电动汽车路面行驶特性仿真分析与研究

摘 要：电动汽车具有无污染和零排放的优点，成为汽车工业的一个研究“热点”。本文对电动汽车模型进行了良好路面经济车速的仿真分析，为后续研究提供了一定参考。

关键词：电动汽车；行驶特性；仿真

1 仿真设置和样机输出设置

在模型建立完以后，对模型进行多种仿真分析，用来观察模型在多种环境下的运行情况，在ADAMS/Solver进行以下5种类型的仿真分析。

（1）动力学分析（Dynamic）：适用于仿真分析自由度大于零的模型。通过求解用时间函数表示的一系列微分方程和代数方程，分析计算模型的位移、速度、加速度和模型内部的作用力。

（2）运动学分析（Kinematic）：适用于仿真分析自由度等于零的模型。通过求解一系列的代数方程，确定施力点的位移、速度、加速度的取值范围，若设定了模型中零件的质量和转矩，还可确定相应的外力和反作用力。

（3）静态分析（Static）：通过力平衡条件求解模型中各构件的静态仿真分析，模型至少有1个自由度。

（4）装配分析（Assemble）：适用于改正所有ADAMS/Solver认为定义不正确的运动副，同时也用来排除所有不适当的初始条件。

（5）线性分析（Liner）：可以线性化特定的非线性运动方程，用于确定固有频率和相应振型。

本文所建模型的自由度远大于零，因此适合于对模型进行动力学仿真。由于该模型比较复杂，约束较多，仿真步数应设置得多一些。若步数过少，仿真过程易出现问题，阻碍仿真的进行。设置完所要仿真的路面、时间、步数以后，即可进行仿真。

在ADAMS/View中可以获得模型的运动特性（如位移、速度、加速度）和力学特性（力、扭矩）方面的参数。用户也可以定义其他的输出量，为了在仿真结束后能够观察目标结构的分析数据，还要根据实际需要进行观察变量的建立和命令（REQUEST）设定。与ADAMS/View预设的输出方式相比，设置输出功能提供了较灵活的定义输出方法，建立输出的速度、加速度和角速度的输出设置要求。

2 良好路面经济车速

当车辆的发动机在额定功率下运行时，变速箱在高档位，车辆维持的车速一般作为经济车速，此时的发动机的燃油消耗率较低，经济性最好。在本文涉及的电动车的经济车速在电动机的额定输入电压的额度功率下，车辆所能维持的最高车速。

由车辆的行驶方程为：

在锥齿轮变速器的主动轴添加扭矩如图1所示，为了减少仿真开始时悬架和轮胎在整车重力的作用下的下降震动引起的波动对仿真造成的影响，扭矩的起始点与滞后点的时间间隔为1秒，这时整车震动基本出于稳定状态，先利用电动机的最大转矩，使车辆加速至较大的车速后，在逐渐降低到发动机的额定扭矩并且保持一段时间，最后的稳定车速为该车在良好路面上的经济车速。仿真结果如下图所示。

电动车模型在图1电动机的驱动力作用下，得到模型的速度和加速度曲线图。由速度曲线可以看出，模型在2.5s，即转矩作用1.5s时模型开始起步运行，这时加速度大于零，在2s 4s的时间内加速度迅速以接近线形增加，同时车速以非线性增加。当时间在4s 10s之间，由于转矩为一定值，这时加速度也相应为一确定值，车速开始以线性增加。在10s-11s内加速度随着转矩的减小而减小，速度作相应的变化。在11s以后的时间内转矩重新确定为一新的数值，这时加速度近似稳定为零，其平均值为10mm/s2，此时的车速为8.67m/s（31.2km/h），这与计算车速及实际稳定经济车速30km/h左右基本相吻合。仿真开始时曲线的波动是由于悬架处于自由状态，悬架和轮胎在整车重力作用下，其下降震动引起的波动造成的。

结束语

本文建立电动车的整车模型和添加约束的基础上，对电动车模型在良好路面输入情况下进行了仿真，仿真结果与理论数据吻合较好，进一步验证了模型的正确性，这为进一步对电动车的传动系研究建立了研究平台和奠定了基础。

参考文献

[1]陈立平，张云清，任卫群，等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]张雷.汽车动力学系统建模与虚拟仿真的研究[D].大连：大连海事大学，2006.

[3]何洪文，孙逢春，余晓江.车辆动力-传动系性能仿真的方法研究[J].北京理工大学学报，2002，22（5）：582-586.

[4]李军，刑俊文，覃文洁等.ADAMS实例教程[M].北京：北京理工大学出版社，2002.