CN106644495A - 一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，包括：确定影响性能参数的基本参数，并获取所述基本参数的初始值；根据所述性能参数的数学模型，建立仿真计算模型；根据所述基本参数的初始值和所述仿真计算模型，仿真计算出所述性能参数的初值；按设定变化比率增加或减小所述基本参数的值，并根据所述性能参数的初值计算出所述性能参数的变化率；根据所述变化率，确定所述基本参数对所述性能参数的灵敏度高低。本发明能提高电动汽车系统设计与优化判断依据的准确性。

Description

一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法。

背景技术

随着全球石油资源的日益枯竭以及石油价格的不断攀升，相比传统汽车更加经济环保的电动汽车越来越得到社会公众的认可。纯电动汽车零排放、无污染，是我国汽车工业的发展方向。纯电动汽车行驶时要求尽可能降低汽车的各种能耗，充分利用携带的有限电能，最大限度地增加续驶里程，减小能量消耗。通过对影响汽车的动力性与能量消耗的评价参数分析，能获取影响汽车性能的各参数敏感程度，现有电动汽车性能参数的灵敏度分析主要采用现场试验法和计算机模拟法，现场试验法存在耗资巨大，花费时间长的缺点，计算机模拟法存在仿真结果不准确的缺点。准确获得纯电动汽车的基本参数对汽车性能参数的影响程度，是对电动汽车设计的重要依据，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，解决现有纯电动汽车性能参数的灵敏度分析存在耗资大、时间长及仿真结果不准确的问题，提高电动汽车系统设计与优化判断依据的准确性。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，包括以下步骤：

确定影响性能参数的基本参数，并获取所述基本参数的初始值；

根据所述性能参数的数学模型，建立仿真计算模型；

根据所述基本参数的初始值和所述仿真计算模型，仿真计算出所述性能参数的初值；

按设定变化比率增加或减小所述基本参数的值，并根据所述性能参数的初值计算出所述性能参数的变化率；

根据所述变化率，确定所述基本参数对所述性能参数的灵敏度高低。

优选的，所述计算出所述性能参数的变化率，包括：

仿真计算出所述性能参数的变化值；

根据所述性能参数的初值和变化值，获得所述性能参数的变化率。

优选的，所述基本参数包括：整车质量m、传动效率η_T、滚动阻力系数f及空气阻力系数C_D。

优选的，所述性能参数包括：动力性能参数和能量消耗性能参数；

所述能量消耗性能参数包括：单位里程容量消耗、单位里程能量消耗、单位容量消耗行驶里程和单位能量消耗行驶里程；

所述动力性能参数包括：最高车速u_max、加速时间t_a、最大爬坡度i_max。

优选的，所述最高车速u_max表征在平稳路面上汽车行驶阻力与驱动力相平衡时达到的稳定车速；

所述加速时间t_a表征汽车从静止起加速至所述最高车速的累加时间；

所述最大爬坡度i_max表征汽车克服行驶中的滚动阻力和空气阻力后，全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。

优选的，所述最高车速u_max的数学模型为：

其中，T为驱动电机转矩，i₀为传动比，r为驱动轮半径，A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角。

优选的，所述加速时间t_a的数学模型为：

其中，F_t为汽车行驶的驱动力，δ为汽车旋转质量换算系数。

优选的，所述最大爬坡度i_max的数学模型为：

其中，D为动力因数，F_W为汽车行驶的空气阻力。

优选的，所述单位里程能量消耗的数学模型为：

其中，E_b-out为单位里程能量消耗，S为行驶里程，V为车速，t为行驶时间，η_m为电动机驱动中的功率损耗系数,A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角，δ为汽车旋转质量换算系数。

优选的，所述建立仿真计算模型包括以下：

根据汽车的基本参数，建立整车模型；

设置工况条件、仿真步长、仿真精度；

根据所述数学模型和所述整车模型，计算出性能参数的仿真值。

本发明提供一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，通过按设定变化比率增大或减小影响灵敏度的参数值，获取性能参数的变化率，从而确定其灵敏度的高低。解决了现有电动汽车性能参数的灵敏度分析存在耗资大、时间长及仿真结果不准确的问题，提高电动汽车系统设计与优化判断依据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1：是本发明提供的一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前对影响汽车动力性能的参数灵敏度分析，常需采用现场试验法及计算机模拟法，但由于现场试验法存在花费大、时间长的缺点，且计算机模拟法存在不准确的缺点。本发明提供一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，过按设定变化比率增大或减小影响灵敏度的参数值，获取动力性评价参数和能量消耗评价参数的变化率，从而确定其灵敏度的高低。解决了现有电动汽车动力性能的参数灵敏度分析存在耗资大、时间长及仿真结果不准确的问题，提高电动汽车系统设计与优化判断依据的准确性。

