古 毅

（重慶五一高級技工學(xué)校，重慶 400042）

純電動汽車動力性分析與匹配計算實例研究

古 毅

（重慶五一高級技工學(xué)校，重慶 400042）

文章針對某款A(yù)0級車為實例進(jìn)行研究，對驅(qū)動電機、動力電池的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計與匹配以及變速器的匹配設(shè)計，使整車的動力性和續(xù)駛里程滿足設(shè)計要求。

動力性分析

CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-146-03

1、整車參數(shù)

本研究所用原型車為某A0級車，整車參數(shù)如表1所示。

表1 純電動汽車整車主要參數(shù)

2、動力性指標(biāo)

車輛行駛的動力性能可用以下四個指標(biāo)來評價：最高車速、加速性能、最大爬坡度和續(xù)駛里程。該電動汽車的動力性指標(biāo)如表2所示：

表2 某型純電動汽車的動力性和續(xù)駛里程參數(shù)表

（1）最高車速：在城市區(qū)域行駛的車輛一般最高車速不大于100km/h，本文設(shè)計為95km/h。

（2）加速性能：本文取2項加速測試，0～50 km/h和50～80km/h，加速所需要的最短時間來表示。

（3）最大爬坡度：純電動汽車的最大爬坡度一般要求大于25%，本文選擇坡度為25%

（4）續(xù)駛里程：本文取行駛里程為100km。

3、電動汽車驅(qū)動力與行駛阻力特性分析

要確定電動汽車的動力性能，首先得確定電動汽車在行駛過程中的運動狀況。

電動汽車的行駛方程：

式中，F(xiàn)t為驅(qū)動力；為行駛的阻力之和。

（1）電動汽車的驅(qū)動力

電動汽車驅(qū)動電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，通過傳動系傳遞到驅(qū)動車輪，此時作用在驅(qū)動車輪上的轉(zhuǎn)矩Tt，產(chǎn)生一對地面圓周力F0，地面又對驅(qū)動車輪產(chǎn)生反作用力Ft，F(xiàn)0就是驅(qū)動汽車行駛的外力，稱為汽車的驅(qū)動力。

（2）電動汽車的行駛阻力

電動汽車在水平路面上勻速行駛時，受到的阻力包括路面的滾動阻力Ff，來自空氣的空氣阻力Fw；當(dāng)電動汽車在上坡行駛時受到的阻力包括重力在坡度方向的分力即坡度阻力Fi；當(dāng)電動汽車在加速行駛時受到的阻力還包括加速阻力Fj，所以，電動汽車在行駛過程中受到的總阻力是：

（3）電動汽車的行駛方程和驅(qū)動條件

電動汽車的動力性能不只受到驅(qū)動力的限制，還受到輪胎與地面附著條件的制約，此時，驅(qū)動力Ft大于附著力V附，為了不使驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)，應(yīng)該使汽車的驅(qū)動力Ft小于或者等于地面的附著力，即：

4、驅(qū)動電機參數(shù)的匹配設(shè)計

電機基本參數(shù)包括額定功率，最大扭矩，調(diào)速范圍等，其必須滿足所有上述動力性能要求。本文選定的驅(qū)動電機類型為永磁直流無刷電機。

（1）驅(qū)動電機額定功率和峰值功率的匹配設(shè)計

根據(jù)最高車速計算時，考慮汽車在坡度為0的路面上勻速行駛，其消耗功率為：

該式中：M——整車質(zhì)量（kg）；根據(jù)《電動汽車動力性能實驗方法》（GB/T18385-2005）中3.2“電動汽車試驗質(zhì)量”取整備質(zhì)量加180kg即為1380kg。

f——滾動阻力系數(shù)，取0.16

c——風(fēng)阻系數(shù)，取0.35

A——迎風(fēng)面積（m2），取2.11

Umax——最大車速（km/h），取95

則電動機需求功率為：

式中：ηt為機械效率，取0.9

當(dāng)車輛在勻速爬坡過程中還要受到坡度阻力，故其消耗的功率為：

式中：i為坡度

u為爬坡車速；

當(dāng)該車滿足最大爬坡度需求，即以15km/h的速度爬上25%的坡時電機所需功率為：

電機的額定功率應(yīng)該同時滿足以上所有條件，即P≥max{P1,P2}

這里P取14.02kw?？紤]到車上燈光用電需求，所以取驅(qū)動電機功率為16kw。根據(jù)下式，有額定功率估計電動汽車驅(qū)動電機的峰值功率：

式中，λ為電機的過載系數(shù)，λ一般取2～3。

經(jīng)過上式計算，初步確定驅(qū)動電機的額定功率為16kw，電機過載系數(shù)為2.25，電機峰值功率為40kw。

（2）驅(qū)動電機額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)矩的確定

驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的高低會影響與電機配套的變速器和電池的選擇，而且造成驅(qū)動電機的制造成本的提升。本文中將選擇介于6000-10000r/min的中速電機。

驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之間有一個比值關(guān)系，這個比值稱為電機擴大恒功率區(qū)系數(shù)β，β值越大，電機在低轉(zhuǎn)速時可以獲得的轉(zhuǎn)矩越高，高轉(zhuǎn)矩有利于汽車加速和爬坡的性能，本文β值取4。

由于本文選擇的是介于6000-10000r/min的中速電機。因而初步選定驅(qū)動電機的額定轉(zhuǎn)速在2000r/min左右。另外，根據(jù)公式4-15可以確定功率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。

（3）驅(qū)動電機額定電壓的選擇

根據(jù)之前確定的電機的額定功率，我們選定電機的額定電壓在300V左右。因此永磁無刷驅(qū)動電機其參數(shù)如下表3所示：

表3 永磁無刷電機參數(shù)

4、電動汽車傳動系速比參數(shù)設(shè)計

4.1 傳動系速比的參數(shù)設(shè)計

（1）電動汽車在驅(qū)動狀態(tài)下，汽車的最大驅(qū)動力必須不能超過地面對汽車輪胎的附著力，確定傳動系速比的上限：

（2）電動汽車以最大爬坡度行駛時受到的行駛阻力和驅(qū)動電機以低轉(zhuǎn)速工作時輸出的最大轉(zhuǎn)矩，來確定傳動系速比下限：

由于汽車在爬坡的時候受到的阻力比在平路上要大很多，因而傳動比下限按照電動汽車在爬最大坡度的工況下來求。

4.2 傳動系變速比驗證

根本文選用固定速比減速器，固定速比為8.22。

（1）電動汽車以最高車速行駛時：

電動汽車以最高車速95km/h行駛時，驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速為：

根據(jù)公式4-21可以求出當(dāng)爬坡度為25%時，汽車受到的行駛阻力為3238.5N，由公式4.19計算得出車輪的驅(qū)動力Ft為3836.5N。此時Ft>∑F，所以變速器能夠滿足電動汽車最大爬坡度的要求。

5、電池組的參數(shù)設(shè)計

（1）電池組的數(shù)量

所選定的電池組數(shù)量必須滿足汽車行駛過程中所需最大功率的要求，即由最大功率選擇蓄電池數(shù)目。所以電池組的數(shù)目為：

（2）動力電池的電量必須滿足電動汽車?yán)m(xù)駛里程，即由里程選擇電池容量。

式中，Vele為車速70km/h；Pele為電動汽車以時速70km/h行駛時所需的功率；C為蓄電池的額定容量；S為70km/h勻速行駛時的續(xù)駛里程；U為蓄電池電壓；ξsoc取1即假設(shè)電池可以實現(xiàn)完全充電。計算得出C為53.83Ah。

（3）電池組電壓的計算

根據(jù)計算得到的單體電池組數(shù)目為25個，每個單體電池組的電壓約為12V，故總的電池組電壓約為300V。

綜上，經(jīng)過匹配設(shè)計初步選定的電池參數(shù)如下表4所示：

表4 鎳氫電池參數(shù)Table 4.4 Parameters of the NI-MH battery

6、動力系統(tǒng)的匹配結(jié)果

根據(jù)電動汽車整車動力性和續(xù)駛里程的要求，對動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計匹配的研究，其匹配結(jié)果如下表5所示：

表5 某型純電動汽車傳動系參數(shù)

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Pure electric vehicles matching performance analysis and calculation example research

Gu Yi
( May 1 senior vestibule school of chongqing, Chongqing 400042 )

In this paper, a new class A0 car as an example, the parameters of the driving motor, power battery design and matching and the matching design of transmission, the power performance of vehicle travel distance and meet the design requirements.

dynamic analysis

U469.7

A

1671-7988 (2017)10-146-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.051

古毅，就職于重慶五一高級技工學(xué)校。