德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 王萌萌 于士軍

電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配及優(yōu)化

德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院 王萌萌 于士軍

電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)正常運(yùn)行的動(dòng)力保障，其參數(shù)與匹配質(zhì)量會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的整體性能帶來(lái)極大的影響。以電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能為切入點(diǎn)，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇方式以及匹配方法進(jìn)行了深入分析，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行了優(yōu)化探析。

電動(dòng)汽車(chē)；傳動(dòng)系統(tǒng)；電機(jī)；動(dòng)力電池

1 引言

電動(dòng)汽車(chē)和普通汽車(chē)不同之處是電動(dòng)汽車(chē)是由車(chē)載電源提供行駛的動(dòng)力，用電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)，而普通汽車(chē)是通過(guò)點(diǎn)火裝置來(lái)提供動(dòng)力。電動(dòng)汽車(chē)的工作原理是由蓄電池提供恒定的電流輸出，然后通過(guò)電力調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換成可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流和電壓，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由此可見(jiàn)，電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的有效性是汽車(chē)正常運(yùn)行的動(dòng)力保障，其參數(shù)與匹配質(zhì)量是決定汽車(chē)整體性能的關(guān)鍵因素。

2 電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配

2.1 電機(jī)參數(shù)匹配

ηt表示電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)械傳動(dòng)效率；

表1 電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)參數(shù)及性能要求

2.2 動(dòng)力電池參數(shù)匹配

其中，κ表示最大放電倍率；

Cb表示單體電池電容；Ub表示單體電池電壓；

ηmc表示電動(dòng)機(jī)及其控制器效率

其中，QNEDC表示車(chē)輛在NEDC工況下的百里油耗量；

SNEDC表示車(chē)輛在NEDC工況下的續(xù)駛里程；

則所需要的單體數(shù)N=max Np,N﹛ ﹜s。

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的選擇

傳動(dòng)比是汽車(chē)機(jī)構(gòu)中兩轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件角速度的比值，電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)比的選擇依賴(lài)其動(dòng)力性能的要求，需滿足：

其中，Umax表示電動(dòng)汽車(chē)的最高車(chē)速；ηmax表示電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；Fumax表示電動(dòng)機(jī)最高車(chē)速時(shí)對(duì)應(yīng)的行駛阻力；Tumax表示電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的輸出扭矩；Tmax表示電動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩；Fimax表示電動(dòng)汽車(chē)最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力。

2.4 電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配結(jié)果

表2 電動(dòng)汽車(chē)匹配參數(shù)

Pi表示電動(dòng)汽車(chē)在各個(gè)狀態(tài)下消耗的功率；

i表示電動(dòng)汽車(chē)的整體傳動(dòng)效率；

Li表示各個(gè)狀態(tài)下的行駛距離；

λ1,λ2表示加權(quán)系數(shù)。

2.5 建立約束條件

約束條件包括電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)比分配、續(xù)駛里程及動(dòng)力性能。其中動(dòng)力性能的約束包括加速性能、爬坡性能以及最大行駛車(chē)速三個(gè)方面。通常，汽車(chē)的加速性能和爬坡性能滿足要求，其最大行駛車(chē)速也會(huì)滿足要求。因此，只需約束汽車(chē)的爬坡性能、加速時(shí)間即可。對(duì)動(dòng)力性能的約束如下:

其中，F(xiàn)f表示電動(dòng)汽車(chē)的滾動(dòng)阻力；

Ft表示電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力；

Fω表示空氣阻力；

δ表示汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。續(xù)駛里程的約束主要包含汽車(chē)等速行駛時(shí)的續(xù)駛里程約束和工況行駛時(shí)的續(xù)駛里程約束，對(duì)續(xù)駛里程的約束如下:

其中，W表示電池的總能量；

s表示每工況行駛距離。

以Ⅲ檔變速器為傳動(dòng)比分配約束條件，由于各檔傳動(dòng)比與

對(duì)傳動(dòng)比的約束如下:

所以遺傳算法優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)速比的適應(yīng)度函數(shù)為:

其中，σ為罰因子，值域?yàn)椋?，+∞）。

3 電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)化結(jié)果

表3 電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)石油資源的日益匱乏，電動(dòng)汽車(chē)勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)的主要代步工具之一，但是對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研究還處于起步階段，通過(guò)對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配及優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果表明，優(yōu)化后的電動(dòng)汽車(chē)更好地滿足了設(shè)計(jì)要求，即滿足了動(dòng)力性能和續(xù)駛里程的要求，使車(chē)輛的綜合性能指標(biāo)得到了顯著提升。