蔣志偉

(江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300)

微型電動(dòng)汽車性能參數(shù)匹配與仿真

蔣志偉

(江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300)

以林海某款微型電動(dòng)汽車為例，按照性能指標(biāo)要求，通過理論分析和計(jì)算來匹配電機(jī)和電池參數(shù)。最后通過仿真軟件Advisor進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明性能參數(shù)匹配合理。

微型電動(dòng)汽車；參數(shù)；計(jì)算匹配；仿真

隨著能源和環(huán)境危機(jī)的加劇，電動(dòng)汽車已成為未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向。其中，微型電動(dòng)汽車因其輕便節(jié)能環(huán)保和能夠滿足日常出行需要，正在逐漸成為一種重要的交通工具。動(dòng)力系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的核心部分，其各部件間的匹配將直接影響汽車的性能、成本和經(jīng)濟(jì)性，因此對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力部件進(jìn)行合理的參數(shù)選取與匹配非常重要[1-6]。

1 整車性能計(jì)算

1.1 整車參數(shù)及性能指標(biāo)

電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要由最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度三個(gè)指標(biāo)來評(píng)定。

林海某款微型電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo)分別見表1、表2。

表1 某款電動(dòng)汽車的整車參數(shù)

參數(shù)名稱參數(shù)值整備質(zhì)量/kg800滿載質(zhì)量/kg1100額定載客/人4軸距/mm2170迎風(fēng)面積/m223輪胎型號(hào)155/65R13減速比10

表2 某款電動(dòng)汽車性能指標(biāo)

指標(biāo)名稱技術(shù)指標(biāo)最高車速/km·h-1400～30km/h加速時(shí)間/s≤10最大爬坡度20%總續(xù)駛里程/km≥80

1.2 動(dòng)力性能匹配

1.2.1 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速

(1)

式中：u為車速(km/h)；rr為輪胎滾動(dòng)半徑(mm)；i為減速比。

通過計(jì)算可得電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速n=3 989 r/min。

1.2.2 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速

在日常行駛過程中，考慮到車輛的實(shí)際使用情況及其經(jīng)濟(jì)性，通常以常規(guī)車速來確定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。設(shè)定常規(guī)車速為30 km/h，通過計(jì)算可得電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=2 986 r/min。

1.2.3 最高車速行駛所需功率

車輛在正常道路上以最高車速行駛時(shí)，需要克服的阻力有滾動(dòng)阻力和空氣阻力。所需功率P1為：

(2)

式中：η為傳動(dòng)效率；m為整車質(zhì)量(kg)；g為重力加速度(m/s2)；f為輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)；umax為最高車速(km/h)；CD為空氣阻力系數(shù)；A為車輛的迎風(fēng)面積(m2)。

通過計(jì)算可得所需功率P1=2.4 kW。

1.2.4 最大爬坡時(shí)所需功率

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18385-2005《電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法》[7]所規(guī)定的爬坡性能來計(jì)算電機(jī)所需要的功率，車輛的最大爬坡度應(yīng)不低于20%。在計(jì)算最大爬坡行駛功率時(shí)忽略了加速阻力功率和相應(yīng)的空氣阻力功率。由于低速電動(dòng)汽車爬坡時(shí)速度不高，因此此處只計(jì)算了以15 km/h車速勻速爬坡時(shí)所需的功率。其計(jì)算公式為：

(3)

通過計(jì)算可得最大爬坡所需功率P2=7.63 kW。

1.2.5 滿足加速性能時(shí)所需功率

車輛加速時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)所需功率為加速時(shí)的滾動(dòng)阻力、空氣阻力和加速阻力功率之和，根據(jù)加速性能確定電機(jī)功率的計(jì)算公式為：

(4)

通過計(jì)算可得加速所需功率P3=8.6kW。

1.2.6 電機(jī)功率和扭矩計(jì)算

電機(jī)峰值功率應(yīng)能同時(shí)滿足車輛對(duì)最高車速、爬坡度及加速時(shí)間的要求，即Pmax≥max(P1,P2,P3)。

電機(jī)額定功率與峰值功率之間的關(guān)系為：

Pmax=Pe×λ

(5)

式中：λ為電機(jī)過載系數(shù)，一般取2～3。

根據(jù)計(jì)算，確定電機(jī)的額定功率為4 kW，通過上式可計(jì)算出電機(jī)的最大功率為8～12 kW，能夠滿足最大所需的功率。

電機(jī)扭矩計(jì)算公式為：

(6)

