宝骏E200纯电动轿车总布置设计外文翻译资料

 2021-11-27 09:11

英语原文共 101 页

7.4电动汽车续驶里程建模

7.4.1驾驶循环

众所周知,电动汽车的续驶里程是一个主要问题。总的来说,这是因为高效地储存电能很难。在任何情况下,这个问题都是电动汽车设计中的一个关键问题。下面有两种方式可以对电动汽车的续驶里程进行计算和测试。

第一种,也是最简单的一种方法,是等速试验。当然了,没有车能够真正地等速行驶,尤其是没有在水平地面和静止的空气中,这几乎是这些测试普遍的进一步简化。即使测试是不现实的,但是至少测试规则是明确的。可以说,它们至少提供了还有点用处的数据。

第二种更为有用和复杂的测试方式是,在实际驾驶或模拟中,让车辆用不断变化的速度来行驶。而且这些变速的测试周期是经过精心设计的,而且(不幸的是)有大量的测试周期。循环工况试验旨在对应不同条件下的实际驾驶模式。在这些测试中,车速几乎不断变化,因此整车的性能也是随时变化的,这使得计算更加复杂。然而,现代计算机程序使这些复杂的情况变得相当简单。

这些驾驶循环(或时间表)主要是为了获取汽车的实际排放和测试而开发的。其中最著名的早期循环工况之一是基于加利福尼亚州洛杉矶的实际交通流量,并称为LA-4循环。 然后将其发展为联邦城市驾驶循环工况(FUDS)。 这是一个持续1500秒的循环,每秒都有不同的速度,如图7.7所示。 这个循环的简化版本称为SFUDS,如图7.8所示,其优点是它只持续360秒,因此只有360个数据点。 这两个循环工况下的测试车辆具有相同的平均速度,相同的静止时间比例,相同的最大加速度和制动,并且在用于模拟车辆续驶里程时会得出非常相似的结果。

图7.7联邦城市驾驶循环工况表,用于美国环境保护局的排放测试

图7.8联邦城市驾驶循环工况简化表

这些循环工况模拟城市驾驶,而有用于模拟郊外或高速公路驾驶的其他循环。其中有两个值得注意,一个是FHDS,如图7.9所示。尽管它被广泛使用,但这种循环工况具有的最大速度对于高速公路驾驶来说很不现实,而现在另一个更新的US06标准正在广泛使用。

图7.9联邦高速公路765秒驾驶循环工况

在欧洲,测试周期往往较简单,它具有恒定加速和恒定速度的周期。特别值得注意的是ECE-15行驶循环,如图7.10所示,可用于测试电动汽车等小型车辆的性能。在EC排放测试中,这必须与郊外驾驶循环(EUDC)相结合,其最大速度为120km.h-1

图7.10欧洲城市驾驶循环工况表ECE-15

目前亚洲使用最广泛的标准是日本10-15模式循环。与欧洲循环工况的周期一样,这也涉及等速和恒定加速度的周期。它与欧洲ECE-15城市驾驶循环工况和EUDC的组合没有什么不同。在撰写本文的时期,该循环只适用于说明日本的汽车的续航里程和排放测试。

所有这些标准都要求有100km.h-1的最大速度。对于几种重要类型的电动车辆,包括电动运输车辆和电动小型摩托车,这是不切实际的速度,而且通常是不可能实现的。为了模拟这些车辆的续航里程,需要其他标准的循环工况。SAE J227a驾驶循环工况是一种相当古老的标准,是在20世纪70年代特别针对电动汽车开发的。这个循环工况按速度不同分为四个版本。每个版本的循环工况的时间都很短,包括加速阶段,恒速阶段,“滑行”阶段和制动阶段,然后是静止时间。滑行阶段,速度未指定,但驱动力设定为零,对建模有点麻烦。图7.11显示了一般的速度曲线,表7.1给出了该循环的四个变量的详细信息。最常用的循环是SAE J227a-C,特别适用于电动滑板车和小型城市电动车。A和B标准有时用于特殊用途的车辆。

图7.11 SAE J227a循环工况,其中Ta,Tcr,Tco,Tb,Ti由表7.1确定

参数

单位

循环A

循环B

循环C

循环D

最大速度

Km/h

16

32

48

72

加速时间Ta

s

4

19

18

28

等速时间Tcr

s

0

19

20

50

滑行时间Tco

s

2

4

8

10

制动时间Tb

s

3

5

9

9

静止时间Ti

s

30

25

25

25

总时间

s

39

72

80

122

表7.1 SAE J227a循环工况的四种时间变量的标准参数。该表应与图7.10一起阅读

另一个值得注意的低速车辆循环工况标准是欧洲ECE-47循环工况,用于发动机容量小于50毫升的轻便摩托车和摩托车的排放测试。它还广泛用于电动滑板车的续驶里程模拟。与SAEJ227循环一样,建模可能有点复杂,因为速度始终未指定。相反,车辆在WOT停机50秒再运行。然后在接下来的15秒内将车辆减速至20km/h,之后将该速度保持35秒。最后,车辆在接下来的8秒内以恒定减速到停止。这个循环是为与第7.3.2节中使用的相同的电动踏板车创建的,这是标致SCOOT#39;ELEC的近似结果,如图7.12所示。用于创建它的MATLAB脚本文件非常简单,并在附录2中给出。这个循环有一个好处,它可能很好地模拟这种车辆的使用方式,考虑到典型骑手的年龄,即一个好的全速处理时间!

