婁 云，陳毅超

（1.河南工學院 車輛與交通工程學院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.新鄉(xiāng)市場地電動車工程中心，河南 新鄉(xiāng) 453003；3.南京金龍客車制造有限公司，江蘇 南京 211200）

0 引言

某型號燃料電池城市客車是為減少碳排放而開發(fā)的。該車采用全承載式骨架結構，驅動方式為4×2 后置電機驅動；采用4.5t（噸）低入口前橋，工字梁結構，配備盤式制動器；采用9t（噸）后橋，配備盤式制動器。

1 整車參數(shù)

表1 整車參數(shù)表

2 動力系統(tǒng)主要性能指標的選擇

2.1 動力系統(tǒng)最大功率Pemax; 和相應轉速np

根據(jù)設計應達到的最高車速umax(km/h)初步選擇驅動功率。電動汽車在水平路面上勻速行駛時，驅動力用于克服滾動阻力和空氣阻力，驅動電機功率應大體等于但不小于設計最高車速行駛時行駛阻力功率之和[1]，即

式中，Pemax;; 為動力系統(tǒng)最大功率（kW）；;為傳動系統(tǒng)效率，驅動橋用單級主減速器的汽車可取90%；m為汽車總質量（kg）；g為重力加速度（m/s2）；f為滾動阻力系數(shù)；CD為空氣阻力系數(shù)，客車取0.50～0.80；A為汽車正面投影面積（m2）。表2 為燃料電池樣車動力性計算需要的參數(shù)。

表2 燃料電池樣車動力性計算參數(shù)表

當設計最高車速為69km/h 時，需要的電機功率計算結果為61kW。

動力系統(tǒng)的瞬時功率應能滿足[1]：

整車以15km/h 速度爬18%坡度需要的動力系統(tǒng)功率為131.9kW。

通過以上初步估計并考慮到經(jīng)濟性，選擇永磁同步電機。其主要參數(shù)：額定功率80kW，最大功率150kW，額定轉速1400rpm，最高轉速3500rpm；額定扭矩545N·m，峰值扭矩1700 N·m。電機的額定功率滿足最高車速要求，電機的瞬時最大功率滿足最大爬坡性能要求。

2.2 主減速器速比的選擇

傳動比對電動汽車的動力性能和耗電經(jīng)濟性有較大的影響。一般來說，傳動比越大，加速性能和爬坡能力越強，但耗電經(jīng)濟性越差。如果傳動比過大，則不能發(fā)揮驅動電機的全部功率以達到應有的車速。傳動比越小，最高車速越高，耗電經(jīng)濟性越好，但加速和爬坡能力越差[2]。

車輛傳動比it=igi0，其中i0，ig分別為主減速器速比和變速器速比。因采用直驅電機，所以變速器速比ig=1，it=i0。電動汽車最小傳動比可由最高車速求得，最小傳動比為; in為：

選擇最大傳動比，要考慮三方面問題：最大爬坡度、附著率和車輛最低穩(wěn)定速度。最大傳動比i; 可表示為[1]：

一般城市電動客車應具有滿足爬坡度為15%坡道的能力，當最大爬坡度i;選取18%時，計算可得最大傳動比

出于對整車動力性、耗電經(jīng)濟性、噪音以及可供選擇主減速比的綜合考慮，選擇主減速比i0=6.14。

2.3 整車動力性計算

2.3.1 最高車速

最高車速是指在無風條件下，在水平、良好的瀝青或混凝土路面上，汽車所能達到的最大行駛速度[1]。在設計過程中，電動汽車的最高車速可表示為[3]：

2.3.2 加速時間

電動汽車加速時間包括汽車的原地起步加速時間和超車加速時間。加速時間越短，汽車的加速性就越好，整車的動力性也就越強。

（1）原地起步加速時間：指汽車在靜止狀態(tài)下，由第一檔起步，并以最大的加速度逐步換至高檔后達到某一預定的車速或距離所需要的時間。目前常用0～100km/h 所需的時間來評價，但因車速和工況限制，城市客車可用0～50km/h 所需時間來評價[4]。

（2）超車加速時間：由某一車速開始，用最高檔或次高檔全力加速至某一高速所需要的時間，用來表示汽車超車時的加速能力[5]。目前常用48～112km/h 所需的時間來評價[6]，但考慮到城市客車的特殊工況，常用30km/h～60km/h 所需時間來評價[7]。加速時間可由下式表示[8]：

式中：u1為加速行駛時的起始車速，un為電機額定轉速所對應的車速，u2為加速行駛時的終止車速，車速單位均為km/h。

由上式帶入相關參數(shù)計算可得加速時間：t= 14.6s。

（3）繪制驅動力-行駛阻力平衡圖。

（4）最大爬坡度imax是指汽車滿載時在良好路面上用第一檔克服的最大坡度。爬坡度用坡度角正切值的百分數(shù)來表示[1]。車輛最大爬坡度可根據(jù)后面的爬坡度曲線圖得出[9]。

驅動力-行駛阻力平衡圖和最大爬坡度視圖分別如圖1 和圖2 所示。

圖1 驅動力-行駛阻力平衡圖

圖2 最大爬坡度視圖

由圖2 分析可得，在車速ua=15km/h 時車輛的最大爬坡度為18.01%。

3 結語

針對某型號燃料電池城市客車動力性設計要求，通過對最高車速、加速時間、最大爬坡度以及最小傳動比、最大傳動比的設計計算，選配了永磁同步電機和主減速器。經(jīng)計算，所匹配動力總成滿足國家標準和設計要求。經(jīng)過試運行，該燃料電池城市客車的動力性能夠滿足使用要求。