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安凱 G6 型純電動客車設計開發(fā)
2020-03-28 08:32:17· 來源：《安凱 G6 型純電動客車設計開發(fā)》 作者：安徽安凱汽車股份有限公司
文章來源：《安凱 G6 型純電動客車設計開發(fā)》作者單位：安徽安凱汽車股份有限公司DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.0081 整車概況安凱G6 型純電動客車，更
文章來源：《安凱 G6 型純電動客車設計開發(fā)》
作者單位：安徽安凱汽車股份有限公司
DOI:10.15917/j.cnki.1006-3331.2020.01.008
1 整車概況
安凱G6 型純電動客車，更多地考慮在城郊?縣郊和鎮(zhèn)村使用?采用長軸距?短后懸設計，充分利用車內(nèi)中部空間，提高最大乘員數(shù)；采用前中開門?二級踏步?高扁平率輪胎?降低入口高度設計，便于乘客(尤其是老人和小孩)快速?便捷?安全地上下車，方便換乘分流。采用較窄車寬，適當?shù)亟档蛙嚿砀叨?，縮小轉(zhuǎn)彎半徑，提高整車通過性，對道路寬度及路況環(huán)境要求降低，充分適應城郊?縣效?鎮(zhèn)村道路的實際狀況，提高了運載的通勤效率?上客率和靈活性，大大降低了運營成本?
車身采用桁架式骨架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)輕量化 ；通過半承載底盤結(jié)構(gòu)，提高整車的被動安全性?車架采用現(xiàn)有成熟的三段式彎縱梁結(jié)構(gòu)，可靠性高；其中部采用桁架式結(jié)構(gòu)，提高整體剛度的同時，最大限度增加了電池安裝空間。通過進行CAE 分析優(yōu)化，確保骨架強度和剛度。前后橋標配板簧懸架，提高對不良路況的適應性?由于電動車電池較重，且前部開門狀態(tài)前懸較長，前橋載荷與普通8 ~10 m 城市客車不同，其前軸載荷分配比例更大，為此專門開發(fā)3.5 t 加強型窄輪距前橋，承載能力強，以充分滿足公交工況的使用要求?
主要技術參數(shù)如下：整車長6 540 mm，寬2 100mm，高2 970 mm(帶空調(diào))，軸距3 200 mm；車內(nèi)最大凈高2 000 mm；前后輪距分別為1 777 mm/1 586mm；最大乘員數(shù)45 人，整備質(zhì)量5 200 kg(帶空調(diào))；最大爬坡度(滿載) ≥16%；綜合工況電耗(不開空調(diào))≤480 Wh/ km；續(xù)駛里程336 km(半載40 km/ h等速，不開空調(diào))?
2 動力系統(tǒng)技術方案
2.1 動力系統(tǒng)主要構(gòu)成
G6 車型仍采用成熟的中央電機直驅(qū)方式。動力系統(tǒng)主要由整車控制系統(tǒng)?驅(qū)動系統(tǒng)?儲能系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)4 個部分構(gòu)成?整車控制系統(tǒng)主要完成整車控制及能源管理顯示兩部分功能，通過采集整車各個子系統(tǒng)的運行信息并進行監(jiān)控和診斷，建立通信，將驅(qū)動系統(tǒng)和車載能源管理系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，完成整個動力系統(tǒng)總成的控制功能?輔助系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向泵?打氣泵?DC/ DC 等?駕駛員向整車控制器發(fā)送操作指令后，電機控制器立即接收整車控制器的指令，實現(xiàn)整車的各種運動狀態(tài)。
2.2 驅(qū)動電機匹配選型設計
驅(qū)動電機采用安凱自主研發(fā)制造的高效率永磁同步電機?電機及電機控制器散熱采用水冷方式。
2.2.1 電機功率計算
根據(jù)汽車理論 ，汽車的功率平衡關系為：
電機功率應滿足以下3 個功能需求：
1)最高車速需求功率Pm1：
2)加速時間需求功率Pm2：
3)最大爬坡度需求功率Pm3：
代入相關參數(shù)，即可計算出Pm1?Pm2?Pm3 分別為33.8 kW?87.2 kW?59.2 kW?
2.2.2 電機扭矩計算
電機的扭矩計算，主要根據(jù)車輛最大爬坡度需求和加速需求的扭矩決定?
1)最大爬坡度需求扭矩Tm
2)加速需求扭矩M
通過計算，Tm?M 分別為820.8 Nm?396.3 Nm?