如图1所示，为本发明提供的一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法的流程图。该方法包括以下步骤：

S1：确定影响性能参数的基本参数，并获取所述基本参数的初始值；

S2：根据所述性能参数的数学模型，建立仿真计算模型；

S3：根据所述基本参数的初始值和所述仿真计算模型，仿真计算出所述性能参数的初值；

S4：按设定变化比率增加或减小所述基本参数的值，并根据所述性能参数的初值计算出所述性能参数的变化率；

S5：根据所述变化率，确定所述基本参数对所述性能参数的灵敏度高低。

具体地，首先根据影响灵敏度的参数，通过所述仿真计算模型获得所述动力性评价参数和所述能量消耗评价参数的初值。其次，按设定的变化比率，比如±5％，增加或减小影响灵敏度的值，重新获得的所述动力性评价参数和所述能量消耗评价参数的变化值。再其次，根据变化值，计算出各评价参数的变化率。其变化率越大的评价参数，则灵敏度越高。

进一步，所述计算出所述性能参数的变化率，包括：

步骤一：仿真计算出所述性能参数的变化值；

步骤二：根据所述性能参数的初值和变化值，获得所述性能参数的变化率。

所述基本参数包括：整车质量m、传动效率η_T、滚动阻力系数f及空气阻力系数C_D。

所述性能参数包括：动力性能参数和能量消耗性能参数。所述能量消耗性能参数包括：单位里程容量消耗、单位里程能量消耗、单位容量消耗行驶里程和单位能量消耗行驶里程，其中，所述单位里程能量消耗表征汽车动力电池的输出功率。所述动力性能参数包括：最高车速u_max、加速时间t_a、最大爬坡度i_max。所述最高车速u_max表征在平稳路面上汽车行驶阻力与驱动力相平衡时达到的稳定车速。所述加速时间t_a表征汽车从静止起加速至所述最高车速的累加时间。所述最大爬坡度i_max表征汽车克服行驶中的滚动阻力和空气阻力后，全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。

进一步，所述最高车速u_max的数学模型为：

其中，T为驱动电机转矩，i₀为传动比，r为驱动轮半径，A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角。

所述加速时间t_a的数学模型为：

其中，F_t为汽车行驶的驱动力，δ为汽车旋转质量换算系数。

所述最大爬坡度i_max的数学模型为：

其中，D为动力因数，F_W为汽车行驶的空气阻力。

进一步，所述单位里程能量消耗的数学模型为：

其中，E_b-out为单位里程能量消耗，S为行驶里程，V为车速，t为行驶时间，η_m为电动机驱动中的功率损耗系数,A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角，δ为汽车旋转质量换算系数。

建立仿真数学模型包括：根据汽车的基本参数，建立整车模型；设置工况条件、仿真步长、仿真精度；根据所述数学模型和所述整车模型，计算出性能参数的仿真值。在实际应用中，常使用仿真软件来实现仿真数学模型的建立，比如可选用AVL-CRUISE软件来研究汽车动力性及能量消耗的模拟分析软件。

具体地，对于整车动力性评价参数的灵敏度分析，先确定汽车基本参数的值，取值可如表1所示，选取整车质量、传动效率、滚动阻力系数及空气阻力系数的初始值，利用仿真计算模型分别计算出最高车速、加速时间、最大爬坡度及单位里程能量消耗的仿真计算值，在此基础上，对整车质量、传动效率、滚动阻力系数及空气阻力系数分别作±5％变化，得到其变化值，然后再次根据仿真计算模块获得最高车速、加速时间、最大爬坡度及单位里程能量消耗的变化率。如对0-50km/h汽车进行灵敏度分析，其数据如表2、表3、表4及表5所示。

表1：基本参数的取值表

整车整备质量	1250kg
		整车满载质量	1625kg
滚动阻力系数	0.011
		迎风面积A	1.95m2
空气阻力系数CD	0.36
		滚动半径r	0.293m
传动系效率	0.92
		减速器速比	6.4

