山東德州學(xué)院汽車工程學(xué)院 胡乃永 于士軍 張琦

1 引言

電動汽車是未來取代燃油汽車，成為人們代步工具的首要選擇車型，具有廣闊的發(fā)展前景。電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計目的是使電動汽車的動力性滿足要求，即：最高車速vmax（km/h）、加速時間tf（s）、最大爬坡度imax滿足設(shè)計要求。我國的電動汽車大多是建立在傳統(tǒng)汽車的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。因此，本文將根據(jù)電機(jī)特性及實際應(yīng)用來介紹電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計[1]時的流程。

2 電動汽車動力性能的分析

2.1 行駛阻力

由于電動汽車在行駛過程中受到阻力，根據(jù)力的平衡關(guān)系建立電動汽車的行駛方程式：

式中，F(xiàn)t為驅(qū)動力；ΣF為行駛阻力之和。

驅(qū)動力Ft是驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩Tm經(jīng)傳動系傳到驅(qū)動輪上得到的。

2.2 電機(jī)功率

對汽車行駛方程式兩邊同時乘以電動汽車行駛的速度va，經(jīng)過整理得：

在設(shè)計中一般通過最高車速來選擇驅(qū)動功率。當(dāng)電動汽車在水平路面上勻速行駛時，汽車僅受空氣阻力Fw和滾動阻力Ff。此時，電動汽車的電機(jī)功率應(yīng)大于等于最高車速行駛時的行駛阻力功率之和。

電動汽車的瞬時功率Pm滿足的車輛爬坡要求為：

2.3 最高車速

電動汽車設(shè)計中，最高車速計算公式為:

式中，imin表示最小傳動比；nm(r/min)表示驅(qū)動電機(jī)工作轉(zhuǎn)速；Ft(N)表示電動汽車的驅(qū)動力；nmax(r/min)表示驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速；vmax為車輛的最高車速。

2.4 加速時間

電動汽車加速時間計算方式，如下：

式中，v1（km/h） 表示起始車速；vn（km/h）表示額定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的車速；v2（km/h）表示終止車速。

2.5 最大爬坡度

電動汽車的爬坡能力，計算公式為：

2.6 傳動比

式中，ig表示變速器的傳動比；i0表示主減速器的傳動比。

當(dāng)汽車爬較大坡時，汽車的車速較低，空氣阻力可以忽略不計，此時電動汽車最大驅(qū)動力為：

在設(shè)計汽車傳動系時，為了避免汽車在松軟地面上行駛時可能對汽車造成損害，itmax應(yīng)保證汽車在極低車速下穩(wěn)定行駛。若最低車速為vamax，則傳動系最小傳動比應(yīng)為：

3 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

整體性能設(shè)計要求：

（1）最高車速 vmax≧100km/h；

（2）最大爬坡度imax≧30%；

（3）100m加速時間 tf≦16s；

（4）續(xù)駛里程S≧140km。

3.1 電機(jī)的選定

在最高車速為100km/h時，由公式（3），計算得Pm=16.6kw。當(dāng)坡度較大時，驅(qū)動電機(jī)的輸出主要用于克服阻力做功。由公式（4）可以計算出不用狀態(tài)下電動汽車對電機(jī)的需求，如圖1所示，當(dāng)車速為40km/h，爬坡度為30%時，由公式（4）計算可得Pm=40.3kw。

圖1 坡度為30%時驅(qū)動電機(jī)功率

選擇20kw永磁同步驅(qū)動電機(jī)，主要參數(shù)如下:

名稱 單位額定電壓 270V額定功率 22kw瞬時最大功率 48kw額定轉(zhuǎn)速 3500r/min最高轉(zhuǎn)速 5500r/min額定扭矩最大扭矩71.8Nm 240Nm

本次設(shè)計的電動汽車主要應(yīng)用于城市道路，坡度一般最大10°在左右。

3.2 傳動比

由公式（9）計算得變速器1擋傳動比ig1=1.7，最小傳功比由公式（10）計算得imin=4.5，驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速比一般都大于或等于2，考慮到所用電機(jī)應(yīng)結(jié)構(gòu)較簡單且電機(jī)可控性較好，故本次設(shè)計采用減速比為4.1的主減速器。

3.3 加速時間

根據(jù)公式（6）100m加速時間:tf=6.75+7.13=13.88s

式中，6.75s表示恒轉(zhuǎn)矩加速時間；7.13s表示恒功率區(qū)加速時間。

4 結(jié)束語

驅(qū)動系統(tǒng)的匹配設(shè)計是電動汽車整體設(shè)計的第一步，也是電動汽車設(shè)計中非常重要的一步。本文根據(jù)理論應(yīng)用對電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計與計算。結(jié)果表明，用鋰離子電池作為電動汽車的能源，可以滿足最高車速、加速時間、最大爬坡度以及續(xù)駛里程等的設(shè)計要求。

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