汽车实用技术 ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２０ｌ ２年第６期 ２Ｏ１２ Ｎ０．６ 基于Ｃｒｕｉｓｅ对某电动车的整车性能仿真 史小航，苏铁熊，孙涛 （中北大学，山西太原０３００５１） 摘要：随着汽车行业的发展，汽车带来的环境污染、能源短缺及资源枯竭等方面的问题越来越突 出。开发和研究电动汽车已经成为了各国可持续发展的有效途径。汽车仿真技术是当前汽车研发 的重要手段，本文运用Ｃｒｕｉｓｅ软件对某电动车的动力性和经济性能进行仿真分析，从而在电动车 产品开发初期节约大量的成本，还降低了劳动强度，缩短了开发周期，提高了工作效率。 关键词：Ｃｒｕｉｓｅ；电动车；整车性能；仿真 中图分类号： Ｕ４６２．３＋１。Ｕ４６２．３＋４； 文献标识码： Ａ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｒｕｉｓｅ Ｓｈｉ Ｘｉａｏｈａｎｇ，Ｓｕ Ｔｉｅｘｉｏｎｇ，Ｓｕｎ Ｔａｏ （Ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｉｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，ｓｈａｎｘｉ Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５ １） Ａｂｓｔｒａｃｔ：、］ｌ，ｉｔＩｌ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｂｒｉｎｇ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｈｏｒｔａｇｅ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｘｈａｕｓｔｉｏｎ，ｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｂｅｃｏｍｅ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｅｔｒｉｏｕｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｙ ｏｆ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆａｌｌ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．Ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｍｅａｔｎｓ ｏｆ ｖｅｈｉｃｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｕｓｅ ｔｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｃｒｕｉｓｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎａｌａｙｓｉｓ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｈｕｓ ｔｗｉｌｌ ｓａｖｅ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｓｔ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｃｙｃｌｅ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｗｏｒｋ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ． ＣＬＣ Ｎｏ．