新能源汽车传动系统参数优化

新能源汽车传动系统参数优化

王偲韡

上海大学

摘要： 针对目新能源汽车在市场用使用越来越多, 结合作者近10年的新能源汽车行业经验,通过进行分析，发现新能源汽车续航里程是个短板。本文基于GT-drive软件对新能源汽车整车系统模型进行建模，用Abaqus与GT-drive联合仿真建立模型并进行优化计算对新能源汽车传动系统参数进行优化, 从而提升新能源汽车续航里程。

关键词：新能源汽车;GT-drive; 联合仿真; 参数优化

20世纪末期,随着全球石油资源日趋枯竭,大气环境污染日益严重,以及温室效应凸显的态势,对人类社会与经济的可持续发展带来了不容忽视的影响[l].。但是新能汽车的续驶里程是制约电动汽车发展的重要因素，其中传系统参数的匹配与优化成为了开发高指标电动汽车，提升新能源汽车的主要研究课题。

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2. 新能源汽车传动参数匹配与设计

新能源电动汽车动力总成与传统汽车有所区别，电机系统替换发动机系统作为动力来源[2]，因此对新能源汽车匹配的参数主要有：驱动电机的性能参数，传动系的参数，动力电池的参数。为了设计出符合性能要求的新能源汽车，必须通过整车性能要求对汽车的动力系统进行匹配计算[3]。新能源车整车整备质量为1060Kg，满载质量为1360 Kg，迎风面积为2.04 m²，空气阻力系数0.34，滚动阻力系数0.017，传动系效率0.9，轮胎半径0.275m，轴距2.33m，质心距前轴距离1.03m，质心距后轴距离1.3m，前后轮距1.36/1.356m，常规车速30Km/h；从动力性能角度看，最高车速120Km，0-50 Km加速时间7s，最大爬坡度C30为13Km/h，从经济型角度看，能量消耗率13Kwh/lOOKm，市区工况续航里程2100Km，

2基于GT-drive软件建立整车仿真模型

上一章我们确定了新能源汽车整车参数及性能指标，运用基础平台GT-drive软件的一般步骤，对新能汽车中的动力传动系统和动力电池以及驱动电机进行建模。GT-DRIVE是美国GAMMA Technical公司开发的汽车仿真分析软件，软件综合了一些研究行驶性能、油耗及排放性能优秀软件的特点，评价车辆在各种行驶工况下的加速性能，最大车速，摩擦阻力系数，爬坡能力等等。利用软件的各种模块，可以建立各种形式的汽车模型，并能进行快速的模拟计算[4]。

基于GT-DRIVE软件建立车辆模型运行仿真的一般流程可用图表示：

启动项目

在建模窗口中建立模型

输入NDF文件

建立连接

建立计算任务

运行计算

图2-l GT-DRIVE计算一般流程

GT-DRIVE软件可以建立多种计算任务，包括：汽车循环行驶工况、爬坡性能稳定性分析、稳态行驶性能分析、加速能力计算、最大牵引力计算、道路行驶工况计算、制动性能分析。可以计算所建立模型的燃油经济性，加速能力、爬坡能力、最高车速等动力性能等。

在GT-DRIVE模型窗口建立模型的一般步骤分为：

(1) 从模型库中拖拽出搭建车辆模型的基本模块，依据设计要求布置车辆结构。根据软件连接原则，首先进行机械连接、电器连接，然后是信号连接，并在相应的模块中输入相关数据。

根据仿真要求建立计算任务，在相应的后处理校块中进行查询。

3新能源汽车动力系统参数仿真优化

本文基于GT-drive建立整车仿真模型，利用Abaqus提供的强大的用户界面，建立整车联合仿真模型示意图如下。

计算模块

约束模块

Abaqus模型数据

图3-1联合仿真模型

Abaqus建立模型经过过程集成，参数化描述，运行结果的自动评价和运行过程的自动化等输出最优解。过程集成，Abaqus是一个开放的集成平台，通过Abaqus的集成界面，可以方便的将几乎所有的商业软件集成在一起；参数化可以表征设计变量（设计中可以改变输入参数），约束（设置有约束范围的输出参数），目标变量（表征优化目标的输出参数），在整个优化过程中，每一个设计方案都是用参数来表征的；评价和运行自动化，产品设计中的瓶颈之一就是选择设计可选方案并作出相应调整，以执行这些可选方案的反复过程。Abaqus作为一个智能系统，通过软件内部的搜索算法与规则工具可以自动的找到最优设计点，并实现搜索过程的自动化，同时过程中的变量还可以进行监控，以便对定义的计划进行修改。具体运行原理图如下3-2：

Abaqus参数化模型

参数化输入

流程驱动自动化

多学科、多目标优化算法

参数化输出最佳设计

图3-2 Abaqus运行原理

通过优化优化前后整车的性能对比如下表3-3所示。

(1)从仿真结果看，虽然加速性能，最大爬坡度有所下降，但最高车速比优化前有所提高，并且优化后的动力性指标满足设计要求。

(2)另一方面，优化后电机效率比优化前明显提高，因此降低了能量消耗率，在丧失一定动力性的前提下，提高了经济性，使此型纯电动汽车经济性方面满足了设计要求。提升了新能源汽车的整体性能和续航里程。

4 结 束 语

我国新能源汽车产业技术水平显著提升、产业体系日趋完善、企业竞争力大幅增强，产销量、保有量连续四年居世界首位，电动化跻身世界前列，网联化、智能化发展势头强劲，共享化应用市场孕育兴起，产业进入叠加交汇、融合发展新阶段。与此同时，我国新能源汽车也面临市场竞争日益加剧、发展动力亟待转换、核心技术供给不足、产业生态尚不健全等新形势、新问题。必须抢抓战略机遇，巩固良好势头，充分发挥基础设施、信息通信等领域优势，不断提升产业核心竞争力，推动新能源汽车产业高质量可持续发展。

参考文献：

[1]王加雪.双电机混合动力系统参数匹配与协调控制研究[D].吉林大学，2011.1-7.

[2]倪光正，倪培宏，熊素铭.现代电动汽车、混合动力电汽动车和燃料电池车[M].北京机械工业出版社，2010.1-99

[3] 纯电动汽车续驶里程计算研究[J]. 李雷,高鹏,吴广.汽车电器.2018(12)

[4] 国内外新能源汽车技术发展现状与趋势[J]. 侯福深.重型汽车.2016(04)