1、山西中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院 黃冠 2、山西中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 崔俊杰

1 引言

目前，隨著能源枯竭，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，各國致力于發(fā)展節(jié)能環(huán)保的汽車[1]。電動汽車是以電為能源，通過電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這完全符合研制零污染汽車的理念。本文以中通客車為原型，對動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行選擇，通過CRUISE軟件進(jìn)行建模仿真，從而實現(xiàn)電動汽車動力系統(tǒng)的最佳匹配。

2 動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件選型

2.1 驅(qū)動電機(jī)的選取

驅(qū)動電機(jī)是電動客車的核心部件，它將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。驅(qū)動電機(jī)的功率直接決定了汽車的動力性，電機(jī)的功率越大汽車的動力性越好。電動機(jī)的峰值功率應(yīng)該滿足汽車的動力性能指標(biāo)。

電動客車具體參數(shù)和性能指標(biāo)如表1所示。

表1 電動客車具體參數(shù)和性能指標(biāo)

根據(jù)最高車速確定電動客車最大功率pmax1：

式中 η=0.9，m=6900kg，vmax=69km/h。

根據(jù)爬坡度確定電動客車的最大功率pmax2：

式中 α=arctan(20%)，v0=15km/h。

由加速性能來確定最大功率pmax3[2]：

式中 T=9s，δ≈1.035，vt=30km/h。

可求得：pmax1=45.94kw，pmax2=67.66kw，pmax3=119.12kw。

對于客車動力性三項指標(biāo)計算的各自最大功率，電動機(jī)峰值功率pmax必須滿足如下公式：

本文選取電動機(jī)的峰值功率為pmax=120kw,此，外，一般電動機(jī)的過載系數(shù)為2～3，可確定電動機(jī)的額定功率為pn=60kw。

電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速可由客車的最高車速確定，計算公式如下：

式中 r=0.439m，i=5.571。

計算得nmax＞2323r/min。汽車在實際運(yùn)行時可能超載，選取的電動機(jī)nmax應(yīng)為大于對應(yīng)最大車速時的轉(zhuǎn)速[3]。可選取電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速nmax=4000r/min，額定轉(zhuǎn)速為nn=1600r/min。

由式(6)可以取得電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為Tn=358Nm。

電動機(jī)具體參數(shù)如下：

表2 驅(qū)動電機(jī)參數(shù)

2.2 動力電池的選取

動力電池是電動汽車能源中心，提供電能用于驅(qū)動汽車運(yùn)行。動力電池儲存的能量要能滿足一定的行駛里程，本文利用勻速工況法進(jìn)行續(xù)駛里程計算，選取合適容量的動力電池。

假設(shè)客車以等速v=30km/h行駛，此時消耗的功率為：

汽車行駛需要的能量為：

動力電池實際放出的能量為：

式中WB為汽車電器負(fù)載消耗的能量，約占總能量的20%；λsoc為電池組有效電容量系數(shù)，該系數(shù)取0.8。

動力電池容量為：

式中為UB電池組的平均工作電壓380V。

由式(7)、(8)、(9)、(10)可求得滿足續(xù)駛里程 s=120km的最小電池容量C=245.6Ah，最終選取動力電池的容量C=260 Ah。本文選取鋰離子動力電池，容量為260Ah，標(biāo)稱電壓(3.2×115)V。

3 整車仿真與性能分析

本文利用AVLCRUISE軟件進(jìn)行仿真實驗，首先建立電動客車模型，把整車參數(shù)輸入模型，建立機(jī)械連接和電氣連接，然后創(chuàng)建加速、坡度、最高車速、續(xù)駛里程等試驗任務(wù)進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果如下。

圖1 客車加速圖

圖2 客車爬坡性能圖

圖3 客車車速與電機(jī)轉(zhuǎn)速

由圖1可以看出，客車從0km/h-31km/h所需要的時間為8.5s左右，能夠滿足客車的加速性能。圖2為客車的爬坡能力試驗仿真圖，客車在v≤20 km/h時爬坡度為21.8%左右。圖3為客車車速與電機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)關(guān)系，由圖可知電機(jī)轉(zhuǎn)速為4000r/min，對應(yīng)車速為75 km/h，滿足汽車行駛要求。

圖4 UDC工況

圖5 UDC工況下SOC變化曲線

圖4是UDC工況圖，客車行駛里程仿真試驗是在多重UDC工況下進(jìn)行。圖5是客車行駛里程的仿真實驗結(jié)果，當(dāng)SOC下降到40%時，客車能行駛200km以上，足以滿足汽車的行駛性能。

4 總結(jié)

本文通過給定的客車性能參數(shù)，對電動客車的關(guān)鍵部件進(jìn)行了分析選型。確定驅(qū)動電機(jī)和動力電池的性能參數(shù)后，通過CRUISE軟件建立了整車模型，進(jìn)行了仿真試驗，驗證了仿真模型的正確性和有效性,為電動客車的設(shè)計、動力性能預(yù)測和分析提供了一種有效的方法和手段。

[1]景柱,符純明,干年妃.純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配與仿真[J].汽車工程學(xué)報,2013,3(1):54-58.

[2]曾小華,宮維鈞.ADVISOR 2002電動汽車仿真與再開發(fā)應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[3]林鑫焱,葛如海,王斌,劉德仿.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究[J].機(jī)械制造,2014,52(600):6-10.