传动比要满足汽车的最大爬坡度的要求。

代入上述参数后计算得imax≥20.57。

2.6变速箱速比确定

由传动系的速比范围可得，变速箱最高档速比ibmin需满足：

=1.34

变速箱最低档速比ibmax需满足：

=3.34

最终确定采用四档AMT变速箱，各档速比如表4所示

2.7电池组参数的确定

锂电池有能量密度高、使用寿命长、安全性好、可快速充电等优点，通过对比国内外各种锂离子电池的发展情况、国家相关产业政策、商品化、性能、安全性、一致性等综合因素，采用国内主流的磷酸铁锂动力电池。

按照等速40km/h续驶里程S40≥250km，计算所需电量。汽车满载以40km/h等速行驶所需的驱动力为：

代入以上参数可得=1036.6N

电池组总电量为

带入以上参数可得W≥90.69kWh。

最终确定选用的电池组参数如表5所示

3  CRUISE中的建模与仿真

CRUISE软件采用图像化界面， 各子系统的模块化设计及子模块的参数化输入非常简单， 采用模块拖拽式建模方法， 可以方便地按照用户需求搭建所需模型。

3.1整车结构和子系统模块选择

在CRUISE2015中，按照图1中的系统架构进行模块选择，将车辆、动力电池、驱动电机、变速箱、差速器、制动器、轮胎和驾驶员等模块拖入工作区，建立模型，并输入各系统参数，如图1所示。

图1 整车仿真模型

3.2仿真结果与分析

由图2 至图6 所示，通过cruise仿真分析得到最高车速为107km/h，最大爬坡度24.68%，等速40km/h续驶里程为295.2km，工况法按照中国货车（GVW＞5500kg）行驶工况（CHTC-HT）进行仿真模拟[6]，得到的续航里程为173.7km，0—50km/h加速时间为11.4s，均达到预期参数目标。

图2 最高车速

图3 最大爬坡度

图4等速40km/h续驶里程

图5 CHTC-HT工况法续驶里程

图6 0—50km/h加速时间

4结语

本文针对某专用车厂家提出的环卫垃圾车底盘设计需求，对该车的动力系统完成匹配设计，根据设计要求，完成纯电动汽车的电机、变速箱、电池组的参数选择，最后通过 AVL Cruise 软件对该车的动力性和经济型进行模拟仿真。仿真结果表明，所选择的动力系统参数满足了预期设计要求。

参考文献：

[1]张新磊电动汽车总体设计及性能仿真优化[D]．哈尔滨：啥尔滨工业大学汽车工程学院，2010．

[2] 刘松灵，顾力强．基于Cruise的混合动力汽车传动系统建横与仿真分析[J]．传动技术，2008，22(4)：21-45.

［3］陈清泉． 现代电动汽车技术［ M］ . 北京： 北京理工大学出版社， 2002．

[4]刘灵芝，张炳力，汤仁礼．某型纯电动汽车动力系统参数匹配研究[J]．合肥工业大学学报，2007，30(5)：591-593．

[5]姜辉．电动汽车传动系统匹配及优化[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学汽车工程学院，2006．

[6] 中华人民共和国国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会. 中国汽车行驶工况 第2部分：重型商用车辆：GB/T 38146.2—2019［S］. 北京：中国标准出版社，2019.