用EVSIML对纯电动汽车进行仿真分析手用丝锥

用EVSIML对纯电动汽车进行仿真分析

用EVSIML对纯电动汽车进行仿真分析 2011年12月04日 来源： 摘要：计算机仿真作为一种强有力的工具在各种研究领域已被广泛接受。对电动汽车的综合性能进行计算机仿真研究和分析可以缩短电动汽车总体设计的周期，提高电动汽车的性能，加快电动汽车技术研究和产业化的发展。本文详细介绍了由北京理工大学电动车辆工程技术中心开发的电动汽车仿真软件EVSIML。并利用该软件对采用直流驱动系统的豪华电动大客车BFC6110-EV 进行了动力性能和经济性能的仿真分析，最后将仿真结果与试验结果进行对比并对对比结果进行了分析。关键词：电动汽车 仿真软件 动力性能 续驶里程计算机仿真是应用计算机技术，利用模型对实际系统进行实验研究的重要手段，可将分析的方法用于模拟实验；充分运用已有的基本物理原理，建立待研究系统的数学模型；采用与实际物理系统实验相同的基本研究方法，在计算机上运行仿真实验。近年来随着信息技术、计算机技术、系统理论、通信技术、图形图象技术的飞速发展，计算机仿真技术的发展也日新月异，并日益深入到人们工作和生活的各个领域，发挥了非常重要的作用。为维护我国能源安全，改善大气环境，提高我国汽车工业的竞争力，科技部在“十五” 国家863 计划中，特别设立电动汽车重大专项。该计划以电动汽车的产业化技术平台为工作重点，力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破，促进符合现代企业制度和市场经济发展要求的研发体系和机制的形成。电动车是一个复杂的系统，它集成了多个子系统如车体、电力驱动、能源、能量管理等子系统。电动车技术涉及多门交叉学科，包括电力电子工程、机械汽车工程和化学工程等。电动车技术的多学科性和快速发展的特点，要求电动车的设计过程灵活、快速且经济，计算机仿真不仅使这种设计过程成为可能，而且提高了电动车的系统优化水平。下面首先介绍北京理工大学电动车辆工程技术中心基于实际的研究项目所开发的电动汽车仿真软件EVSIML。1 电动汽车仿真软件EVSIML 介绍EVSIML（Electric Vehicle Simulator）是遵循面向对象的软件工程开发方法，在Windows 操作系统环境下选择Visual C++6.0 和MATLAB 混合编程开发的电动汽车仿真软件。为了便于用户输入数据和处理数据，该软件采用交互式的图形用户界面，电动车设计者无须编制单调乏味的软件，也不用输入冗长的数据或处理大量的输出数据，就可以完成数据输入、系统仿真和输出说明。它还可以用图形来显示和比较不同的仿真结果，而且通过反复的模拟，可以优化不同系统的性能标准。EVSIML 的启动界面如图1 所示。

图1 EVSIML 的启动界面

1.1 EVSIML 的菜单结构下面介绍EVSIML 的主菜单结构和子菜单结构以便更好的了解EVSIML 的功能和结构。（1）EVSIML 的主菜单结构如图2 所示。

图2 EVSIML 的主菜单结构

（2）EVSIML 的各主要子菜单结构如图3 所示。

图3 EVSIML的各主要子菜单结构

1.2 EVSIML 中电动汽车动力传动系统各部件主要参数的输入模块EVSIML 中参数输入模块共有六个，这六个模块均采用自行设计的编辑模块，具有查看、修改以及删除已有数据文件和增加新的数据文件等功能。各系统的参数保存在Microsoft Access 数据库中，通过ODBC接口与VC 连接。1.3 EVSIML 的各个功能计算模块1.3.1 EVSIML 的行驶阻力计算模块行驶阻力仿真计算模块的主要功能有：通过调用对应的车型、动力传动系统各部件的有关数据和输入计算时的电动汽车的工况（控制计算的范围），进行行驶阻力计算。计算的结果包括滚动阻力、空气阻力、爬坡阻力和加速阻力等。具体的计算过程是在行驶阻力类中实现的。1.3.2 EVSIML 的动力性能计算模块动力性能仿真计算界面如图4 所示。该模块的主要功能有：

图4 动力性能仿真计算界面

通过调用对应车型、动力传动系统各部件的有关数据和输入计算时的电机的工况（用于控制计算范围和计算精度），进行动力性能计算。计算的结果包括牵引力、牵引功率、最高车速、动力因数、加速度和加速时间、爬坡度等。具体的计算过程是在动力性能类中实现的。1.3.3 EVSIML 的工况分析仿真计算模块工况分析仿真计算界面如图5 所示。其主要功能有：

图5 工况分析仿真计算界面

通过调用对应的车型、动力传动系统各部件和循环工况的有关数据和输入计算时的工况步长（控制计算精度），进行循环工况分析计算。计算结果包括循环工况力、功率和能量需求以及功率变化率等。也可选择是否进行特征工况包括最高车速、最大爬坡度、加速性能和巡航车速等测试，可以设定相应的测试参数。特征工况计算结果包括对电机的转速、转矩、输出功率等需求。具体计算是在工况分析类中实现的。1.3.4 EVSIML 等速行驶经济性能计算模块等速行驶经济性能仿真计算模块的主要功能有：通过调用对应的车型、动力传动系统各部件的有关数据和输入计算时电机的工况（影响计算最高车速的精度）和速度步长（控制计算精度），进行等速行使经济性能计算，计算的结果包括电量消耗率、能量消耗和续驶里程等。具体计算是在等速行驶经济性能类中实现的。1.3.5 EVSIML 加速行驶经济性能计算模块加速行驶经济性能计算界面与等速行使计算界面类似。主要的计算结果有电量消耗率和能量消耗率。具体的计算过程是在加速行驶经济性能类中实现的。1.3.6 EVSIML 循环工况经济性能计算模块循环工况经济性能仿真计算界面如图6 所示。主要功能有：