： Ｕ４６２．３＋１，Ｕ４６２．３＋４：Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｃｏｄｅ： Ａ 前言 ＣＲＵＩＳＥ是奥地利李斯特内燃机及测试设备公 司开发的研究汽车动力性、燃油经济性、排放性能 及制动性能的仿真分析软件，它采用模块化的设计 系统、传动系统及控制系统的开发与优化方面比较 先进。 １、电动汽车介绍 近年来随着环境污染严重以及石油供应危机等 方法，可以对任意结构形式的汽车传动系统进行建 问题的出现，能源问题和环境污染已成为以内燃机 模和仿真。ＣＲＵＩＳＥ可用于汽车开发过程中的动力 为动力的燃油汽车所面临的两大突出问题，节约能 系统的匹配、汽车性能预测和整车仿真计算，可以 源与开发替代能源，被认为是缓解环境污染、保障 进行发动机、变速器、轮胎的选型及它们与车辆的 能源供给的有效方法，开发代用燃料和电动汽车， 匹配优化，特别在混合动力汽车和电动汽车的动力 是解决环境问题的重要手段之一，丰田Ｐｒｉｕｓ，ｙａｒｉｓ、 作者简介：史小航，中北大学硕士研究生，研究方向为汽车 比亚迪Ｆ３ＤＭ等混合动力车型，均引起了较大市 设计． ２０１２年第６期 史小航等：基于Ｃｒｕｉｓｅ对某电动车的整车性能仿真 ８ｌ 场反响。 放电电流参数等。 以上参数的收集是我们在Ｃｒｕｉｓｅ中建立纯电 动力性、经济性是评价车辆性能的重要指标， 也是产品开发过程中需要重点考虑的内容。通常汽 动车模型过程中最重要的，也是最困难的工作，经 车的动力性、经济性的评价是在汽车研制过程中由 常需要花费大量的精力并进行大量的试验才能获 实车进行道路试验和台架试验后得出的。电动汽车 的。此电动车的主要零部件参数如表１所示：的动力性和经济性在很大程度上取决于电机和整车 动力系统的匹配是否合理。电机与动力系统的匹配 方案可能有很多种，如果每款方案都经过实车试验， 参数 表１ 整车及主要零部件参数 数值 满载总质量／ｋｇ １６２０ 会增加开发费用，延长设计周期。因此，在产品开发 设计初级阶段即没有试验样车的情况下，可以利用 Ｃｒｕｉｓｅ软件对整车动力性和经济性进行仿真分析， 这是提升产品竞争力的关键环节。 ２、模型的建立 纯电动汽车的建模和动力总成系统的选择，对 于整车系统的建立是非常重要的．电动汽车的运行 性能主要由动力总成系统来决定．电动汽车动力总 成系统的组成部分主要包括电池、电机、离合器、 变速箱、减速器以及车轮．本文设计的纯电动车模 型和动力总成系统如图１所示： ——机械建馁 一一一电气连接 离 区 Ｈ 臣 ｌ 功率转换 卜一一一一 图１ 整车模型和动力系统 我们认为要想建立一个比较有参考价值的 Ｃｒｕｉｓｅ模型，必须尽量满足模型中的各子系统参数 输入，特别是一些关键的参数输入，就纯电动车来 讲，我们觉得以下参数是对纯电动车性能计算至关 重要的： （１）整车参数一包括整车尺寸、重量、迎风面 积、迎风阻力系数和轮胎的摩擦滚动阻力系数（阻 力系数可以通过阻力模型进行滑行试验得到）。 （２）电机参数一包括电机额定功率下和峰值功 率下的外特性曲线、额定功率和峰值功率下的效率 特性曲线、不同电压的效率曲线、外特性曲线等。 （３）电池参数一包括电池单体的电压、容量， 不同温度下的充放电和内阻的特性曲线、电池最大 轴距／ｍｍ ２５００ 迎风面Ｏ４ｍｚ ２．５９３ 空气阻力系数Ｃ。 ０．４５６ 车轮静态半径ｒｓ／ｍｍ ２７９ 车轮动态半径ｒｄ／ｍｍ ２９２ 滚动阻力系数ｆ 随车速变化 主减速器速比ｉｏ ６．