式中：n取基速，電機(jī)峰值扭矩=27.4 N·m；額定扭矩=12.73 N·m。

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果確定的電機(jī)參數(shù)見表3。

表3 電機(jī)參數(shù)

額定功率/kW最大功率/kW額定轉(zhuǎn)速/r·min-1最高轉(zhuǎn)速/r·min-1額定扭矩/N·m最大扭矩/N·m410300050001273>30

1.3 蓄電池參數(shù)匹配

動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的唯一能量來源，其容量將直接影響車輛的續(xù)駛里程。微型電動(dòng)汽車主要以鉛酸電池為主，其能夠適應(yīng)大電流放電，具有免維護(hù)、壽命長(zhǎng)、充電接受能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

根據(jù)續(xù)駛里程計(jì)算電池容量，設(shè)計(jì)要求電動(dòng)汽車以額定車速40 km/h勻速行駛，續(xù)航里程應(yīng)不小于80 km，考慮電池的放電深度約為0.8。

(7)

式中：S為續(xù)航里程(km)，v為額定車速(km/h)。

通過計(jì)算可得所需能量Eb≥8 kW。考慮到微型電動(dòng)汽車實(shí)際行駛時(shí)經(jīng)常有加速、剎車、爬坡等不同的工況和其他附載電器件(燈光、雨刷等)的能量損耗，因此確定選擇60 V 120 Ah的鉛酸免維護(hù)膠體電池。

2 性能仿真

Advisor是基于Matlab和Simulink軟件環(huán)境下開發(fā)的電動(dòng)汽車仿真軟件，其可以對(duì)各種汽車的零部件模型或整車進(jìn)行仿真，是一款優(yōu)質(zhì)的電動(dòng)汽車仿真軟件。按照步驟首先建立電動(dòng)汽車模型，然后對(duì)各模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最后模擬微型電動(dòng)汽車的行駛狀況[8-9]。

圖1所示為典型的城市行駛工況。海拔高度為0 m，最高車速為40 km/h，平均時(shí)速為11 km/h，工況時(shí)間為1 089 s，總里程3.32 km。

圖1 城市工況

圖2所示為車輛在一個(gè)循壞工況下的蓄電池SOC(State of Charge，荷電狀態(tài)，也稱剩余電量)的變化情況。從圖2可以看出隨著時(shí)間里程的增加SOC逐漸減少，但下降平穩(wěn)。

圖2 電池SOC

圖3所示為一個(gè)循環(huán)工況下電流和扭矩的變化曲線。從仿真結(jié)果可以看出，微型電動(dòng)汽車的性能基本能夠滿足城市工況。

圖3 電流和扭矩曲線

3 結(jié)束語(yǔ)

以某微型電動(dòng)汽車為例，在給定整車參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)動(dòng)力性能指標(biāo)，通過汽車?yán)碚撚?jì)算得出主要參數(shù)，再采用Advisor軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明了參數(shù)匹配的合理性。

[1] 王冰.增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

[2] 余銀輝.微型電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)匹配及驅(qū)動(dòng)優(yōu)化研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2009.

[3] 申彩英，李孟柯.微型純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(4)：255-259.

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[5] 馬東輝，吳煜，王猛猛.電機(jī)在新能源汽車上的應(yīng)用[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2013，41(6)：13-17.

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[7] GB/T 18385-2005，電動(dòng)汽車動(dòng)力性能試驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[8] 曹振新，虞海波，馬成偉.微型純電動(dòng)汽車的動(dòng)力參數(shù)匹配與仿真研究[J].機(jī)械制造，2014，52(593)：25-28.

[9] 劉和平，余銀輝，王強(qiáng)，等.微型電動(dòng)轎車動(dòng)力性匹配設(shè)計(jì)及仿真[J].2010，43(5)：56-58.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Matching and Simulation of Performance Parameters of Micro-electric Vehicles

JIANG Zhi-wei

(Jiangsu Linhai Power Machinery Group Co.，Ltd.，Taizhou Jiangsu 225300，China)

Taking a Linhai micro-electric vehicle as an example，according to the requirements of the performance index，the matching motor and the battery parameters are analyzed and calculated through the theoretical analysis.Finally，the simulation software Advisor is used for verification，and the simulation results show that the performance parameter matching is reasonable.

micro electric vehicle；parameters;calculation matching；simulation

2016-08-09

蔣志偉(1984-)，男，江蘇泰州人，工程師，學(xué)士，主要從事新能源汽車電器研究，E-mail：269698011@qq.com。

U469.7；TP391.9

A

2095-2953(2017)01-0041-03