2016
年第29
卷第1
期
ElectronicSci.＆Tech./Jan.15
，2016协议·算法及仿真
www.dianzikeji.
org收稿日期：2015-05-12
基金项目：
上海市科委科研基金资助项目（11140502000）
作者简介：
孙景伦（1989—），
男，
硕士研究生。
研究方向：
研究方向：
汽车动力传动系匹配。doi：10.16180/j.cnki.issn1007－7820.2016.01.014
纯电动汽车动力传动系参数匹配及仿真
孙景伦1，2
，
周萍1，2
，
孙跃东1，2
（1.
上海理工大学机械工程学院，
上海200093；
2.
上海理工大学机械工业汽车底盘机械零部件强度与可靠性评价重点实验室，
上海200093）
摘要为实现纯电动汽车传动系传动比与驱动电机的合理匹配，
提出了一种基于MOGA－
Ⅱ遗传算法的多目标
优化方法。
根据配备两挡变速器的某纯电动汽车的整车参数和设计要求，
对其动力传动系统主要部件驱动电机及动力
电池进行了匹配和选型。
基于GT－drive
软件搭建整车仿真模型进行仿真分析并验证了匹配的合理性。
利用多目标优
化软件modeFＲONTIEＲ
进行了传动系传动比优化。
优化结果表明，
纯电动汽车的一次充电续驶里程及原地起步加速时
间分别提高了5.5%
和2.9%。
关键词纯电动汽车；
动力传动系；
参数匹配；
仿真优化
中图分类号U463.2
文献标识码A
文章编号1007－7820（2016）01－051－05
ParametersMatchingandSimulationforPowerTrainofPureElectricVehicle
SUNJinglun1，2
，ZHOUPing1，2
，SUNYuedong1，2
（1.SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China；
2.KeyLaboratoryofMechanicalIndustryforAutomobileChassisMechanicalPartsStrengthandＲeliabilityEvaluation，
UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China）
AbstractAdual-objectiveoptimizationmethodbasedonMOGA-
Ⅱgeneticalgorithmisproposedfortheratio
ofpowertraintobematchedreasonablytothedrivemotorofpureelectricvehicle．Drivemotorandpowerbatteryof
powertrainarematchedforatwo-speedpureelectricvehiclebasedonthevehicleparametersanddesignrequire-
ments．TheGT-drivevehiclesimulationmodelsarebuilttoanalyzeandvalidatetherationalityofthematching．The
transmissionratiosareoptimizedbymulti-objectiveoptimizationsoftwaremodeFＲONTIEＲ．Theresultsshowthatthe
drivingrangeofasinglechargeandinitialaccelerationtimeisincreasedby5.5%and2.9%respectivelybyoptimi-
zation．
Keywordspureelectricvehicle；powertrain；parametersmatching；simulationoptimization
纯电动汽车（PureElectricVehicle，PEV）
正逐步成
为未来汽车的主要发展方向［1］
。
随着纯电动汽车的驱
动电机、
动力电池等关键技术的进步，
其驱动系统的合
理匹配及传动系统的传动比优化，
依然是提高整车动
力性及经济性的重要手段［2］
。
本文以处于开发初期的
某纯电动汽车为例，
对动力传动系的主要部件进行参
数匹配，
建立整车仿真模型进行仿真分析验证，
并对传
动系统的传动比进行优化，
以提高整车性能。
1
整车参数及性能要求
目前，
纯电动汽车正沿着高速纯电动汽车及低速
纯电动汽车两条主线发展［3］
，
本文是基于某高速纯电动汽车进行研究与开发的。
其整车主要参数及性能指
标要求如表1
所示。
表1
整车主要参数及性能指标要求