2.2.3 轉(zhuǎn)速參數(shù)確定
轉(zhuǎn)速參數(shù)要符合最高車速需求，同時要符合最佳經(jīng)濟轉(zhuǎn)速需求，以降低電耗?計算公式為 ：
根據(jù)城市客車的路譜分析，結(jié)合本車型的市場定位，計算額定轉(zhuǎn)速時需根據(jù)額定扭矩進行確定，同時保證常用車速35 ~55 km/ h 在最佳經(jīng)濟轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)(即額定扭矩值時的轉(zhuǎn)速范圍)?通過計算，最佳經(jīng)濟轉(zhuǎn)速，即額定轉(zhuǎn)速應在933.3 ~1 466.7 r/ min?
通過電機最佳經(jīng)濟轉(zhuǎn)速的計算，擬選定驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速1 200 r/ min，同時考慮通用化設計，選擇現(xiàn)有成熟電機狀態(tài)，標定最高轉(zhuǎn)速3 000 r/ min?由于城市客車最高車速限值為69 km/ h，需驗證非限速情況下，最高車速應適當高于69 km/ h?經(jīng)過計算，本車型最高車速( 不進行軟件控制的情況下) 約為89 km/ h?最終選定驅(qū)動電機性能參數(shù)見表1?
2.3 驅(qū)動電機控制器匹配
電機控制器相關功能集成在五合一控制器中，充分做到集成化?輕量化?通用化設計，而且高度集成的高壓控制柜占用空間小，充分解決電器艙空間緊張?不好布置的問題?電機控制器具體性能參數(shù)見表2?
2.4 動力電池匹配
考慮到城郊公交運營時間長?使用環(huán)境相對復雜的特點，本項目選用安全性更高?能量密度更大的磷酸鐵鋰電池。動力電池要滿足電機最大功率輸出需求，同時參照電池廠家的電芯特性和電池箱規(guī)格，確定動力電池的額定總電壓為460.8 V?
動力電池容量的確定必須考慮以下幾個因素：路況?純電動里程?電池組一致性?最低SOC 等?其計算公式為：
式中：Qbat0為動力電池理想狀態(tài)(一致性好?SOC 精度高?性能不衰退)下，滿足純電動續(xù)駛里程所需要的電量；λc 為一致性修正參數(shù)，本文取0.95；λa 為SOC 估計精度修正參數(shù)，本文取0.95?從中國城市客車典型工況 ?等速40 km/ h 工況分別計算電池所需容量?
按中國城市客車典型工況?純電續(xù)駛里程200 km計算，所需電池容量為202 Ah；按等速40 km/ h 工況?純電續(xù)駛里程300 km 計算，所需電池容量為209.9Ah?因所選電池單體容量為105 Ah(3.2 V)，所以動力電池系統(tǒng)總?cè)萘窟x擇210 Ah，可以同時滿足以上兩種工況要求?此時電池存儲能量460.8 V×210 Ah=96.8 kWh?磷酸鐵鋰動力電池系統(tǒng)最大脈沖充放電電流可達250 A(對應功率115 kW)，持續(xù)放電電流可達210 A (對應功率97 kW)，可以滿足整車額定功率和極限功率需求?防護等級為IP67，采用自然冷卻方式?電池組其他參數(shù)見表3?
3 仿真分析及驗證
3.1 仿真模型的搭建
Cruise 是針對汽車整車及部件性能的仿真軟件，可以用于車輛的動力性?燃油經(jīng)濟性以及排放性能的仿真，利用其模塊化的建模方法可以直觀和便捷地搭建不同布置結(jié)構(gòu)的車輛模型。本文使用Cruise 搭建的整車仿真模型如圖1 所示?
3.2 仿真結(jié)果及分析
根據(jù)純電動汽車仿真的要求，選擇和編輯相應的任務及工況，設置合適的仿真步長和精度?設定的計算任務有：在任務Constant Drive 中仿真最高速度和加速性能；在任務Climbing Performance 中仿真最大爬坡度；在任務Cycle Run 中仿真續(xù)駛里程。運行Cruise，得到仿真結(jié)果見表4?其中續(xù)駛里程是以充滿狀態(tài)開始到規(guī)定的SOC 下限值10%?40 km/ h 勻速行駛工況為仿真條件?
3.3 實驗驗證
樣車在試制實驗過程中順利通過了各種國家規(guī)定的性能測試項目，同時通過5 000 km 的可靠性實驗?有關實驗結(jié)果見表4?
4 結(jié)束語
安凱G6 型純電動城市客車解決了城郊?縣郊?鎮(zhèn)村公交實際載客需求和運行路況復雜的問題，受到一線?二線城市郊區(qū)?三四線城市城鄉(xiāng)結(jié)合部以及廣大縣級?鎮(zhèn)村級公交公司的歡迎?目前已在全國多地批量運營，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益?
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