表2：最高车速灵敏度分析数据表

从表2中可看出，影响最高车速参数的灵敏度顺序为：空气阻力系数、传动效率、整车质量、滚动阻力系数，其中空气阻力系数的影响尤为显著。

表3：加速时间灵敏度分析数据表

从表3中可看出，影响加速时间的灵敏度顺序为：传动效率、整车质量、滚动阻力系数、空气阻力系数，其中传动效率和整车质量的影响尤为显著。

表4：最大爬坡度灵敏度分析数据表

从表4中可看出，影响最大爬坡度的灵敏度顺序为：传动效率、整车质量、滚动阻力系数、空气阻力系数，其中传动效率和整车质量的影响尤为显著。

表5：单位里程能量消耗灵敏度分析数据表

从表5中可看出，影响单位里程能耗参数的灵敏度顺序为：传动效率、整车质量、滚动阻力系数、空气阻力系数，其中传动效率对每百公里能耗的影响尤为显著。

可见，本发明提供一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，通过按设定变化比率增大或减小影响灵敏度的参数值，获取性能参数的变化率，从而确定其灵敏度的高低。解决了现有电动汽车性能参数的灵敏度分析存在耗资大、时间长及仿真结果不准确的问题，提高电动汽车系统设计与优化判断依据的准确性。以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车性能参数的灵敏度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定影响性能参数的基本参数，并获取所述基本参数的初始值；

根据所述性能参数的数学模型，建立仿真计算模型；

根据所述基本参数的初始值和所述仿真计算模型，仿真计算出所述性能参数的初值；

按设定变化比率增加或减小所述基本参数的值，并根据所述性能参数的初值计算出所述性能参数的变化率；

根据所述变化率，确定所述基本参数对所述性能参数的灵敏度高低。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述计算出所述性能参数的变化率，包括：

仿真计算出所述性能参数的变化值；

根据所述性能参数的初值和变化值，获得所述性能参数的变化率。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述基本参数包括：整车质量m、传动效率η_T、滚动阻力系数f及空气阻力系数C_D。

4.根据权利要求1至3任一项所述的分析方法，其特征在于，所述性能参数包括：动力性能参数和能量消耗性能参数；

所述能量消耗性能参数包括：单位里程容量消耗、单位里程能量消耗、单位容量消耗行驶里程和单位能量消耗行驶里程；

所述动力性能参数包括：最高车速u_max、加速时间t_a、最大爬坡度i_max。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述最高车速u_max表征在平稳路面上汽车行驶阻力与驱动力相平衡时达到的稳定车速；

所述加速时间t_a表征汽车从静止起加速至所述最高车速的累加时间；

所述最大爬坡度i_max表征汽车克服行驶中的滚动阻力和空气阻力后，全部用来克服坡度阻力时能爬上的坡度。

6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于，所述最高车速u_max的数学模型为：

$u_{max}=\sqrt{\frac{21.15}{C_{D}A}(\frac{T\·i_0\·{\mathrm{\η}}_T}{r}-mgfcos\mathrm{\α})},$

其中，T为驱动电机转矩，i₀为传动比，r为驱动轮半径，A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角。

7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述加速时间t_a的数学模型为：

$t_a=\frac{1}{3.6}{\∫}_0^{u_{max}}\frac{\mathrm{\δ}m}{F_t-mgf-C_D{{\mathrm{Au}}_1}^2/21.15}du,$

其中，F_t为汽车行驶的驱动力，δ为汽车旋转质量换算系数。

8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述最大爬坡度i_max的数学模型为：

$i_{max}=tan\[\arcsin \left(\frac{D-f\sqrt{1+f^2-D^2}}{1+f^2}\right)\],$

其中，D为动力因数，F_W为汽车行驶的空气阻力。

9.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述单位里程能量消耗的数学模型为：

$E_{b-out}=\frac{Vt}{{\mathrm{\η}}_T{\mathrm{\η}}_{m}S}\left(mg\right(f+\mathrm{\α})+\frac{1}{21.15}{C}_D{\mathrm{AV}}^2+m\mathrm{\δ}\frac{dV}{dt}),$

其中，E_b-out为单位里程能量消耗，S为行驶里程，V为车速，t为行驶时间，η_m为电动机驱动中的功率损耗系数,A为迎风面积，g为重力加速度，α为坡度角，δ为汽车旋转质量换算系数。

10.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述建立仿真计算模型包括：

根据汽车的基本参数，建立整车模型；

设置工况条件、仿真步长、仿真精度；

根据所述数学模型和所述整车模型，计算出性能参数的仿真值。