还有许多其他循环工况的测试方式可以在文献中找到,有些公司有自己的内部驾驶循环工况。学者们有时会提出新的能更好地模仿真正的驾驶实践的循环工况。还有就是某城市的驾驶循环反映了当地的特定驾驶模式。 一个值得注意的例子是纽约市循环工况,它有一个特别长的周期没有移动,而且平均速度低,反映了那里的道路状况。这种循环有时用于模拟混合动力/ ICE车辆,因为它以特别好的方式显示了这种类型的车辆的性能。

实际运行模拟所需的速度的数据有时可以从上面给出的图中推导出来。但是,在美国的循环工况中,每个周期都有特定的速度,直接使用从网站下载的数据文件会更方便。使用普通的互联网搜索引擎可以很轻松地找到它们,而且已经提供了几个作为MATLAB脚本文件的与本书相关的网站。

在接下来的部分中,将解释如何针对不同类型的电动车辆模拟驾驶循环工况。

7.4.2纯电动汽车的续驶里程建模

7.4.2.1纯电动汽车建模原理

传统纯电动汽车的能量流量如图7.13所示。为了预测该续驶里程,计算在驾驶循环的每秒中移动车辆所需的能量,并计算该能量消耗的影响。重复该过程直到电池电量耗尽。重要的是要记住,如果我们使用一秒的时间间隔,那么消耗的功率和能量在数值上是相等的。

图7.13具有反馈制动功能的“经典”纯动力电动汽车的能量流动图

这些计算的起点是确定驱动力,驱动力由方程式(7.9)计算得出。功率等于驱动力乘以速度。利用能量流动图中的各种效率,计算出车辆行驶一秒钟所需的能量。

车辆行驶一秒钟所需的能量与动力相同,因此:

(7.23)

为了确定能提供汽车行驶所需的来自电池的能量利用率,我们显然需要能够确定所有操作点的各种效率。而这样的方程已经在前面的章节中开发出来了,但是我们将在这里回顾最重要的系统建模方程。

7.4.2.2建模方程

因为电动车辆通常只有一个齿轮,齿轮系统效率eta;g假定为常数。因为齿轮系统非常简单,效率通常很高。

由于测量整个系统的效率更为方便,因此通常将电机及其控制器的效率考虑在一起。我们在第4章中看到,电机效率随功率、扭矩以及电机尺寸的变化而变化。效率由以下方程进行了很好的建模:

其中,kc是铜损失系数,ki是铁损失系数,kw是风阻损失系数,c表示任何速度下的恒定损失。表7.2显示了两台可能适用于电动汽车的电机的这些常数的典型值。

参数

Lynch型PM电机,带刷,2–5KW

100kw,高速感应电机

kc

1.5

0.3

ki

0.1

0.01

kw

10-5

5.0x10-6

C

20

600

表7.2方程(7.24)参数的典型值

电机、控制器和齿轮系统的不完善意味着电机的功率与牵引功率不同,根据简单方程式,电机所需的电力大于机械输出功率:

方程式(7.25)在车辆行驶的情况下是正确的。但是,如果使用电机来降低车辆速度,效率(或者更确切地说是效率)的工作原理与此相反。换言之,电机的电力被降低,我们必须使用以下方程式:

因此,方程式(7.25)或(7.26)用于利用电机的电力和机械动力。但是,我们还需要考虑车辆的其他电气系统、灯、指示器、无线电等附件。需要找到或估计这些系统的平均功率,并将其添加到电机功率中,以提供电池所需的总功率。注意,当制动时,电机功率将为负,因此这将降低功率的大小。

图7.13显示了这些不同功率的含义,包括电机的输入功率和输出功率、牵引功率等。

第2.11节解释了电池行为的模拟。综上所述,现在的程序是:

1.计算蓄电池开路电压,这取决于蓄电池的充电状态;

2.使用公式(2.20)计算电池电流5,除非PBAT为负,在这种情况下,应使用公式(2.22);

3.用公式(2.17)更新从电池中移除的电荷记录,使用Peukert系数校正高电流;但是,如果电池电源为负,并且正在充电,则应使用公式(2.23)代替;

4.然后,应使用方程式(2.19)更新电池的放电水平。

如果电池现在没有过度放电,那么整个过程应该在一秒钟后以循环中的下一个速度重复。

7.4.2.3使用Matlab或Excel模拟电动汽车

在前一节中,我们看到了我们推导的各种方程式如何被用来计算电动汽车内部的情况。为了了解一辆车在电池充满电之前能行驶多远,我们在整个行驶循环中逐步进行。这一方法由图7.14所示的流程图表示。

图7.14纯电动汽车模拟流程图

第一阶段是加载要使用的行驶循环的速度数据。这通常由一个单独的Matlab脚本文件完成。具体做法见附录2。

下一步是设置车辆参数,如质量、蓄电池尺寸和类型等。此时应设置附件Pac的电源。

这样做之后,应该创建数据数组来存储每个循环结束时需要记住的数据。这些可以称为“循环结束数组”。需要保存的最重要数据是蓄电池流出的电量、蓄电池放电深度和行驶距离。

下一步则是为了只存储一个周期的数据设置数组;这些数据可能在每个周期结束时丢失。也就是蓄电池流出的电量、放电深度和行驶距离,但我们也可以保存其他数据,例如扭矩、电机功率或电池电流的信息,因为有时只需绘制

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