续航|纯电动汽车性能仿真与驱动电机选型分析
来源 | EDC电驱未来
本文从纯电动汽车整车系统角度出发 ， 研究驱动电机的选型 ， 主要通过以下性能的仿真结果作为选型依据：最高车速、最大爬坡度、整车加速时间、续航里程 。 旨在选型出平台化的、可靠性强的纯电动车驱动电机 ， 保证车辆安全平稳的运行的前提下 ， 提高车辆的能量利用率 ， 保证商用车辆经济性 。
1 动力性仿真分析
1.1 最高车速仿真
最高车速是车辆在路况良好、水平的路面上正常行驶达到的最高行驶车速 ， 也是汽车在平坦路面无风条件下 ， 行驶阻力和驱动力平衡时的车速 ， 是汽车动力性的三个评价指标之一 。
最高车速计算公式如下：
本文插图
（1）
nm——电机转速（rpm）；
R——车轮滚动半径（m）；
i0——驱动后桥速比 。
其中 ， 车轮半径和后桥速比是固定的 ， 因此车速与转速成正比 ， 车速随着转速的增加而增加；同时 ， 车速与空气阻力成正比 ， 当车速增大到驱动力与阻力平衡时 ， 此时车辆达到最高车速 。
整车驱动力计算公式如下：
本文插图
（2）
Tq——电机转矩（N·m）；
nT ——传动效率；
滚动摩擦阻力计算公式如下：
（3）
m ——车辆整备质量（kg）；
f ——滚动阻力系数 。
空气阻力计算公式如下：
本文插图
（4）
CD——空气阻力系数；
A——汽车迎风面积（m2） 。
由于车辆在平坦路面无风条件下达到最高车速 ， 因此行驶阻力只考虑空气阻力以及滚动摩擦阻力 ， 故阻力合力计算公式如下：
（5）
根据上述公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)可列出驱动力行驶阻力平衡方程 。
驱动力行驶阻力平衡方程如下：
本文插图
（6）
结合公式(1)、(2)、(5)、(6) ， 后续代入整车参数及电机电控参数（其中电机电控参数使用峰值条件下的数据） ， 可得出整车车速分别与驱动力和行驶阻力相关的曲线 ， 随着车速增加 ， 驱动力逐渐下降 ， 而行驶阻力逐渐增加 ， 利用仿真分析软件可绘制出驱动力-行驶阻力平衡图进行最高车速仿真 。
1.2 最大爬坡度仿真
纯电动汽车爬坡度 ， 是在良好路面上克服的最大爬坡度 。 爬坡度是以坡脚的正切值 ， 即坡道高度与坡道水平长度的比值的百分数来表示 。
爬坡度计算公式如下：
本文插图
（7）
将公式(1)、(2)、(2)代入到爬坡度计算公式(7) ， 即可得到整车爬坡车速与爬坡度的关系 ， 车辆以越高的车速爬坡的时候 ， 车辆爬坡度越低 。 利用仿真分析软件 ， 可绘制出爬坡度曲线图进行最大爬坡度计算 。
1.3 加速时间仿真
加速时间即汽车由车速为0km/h加速到某一车速的最短时间 。 对于手动挡的车辆 ， 加速时间表示从第一挡起步 ， 用最大加速度逐步换至高挡后 ， 到某一车速所需的最短时间 。 由于该纯电动商用车车型只有D档/N档/R档 ， 所以前进过程中不存在换挡操作 ， 只要油门踏板踩满以最大进行加速即可 。
车辆加速度公式如下：
本文插图
（8）
Q——旋转质量转换系数 。
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