图6 循环工况经济性能仿真计算界面

通过调用对应的车型、动力传动系统各部件、循环工况的有关数据和输入计算时工况步长（控制计算精度），进行循环工况经济性能计算。计算的结果包括电量消耗率、能量消耗和续驶里程以及电池组特性参数的模拟等。具体计算是在循环工况经济性能类中实现的。需要注意的是该模块的计算时间比较长。2 利用EVSIML 对 BFC6110-EV 豪华电动客车进行性能仿真2.1 BFC6110-EV 豪华电动客车系统简介BFC6110-EV 豪华电动客车是由北京理工大学车辆与交通工程学院、北京北方华德尼奥普兰客车股份有限公司、中国科学院电工所联合承担的北京市科委的项目。该项目要求研制BFC6110-EV 电动客车两辆（交流驱动系统和直流驱动系统各一辆），以满足绿色奥运、科技奥运的需要为目标。本文主要是对其中直流驱动的BFC6110-EV 豪华电动客车进行仿真。BFC6110-EV 豪华电动客车整车的主要参数见表1。

表1 BFC6110-EV 电动客车整车的主要参数

2.2 BFC6110-EV 豪华电动客车动力性能仿真根据以上BFC6110-EV 豪华电动客车动力传动系统的各部件的相关参数，利用EVSIML 电动汽车仿真软件对BFC6110-EV 豪华电动客车进行动力性能仿真计算。（1）直流电机驱动系统动力性能计算结果BFC6100-EV 直流电机驱动系统的动力性能计算结果如图7 所示：

a）驱动力阻力平衡图

b）牵引功率阻力功率平衡图

c）动力因数图

d）加速时间图

e）爬坡度图图7 BFC6100-EV 直流驱动系统的动力性能计算结果

（2）整车动力性评价从以上计算结果和牵引力平衡图中可以求得BFC6110-EV 豪华电动客车能够达到的动力性指标：最高车速： uamax= 88.7 km/h最高车速时消耗功率： P=85.8kW最高车速时的电机转速： n=2450r/min直接档最大爬坡度 = max i 5.46% （以10 km/h 的速度爬坡）低速档最大爬坡度 = max i 20.02% （以5 km/h 的速度爬坡）低速档最大爬坡度时的电机转速 n= 468.6r/min最大加速度： a=1.2169 m/s2直接档起步加速至60 km/h 的时间： s=48s低速档起步换档加速至60 km/h 的加速时间： s=45.08s (20km/h 时换档)2.3 BFC6110-EV 豪华电动客车经济性能仿真根据以上BFC6110-EV 豪华电动客车动力传动系统的各部件的相关参数，利用EVSIML 电动汽车仿真软件对BFC6110-EV 豪华电动客车进行经济性能仿真计算，计算过程主要针对直流驱动系统的等速行驶下的经济性能计算。BFC6110-EV 电动客车采用锂离子电池时，等速行驶下的经济性能计算结果如图8 所示。由图可知，BFC6110-EV 在以40km/h 等速行使时，消耗功率为24.75kW，电量消耗率为1.7739Ah/km，能量消耗率为0.6514kWh/km，续驶里程为348.9km。

图8 BFC6110-EV 电动客车等速行驶续驶里程

3 仿真结果与试验结果的对比BFC6110-EV 的仿真结果和试验结果的对比见表2。

表2 BFC6110-EV 电动客车的仿真结果和试验结果的对比

4 分析与结论由表2 可知，BFC6110-EV 豪华电动客车的仿真计算结果和试验结果接近，说明仿真软件中电动汽车动力传动系统各部件的数学模型是正确的，所采用的动力性能和经济性能的计算方法是可行的。EVSIML电动汽车仿真软件各计算模块是正确的。BFC6110-EV 豪华电动客车的仿真计算结果和试验结果存在偏差，主要原因有以下几个方面：(1) 实验场环境温度、道路条件的影响。(2) 计算中所取电动汽车动力传动系统各部件的参数如动力传动系统各部件的效率、滚动阻力系数等存在一定的误差。(3) 电机控制器的限流作用限制了电动汽车动力性能的充分发挥。(4) 影响续驶里程、能量消耗率和电量消耗率的偏差的因素主要有锂离子电池的模型、实验场的环境温度和电池组的一致性。参考文献1 孙逢春, 张承宁, 祝嘉光. 电动汽车. 北京: 北京理工大学出版社, 19972 孙立清. 电动汽车系统匹配、性能仿真和关键部件技术研究及样车开发. [博士后研究工作报告]. 北京：北京理工大学. 2000.63 白文杰. 锂离子电动公交车系统的建模和仿真. [硕士学位论文]. 北京：北京理工大学 2003.34 Sun Fengchun, Sun Liqing, Wang Zhenpo, Bai Wenjie. The Shallow Analysis of Road Test of EV. First Circular of China-Japan Electric Vehicle Joint Conference:2001.115 Sun Liqing Bai Wenjie State-of-the-art Electric Vehicle Simulation Technology EVS19, 2002(end)

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