６ 根据整车的参数在Ｃｒｕｉｓｅ软件中建立整车模型 如图２所示： 图２ ３、理论计算整车的动力性和经济性 汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高 低在很大程度上取决于汽车的动力性，所以动力性 是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。汽车的 动力性主要可由三方面的指标来评定，即： １）汽车的最高车速 ２）汽车的加速时间 ３）汽车的最大爬坡度 在保证动力性的前提下，尽量降低汽车的燃油 经济性，可以降低汽车的使用费用。在电动汽车中 汽车的经济性可以通过汽车的百公里电量消耗或者 同等电量的电动汽车的续驶里程来体现。 ８２ 汽车实用技术 ２０１２年第６期 ３．１最高车速由电机额定功率和转速决定的 Ｅ（Ｋｗ／ｈ），整车在４０Ｋｍ／ｈ负载稳定行驶输出功率 为Ｐ４０（Ｋｗ），由能量平衡可得下方程式： Ｅ Ｔ１Ｔ Ｔ１ｅ １１ｂ＝Ｐ４ｏ￣（Ｄ／４０） ＰⅣ＝ １×（ｍｘｇｘ／＋ 式中：ＰＮ一电机额定功率，ＫＷ； ） 则续驶里程为： Ｄ： ４０×？７ｒ×叩 × ６ ｑｒ—传动系效率；传动系效率０．９０￣０．９２ ｍ～最大车重，ｋｇ， ｆ＿滚动摩擦系数：良好沥青路面０．０１０ －０．０１８，一般沥青与水泥路面０．０１８～ ４、仿真及结果分析 ０．０２０ ｃｄ－＿一风阻系数；货车Ｃｄ＝Ｏ．６～１．０轿车 是０．３～０．４１ Ａ＿一车辆迎风面积，ｍ；（前轮距 高度） Ｕ 最高车速，ｋｍ／ｈ。 电机额定转速 ＺＰ‘ｌｏ‘ Ⅳ ０．３７７・ 式中： 一电机额定转速，ｒ／ｍｉｎ；ｌｇ－－￣ｇｚ 比： ｉｏ＿＿一主减速比； 一常规车速，ｋｍ／ｈ； ｒ滚动车轮半径，ｍ。 ３＿２最大爬坡度由电机的低速转矩决定 车辆驱动力与电机输出轴转矩关系式： ： ：！ ｌｇ‘ｌｏ。ｒ／ 假定以匀速爬坡，车辆所受阻力项中没有加速 阻力，则所需电机驱动力为： Ｆｔ：Ｆｆ Ｊｒ Ｆｗ＋Ｆｉ 式中：Ｆ广电动汽车驱动力，此时也即为车辆所 受的阻力： Ｆ厂电动汽车行驶时的滚动阻力， Ｆｆ＝ｍ・ｇ・ｆ・ＣＯＳ Ｑ（ｄ为坡道角度值）； Ｆ 电动汽车行驶时的空气阻力， ・Ａ・ — ｗ ２１．１５ Ｆ广一电动汽车行驶时的坡道阻力， Ｆｉ＝ｍ・ｇ。ｓｉｎ Ｑ。 从而可以求出车的最大爬坡度。 ３．３电动汽车的续驶里程可以根据汽车中电池容量 来决定续驶里程值Ｄ（Ｋｍ），整车形式传动效率１１Ｔ， 电机工作效率Ｔ１ｅ，电池放电效率ｎｂ，电池组总容量 根据纯电动汽车仿真的要求，选择和编辑相应 的任务及工况，设置合适的仿真步长和精度进行仿 真计算． （１）计算续驶里程或者跑工况的百公里电量消 耗在任务Ｃｙｃｌｅ Ｒｕｎ中仿真。 （２）在任务Ｃｌｉｍｂｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ中仿真最大 爬坡度。 （３）在任务Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｄｒｉｖｅ中仿真最高速度。 运行ＣＲＵＩＳＥ，得到仿真结果如下所述： ａ．爬坡性能． 根据ＣＲＵＩＳＥ软件ｒｅｓｕｌｔ的报告，可以得到最 大爬坡度的确切值为２５．８％车速为１０．００ ｋｒｎ／ｈ：电机 转速，５９９．５４ｒ／ｍｉｎ。由仿真结果的电动车各速度下 爬坡能力如图７所示。 ‘ ＣＥ醵嘎ＣｒＥＲＩＳＴＩＣ ｎ＾ｒＡ ２ Ｏ －ｈ ∞ｒｂ Ｗｅｉｑｈ￣ （ ＞：１２５０，０ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍａｓｓ （ｋｄ＞： １６２０ ０ Ｆｒｏｎｔａｌ鱼ｒｅ＾ 姐２＞： ２，５９３ １８０ ０ ｛ ￡ＥⅪ ｎｕｇ∞ａ口ｂｉｎｔＣｅｒｏ ｅＤｏｉｆｆｓ ｉｐＣｃｌｙｉａｌｅｃｉｅｎｍ￣ （ｅｎｒｕｓ ＜ （１一＞，：０：０００Ｏ０．。 ０４０５０Ｏ６０ ・ 特０ ‘｜ ｄｃｙ８ｎｃ． 。Ｒｏｌｌｉｎｇ￣ ＲＰａｄｉｕｓｓ＜ ｃ日ｍ＞ｌ ： ２７９９２ ．０ 蔼经０ ｌ Ｓｌｉｐ：０ｆｆ ， 羔 ｅ０ ８ ０ ＼ ３。 ＼ ０ ＼ …。 。 。 。 。 ’ 。 。 ’ 。 ’”。 嘲图７各速度下的爬坡能力曲线 ｂ．最高车速 根据ＣＲＵＩＳＥ软件ｒｅｓｕｌｔ的报告，可以得到最 高车速的确切值为１２１ｋｍ／ｈ；电机转速为７２５４．６３ ｒ／ ｍｉｎ。并通过对速度加速度的仿真结果分析，可以 得到此电动车的加速能力。由仿真结果得到汽车的 ２０１２年第６期 史小航等：基于Ｃｒｕｉｓｅ对某电动车的整车性能仿真 ８３ 速度、加速度、位移与时间之间的关系如图８所示。棚Ｅ蠢力 Ｃ ｃ豫ＡＩ盯托｝雎Ｔ ‘ 口’： １２５０ ０ Ｄ１’ｐ１一… ｔ ’０ＱＯ０．００００ ｃＬｌｒｂ ｗｅｌｑｈ￣ ８．４７ｋｗｈ，电动车的续驶里程约为１５６ ｋｍ。电池的 ＳＯＣ、电流和电压随时间的变化曲线如图９所示。 ｌ ＩＬ ｃ ＲｊｌｓＥ ５、结束语 １６２０ ０ ２．５，３ Ｖｇｈ￣ｃｌｏ Ｍ…Ｆ… ｔｋｑ’：‘＿２ ： ｄｙｎ． 口１１ Ｒ ｄ一ｉ ２，２ Ｏ １＾ｒ●● Ｍ口ｄ－，Ｓ１眦ｌ－ｔｉ帆ＤＨ口ｃＤ．ｆ±１ ｉ…一’： Ｏ ｔｓ６ ｓ１ｉｐ ｏｆｆ 运用ＣＲＵＩＳＥ软件对某电动车的建模和仿真， ４∞。。 ㈣船。 ｝｝ ２∞。 ， ‘ ｇ。ｅ ｛∞。 ，特。 通过续驶里程和百公里电量消耗得到整车的经济性 ２ｅ∞。 指标，通过最大速度，加速度及最大爬坡度得到整 车的动力性指标。仿真结果与理论计算值吻合，从 而验证了ＣＲＵＩＳＥ仿真电动车动力性能及经济性能 的可行性．。通过本文的仿真和分析，为电动车的参数 选择以及结构优化提供了参考．为以后电动车产品 开发过程中运用Ｃｒｕｉｓｅ软件对某电动车的动力性和 Ｓ 百｛ ，啦韩∞。 等 。；∞。 互ｌｇ ＾ 。 。 。 。 。 ’ 。 ’ 。’ 。 图８速度、加速度、位移与时间之间的关系曲线 Ｃ．续驶里程． 经济性能进行仿真分析，从而在电动车产品开发初 期节约大量的成本，提高了工作效率，提供了依据。 参考文献 ［１】王锐，何洪文．基于Ｃｒｕｉｓｅ的整车动力性能仿真分析．车辆 与动力技术．２００９（２、 ［２】王少凯．基于Ｃｒｕｉｓｅ软件的纯电动城市客车的建模与仿真 客车技术与研究．２０１１（２） 【３］赵海峰．基于ＣＲＵＩＳＥ软件的ＡＭＴ车辆性能仿真分析与 建立一个４０ ｋｍ／ｈ匀速行驶工况，通过对电池 所需要的电量值．运行这个任务，得到纯电动车的 当电动汽车以４０ｋｉｎ／ｈ行驶１００ｋｍ后，能量消耗为 实验研究：［学位论文】．重庆：重庆大学，２００５ ＳＯＣ的变化对应的时间来得到纯电动车的续驶里程 ［４】王保华，罗永革．基于ＣＲＵＩＳＥ的汽车建模与仿真．湖北汽 车工业学院学报．２００５，１９（２） ＳＯＣ变化图．考虑到电池的输出效率为８５％。得到 ［５张红，５］郑泽亮，罗成，李旭．基于ＣＲＵＩＳＥ的重型车动力性经 济性仿真分析与优化．农业装备与车辆工程．２０１ １（１２１ ７月成品油价或恢复２０１ ０年水平 （文章来源于南方都市报） 本月国际油价持续下跌，如若国际油价继续于８０美元附近震荡，则待７月１１日国内成品油调价时间 窗Ｅｌ再次开启之时，估算年内成品油价格第三次下调的幅度或将达到６００元／口屯，创近年降幅之最。 据以往经验推测，若汽柴油下调幅度在６００元／口屯，届时９３＃汽油价格将下跌约０．５１元／升。金银岛分 析师董丽珠表示，此次下调后，国内大部分城市汽油价格或将回归…６’元时代，实行“Ｉｖ”规格的地区则仍坚 挺在７元以上可能性较大。以广东９３＃汽油价格为例，则由７．６８元／升下调至７．１７元／升，相当于２０１０年 ｌ２月调价后的７ｋ平。