摘 要：以微型電動自卸車為研究對象，根據(jù)微型電動自卸車的動力性設(shè)計目標(biāo)要求，對其動力系統(tǒng)部件主要包括驅(qū)動電機、傳動系統(tǒng)和動力電池進行了設(shè)計匹配選型。采用混合仿真的方法，利用ADVISOR（Advanced Vehicle Simulator）對該微型電動自卸車電機、電池及整車模型文件進行建立，再對其在循環(huán)工況下的動力性經(jīng)濟性進行仿真分析，其仿真結(jié)果表明，該微型電動自卸車的動力性和經(jīng)濟性與動力性設(shè)計要求完全吻合，即動力系統(tǒng)部件匹配合理。

關(guān)鍵詞：微型電動自卸車；動力性經(jīng)濟性；設(shè)計匹配；仿真；ADVISOR

隨著現(xiàn)代社會的迅速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人們出行主要的交通運輸工具，越來越多的汽車給人們帶來一定的便捷，但如今的建筑行業(yè)，中小型建筑工程項目的施工場地內(nèi)的短途建筑材料運輸依然依靠人力來完成，建筑工地上沒事沒課都有種種建筑材料需要移動或者使用，由于受到其運輸空間和復(fù)雜的運輸通道限制，使其運輸方式完全靠“人拉扯”的形式來運輸。這種“人拉扯”的運送建筑材料的方式至少需要1-2個人用強體力拉動，裝卸搬運繁瑣，勞動強度過大，消耗時間過長，往往由于運輸速度跟不上，影響整個建筑工程任務(wù)的完成時間。因此，微型運輸自卸車的研制得到全國建筑行業(yè)的關(guān)注。然而，又由于當(dāng)今能源困乏、環(huán)境污染等一些不容忽視的全球問題和建筑施工場地內(nèi)的噪音污染給人們帶來的不適，對于一種環(huán)保節(jié)能零排放的微型電動自卸車而言，它的發(fā)展得到全世界的關(guān)注。文章針對正在研發(fā)中的微型電動自卸車的動力系統(tǒng)進行了設(shè)計匹配，根據(jù)匹配結(jié)果利用ADVISOR搭建該微型電動自卸車各動力系統(tǒng)部件的仿真模型，再結(jié)合微型電動自卸車的工作工況進行整車在循環(huán)工況下的動力性與經(jīng)濟性仿真，并將其仿真結(jié)果和動力性設(shè)計目標(biāo)進行對比分析，確定動力系統(tǒng)設(shè)計匹配是否合理可行。

2 動力傳動系統(tǒng)設(shè)計匹配

在CATIA中對所設(shè)計的微型電動自卸車進行了外形尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖1所示為微型電動自卸車的三維模型。

整車性能指標(biāo)如表2所示。

2.1 驅(qū)動電機參數(shù)匹配選型

微型電動自卸車驅(qū)動電機作為整車的動力源，因此驅(qū)動電機的匹配主要是功率、轉(zhuǎn)速、扭矩的計算。

2.1.1 驅(qū)動電機功率的確定

根據(jù)汽車行駛功率平衡方程：

當(dāng)微型電動自卸車在平直路面上行駛最高車速時ua=umax，其爬坡阻力和加速阻力為0，所以

驅(qū)動電機最大功率不得小于汽車在最大爬坡工況下電機的功率和在全力加速要求下的車輛需求功率。

在最大爬坡工況下電機的功率

由公式（1）可知，當(dāng)汽車在最大爬坡i=15%工況下行駛時，ua=10km/h勻速；加速度為0；加速阻力為0，所以

在全力加速情況下電機的功率

根據(jù)公式（1）假設(shè)車輛在平直路面上全力加速，其坡道阻力為0，所以

2.1.2 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的確定

電機的額定轉(zhuǎn)速與峰值轉(zhuǎn)速往往存在一定關(guān)系，一般由系數(shù)？茁來表示。微型電動自卸車以直接當(dāng)行駛時，電機的轉(zhuǎn)速即為額定轉(zhuǎn)速；以最高檔、最高車速行駛時，電機的轉(zhuǎn)速為峰值轉(zhuǎn)速。

由于該微型電動自卸車對速度要求不高，所以考慮電機工作高效區(qū)的性質(zhì)，選取6000r/min以下的低速電機。

2.1.3 驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩的確定

微型電動自卸車驅(qū)動電機的最大轉(zhuǎn)矩既要保證其加速性能又要滿足最大爬坡度的要求。因此：

綜合上述分析，文章選擇的電機型號為YD160L-4-9驅(qū)動電機，其參數(shù)見表3。

2.2 傳動系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計

2.2.1 最小傳動比的確定

傳動系最小傳動比imin是由電機的最高轉(zhuǎn)速和微型電動自卸車的最高車速決定的。若是單速傳動imin=i0，i0為主減速器速比；若是多速傳動imin=i0ig，ig是變速器最高檔速比。