主要参数及性能指标数值
整车整备质量
/kg1400
满载质量/kg1800
迎风面积A/m2
2.16
风阻系数c
D0.31
质量转换系数δ1.04
车轮动态半径r/m0.30
滚动阻力系数f0.017
主减速器传动比i
03.170
1
挡传动比i
12.104
2
挡传动比i20.996
15协议·
算法及仿真
孙景伦，
等：纯电动汽车动力传动系参数匹配及仿真
www.dianzikeji.org续表1
最高车速u
max/km·h－1
≥150
0～100km·h－1
加速时间t/s≤20
30km·h－1
恒速下最大爬坡度i
max/%
≥25
UDDC
循环下续驶里程S/km≥200
2
动力传动系参数匹配
2.1
驱动电机的参数匹配
与传统内燃机汽车不同，PEV
由蓄电池供电，
电机
驱动车轮行驶［4］
。
驱动电机的特性参数主要有额定功
率、
峰值功率、
额定转速、
最大转矩等，
驱动电机的类型
对PEV
的性能也有一定程度的影响［5］
。
优化设计中一般以保证PEV
预期的最高稳定车
速来初步选择电机的驱动功率，
即驱动电机的额定功
率应大于等于PEV
在水平良好路面上以最高稳定车
速匀速行驶的阻力功率［6］
，
即
p
e≥u
max
η
Tmgf
3600+c
DA
76140u2()
max（1）
式中，p
e为额定功率；
η
T为总传动效率，
这里取92%。
为满足PEV
在某一恒定速度下的爬坡性能要求，
驱动电机的峰值功率应满足［7］
p
max1≥1
3600
η
Tmgfcos
α
max+mgsin
α
max+c
DAu2i()
21.15u
i
（2）
式中，
α
max为u
i=30km·h－1
恒定速度下的最大爬坡角
度，
这里α
max≈14.04°。
另外，
为满足PEV
加速性能要求，
峰值功率应
满足［8］
p
max2≥1
3600
η
Tδmdu
j
dt+mgf+c
DAu2j()
21.15u
j（3）
式中，u
j为车辆加速的末速度。
所以根据式（1）～
式（3），
驱动电机的峰值功率
p
max应满足
p
max≥max（p
e，p
max1，p
max2）（4）
还需注意的是，
峰值功率和额定功率之间存在如
下关系［9］
p
max=p
eλ（5）
式中，
λ为过载系数，
一般取1～3。
驱动电机的最高转速由最高车速决定［10］
，
即
n
max=i
0i
iu
max
0.
377r（6）
驱动电机的额定转速由汽车巡航速度u
n决定，
即
n
e=i
0i
iu
n
0.
377r（7）驱动电机的最大转矩由汽车实现最低稳定车速来
达到最大爬坡度所克服的阻力转矩决定，
即
T
max=r
i
0i
i
η
Tmgfcos
α
max+mgsin
α
max+c
DAu2i()
21.15（8）
2.2
动力电池的参数匹配
动力电池的参数匹配主要考虑电池组的容量、
电
压、
能量密度及电池的类型等。
确定电池组最小数目
的方法是使电池组最低工作电压大于等于电机最小工
作电压，
电池组最大数目由电池组最大输出功率大于
等于驱动电机的最大功率的约束条件来确定。
而电池
组的容量是由PEV
的续驶里程来限制的［11］
，
如式（9）
所示
E=1000S
eU
η（9）
式中，E
为电池组的容量；e
为单位能耗行驶的里程；S
为续驶里程；
η为放电深度（DOD），
这里DOD
取90%。
综上所述，
根据理论计算及权衡，
为目标车辆所匹
配的驱动电机及动力电池的指标参数如表2
所示。
表2
电机及电池组主要参数
部件
参数数值
永磁同步电机额定功率/
峰值功率/kW50/95
额定转速/
最大转速/rad·min－1
3000/8000
额定转矩/
最大转矩/N·
m160/300
锂离子电池标称容量/Ah120
放电深度/%90
标称电压/V320
能量密度/W·h·kg－1
140
3
整车性能仿真及验证
根据计算任务的不同以及性能优化的指标要求，
利用整车性能仿真软件GT－drive
分别建立了静力
学、
动力学及运动学模型，
其整车静力学仿真模型如
图1
所示。
利用其进行整车动力性及经济性计算分
析，
得到0～100km·h－1
的原地起步加速时间及1
挡
爬坡度等仿真结果。
对原车进行试验，
并将仿真分析中得到的0～
100km·h－1
的原地起步加速时间及1
挡爬坡度曲线
与实车试验曲线进行了对比，
分别如图2
及图3
所示。
目标车辆0～100km·h－1
的加速时间为19.1447s，
30km·h－1
恒速下的爬坡度为32.43%，UDDC
循环下
一次充电续驶里程为222.19km，
均满足设计目标，
进
一步说明了为该车动力传动系选型的驱动电机及动力
电池是合适的。
25