由于主減速器的速比選擇在4.9～6.5之間，因此兩種變速機構(gòu)都可以滿足微型電動自卸車最高車速的要求。

2.2.2 傳動系最大傳動比的確定

傳動系最大傳動比imax是由電機的峰值轉(zhuǎn)矩和自卸車的最大爬坡度決定的。若是單速傳動imax=i0；若是多速傳動imax=i0ig。

由此可見，單純靠主減速器進行調(diào)速滿足不了微型電動自卸車整車的爬坡性能，必須增加額外的變速機構(gòu)。因此文章采用多速傳動作為微型電動自卸車的傳動形式。

微型電動自卸車在換擋過程中，必須保證前一擋所能達到的最高車速大于等于后一擋電機在基速區(qū)時的車速，這樣就保證了整車行駛的平順性和動力輸出的連續(xù)性，其關(guān)系如圖2所示。

由此可見微型電動自卸車的檔位數(shù)最少有2個，但為了避免使傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，確定選擇兩檔變速器作為最終的變速方案。

綜上所述，最終確定微型電動自卸車的傳動系統(tǒng)參數(shù)如表4所示。

2.3 動力電池的匹配

2.3.1 電池組電壓的選擇

根據(jù)所選YD160L-4-9電機控制器的額定電壓300V-600V，確定動力電池組電壓為300V，由于電池單體電壓為3.2V，所以需要94串聯(lián)單體。

2.3.2 電池容量的確定

該微型電動自卸車滿載以10km/h的速度勻速行駛時的功率P0 可由公式（1）計算得到。

根據(jù)設(shè)計目標(biāo)要求微型電動自卸車滿載時以10km/h的速度在平直公路上勻速行駛的距離可長達150km，可得到車輛在勻速行駛過程中所需的能量：

微型電動自卸車在運行時，耗電附件也消耗了大量的能量，該部分約占總能量的10%；由于電池管理系統(tǒng)（BMS）對電池起保護作用，在SOC低于20%時禁止放電；另外驅(qū)動電機的機械效率約為85%。因此電池所需的總電量為：

3 整車動力性經(jīng)濟性仿真分析

ADVISOR建模：

根據(jù)整車技術(shù)參數(shù)、驅(qū)動電機參數(shù)、傳動系參數(shù)和動力電池參數(shù)對Vhicle、Motor、Transmission、Energy Storage模塊模型文件進行編輯和調(diào)用，進一步建立動力系統(tǒng)部件及整車仿真模型，如圖3～7所示。

由于電動微型運輸自卸運行過程中實際工況的復(fù)雜性，仿真循環(huán)工況以我國汽車典型測試工況CYC_UDDS作為模型輸入，電動微型運輸自卸車仿真循環(huán)工況如圖8所示。

文章對電動微型運輸自卸車的動力性仿真，主要包括其最高車速、最大爬坡度和加速性能的仿真計算；經(jīng)濟性仿真主要是工況下的續(xù)駛里程。如圖9為其動力性經(jīng)濟性仿真結(jié)果、表6為動力性經(jīng)濟性仿真結(jié)果與設(shè)計指標(biāo)的對比。

在電動微型運輸自卸車行駛過程中由于工況的復(fù)雜性，車速很難維持在一個相對穩(wěn)定的速度上，如圖10、11、12、13、14別為跟隨車速的變化曲線和電機、電池的狀態(tài)曲線以及效率圖。

通過分析仿真結(jié)果可以看出當(dāng)車輛加速行駛時，電機扭力正向增加通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪，此時電流增大；當(dāng)車輛減速制動時，車輪帶動電機進入發(fā)電狀態(tài)，此時電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為負，即車輛進入能量回收階段，向動力電池輸入電能。由仿真結(jié)果可以看出對于該電動微型運輸自卸車動力系統(tǒng)部件的匹配情況滿足動力性要求和工況要求并且車輛行駛穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

文章針對微型電動自卸車動力傳動系統(tǒng)設(shè)計問題進行研究，首先根據(jù)微型電動自卸車整車技術(shù)參數(shù)和設(shè)計目標(biāo)對整車動力傳動系統(tǒng)部件包括驅(qū)動電機、主減速、變速器和動力電池進行設(shè)計匹配，根據(jù)匹配結(jié)果對相應(yīng)部件進行選型，為了驗證匹配結(jié)果的正確性，進而基于ADVISOR建立了整車動力性經(jīng)濟性仿真模型，仿真結(jié)果完全符合整車設(shè)計指標(biāo)要求，且滿足循環(huán)工況要求，行駛穩(wěn)定，為進一步優(yōu)化動力性經(jīng)濟性提供參考，為企業(yè)研制微型電動自卸車提供可靠的理論依據(jù)。

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