王旭彤，于士軍

（1.德州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，山東 德州 253023；2.德州學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，山東 德州 253023）

電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力性能參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

王旭彤1，于士軍2

（1.德州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，山東 德州 253023；2.德州學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，山東 德州 253023）

以零排放、噪聲低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而得到大力推廣的電動(dòng)汽車(chē)為研究對(duì)象，對(duì)其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行分析研究，根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)加速、爬坡等動(dòng)力性能要求，以及整車(chē)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性等要求，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)參數(shù)的進(jìn)行了選擇、匹配，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使其參數(shù)匹配均能滿(mǎn)足初始設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了匹配和優(yōu)化的可行性。

電動(dòng)汽車(chē)；傳動(dòng)系統(tǒng)；參數(shù)匹配

汽車(chē)的使用為人們?cè)诔鲂袔?lái)了極大地便利，但同時(shí)隨著汽車(chē)保有量的不斷累積，能源的消耗、環(huán)境污染等問(wèn)題也隨之而來(lái)。電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)在很大程度上可以有效減少石油資源的消耗，同時(shí)其零排放的特點(diǎn)也減少了對(duì)大氣的污染。所以發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)日漸受到各國(guó)汽車(chē)業(yè)界的青睞和重視。但是電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程較短制約了電動(dòng)汽車(chē)的推廣。通過(guò)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行合理的選擇、匹配，并進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有效提升電動(dòng)汽車(chē)的整體性能。

1 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)型參數(shù)及動(dòng)力性要求

動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源，其性能決定了電動(dòng)汽車(chē)的綜合性能。合理的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能具有至關(guān)重要的作用，同時(shí)可以極大地縮短汽車(chē)的開(kāi)發(fā)周期，降低研發(fā)成本，汽車(chē)質(zhì)量可以獲得很好地保證。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，其動(dòng)力性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：汽車(chē)的最高車(chē)速、最大爬坡度和加速性能。整車(chē)參數(shù)及對(duì)動(dòng)力性的要求如表1所示。

表1 整車(chē)參數(shù)及動(dòng)力性要求

2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配

2.1 電機(jī)傳動(dòng)參數(shù)匹配

電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力裝置，其性能將對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性有直接影響。電動(dòng)機(jī)所選擇的功率越大，汽車(chē)的動(dòng)力性就越好，但電機(jī)的體積和質(zhì)量也將變大，效率也不高。要求在電動(dòng)汽車(chē)的起步、加速、爬坡等不同工況行駛時(shí)，提供合理的性能參數(shù)。因此需要確定的參數(shù)主要有額定功率、峰值功率。其峰值功率對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能有較大影響，而電機(jī)額定功率決定了能否滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)高效工作。

（1）電機(jī)額定功率的確定。所選電機(jī)額定功率由最高車(chē)速確定。

其中，m為整車(chē)總質(zhì)量，kg；g為重力加速度，m/s-1；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，用功率平衡法測(cè)得滾動(dòng)阻力系數(shù)為0.015；CD為空氣阻力系數(shù)，取0.33；A為迎風(fēng)面積，取1.8m2；umax為最高車(chē)速，取100km/h，ηT為傳動(dòng)系統(tǒng)效率，一般可取0.85。

（2）電機(jī)峰值功率的確定。整車(chē)的爬坡工況下的工作性能決定了電機(jī)峰值功率Pmax的選擇。電機(jī)峰值對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性能有直接影響。峰值功率由下面公式確定：

αm為爬坡度，取0.25；ua為爬坡時(shí)車(chē)速，取30km/h。

2.2 電池組的確定

電動(dòng)汽車(chē)電池可以分為兩大類(lèi)，蓄電池和燃料電池。對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，蓄電池比較適合，種類(lèi)包括鉛酸蓄電池、鎳基電池、鈉硫電池、鋰電池、空氣電池。燃料電池是專(zhuān)用于燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的一種電池，包括堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池等。鋰電池所具有的比能量高、比功率高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用在純電動(dòng)汽車(chē)上，所以選擇鋰電池作為電動(dòng)汽車(chē)的能源裝置。

（1）電池組總電壓的計(jì)算。采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：U為蓄電池電壓；Ue是電機(jī)額定電壓，選擇常州匯恩機(jī)電科技有限公司15kW電機(jī)，額定電壓為110V；Pmax是電機(jī)峰值功率；R是蓄電池內(nèi)阻，一般取0.2Ω。一般單組電池電壓有12V、24V、48V等，所以總電壓可選為120V。

（2）電池組容量。電機(jī)最大功率來(lái)確定的電池組數(shù)目n1為：

其中，Pmax為電機(jī)峰值功率，P為單個(gè)電池輸出功率，ηe為電機(jī)及控制器效率。

根據(jù)續(xù)駛里程匹配出的電池組數(shù)目n2為：

其中，W為電動(dòng)汽車(chē)每行駛一公里所消耗的能量，L為電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，Ub為單體電池的電壓，Cb為單體電池的容量，ηe為電機(jī)及控制器效率。

表2 電池參數(shù)

2.3 傳動(dòng)比的確定

電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的上限由最大轉(zhuǎn)速和最高行駛速度決定，最高車(chē)速行駛時(shí)，用最小傳動(dòng)比擋位工作，以最大爬坡度行駛時(shí)，用最大傳動(dòng)比擋位工作。因此，傳動(dòng)比參數(shù)的選擇要滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的最高車(chē)速和最大爬坡度。

傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的上限為：

其中，nmax是最高轉(zhuǎn)速，r/min；Umax是最高速度，km/h；r是車(chē)輪滾動(dòng)半徑，m。

傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比的下限為：

其中，Tmax是電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩，N/m。

主減速器取3.63。

電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配參數(shù)如表3所示。

表3 電動(dòng)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配參數(shù)

3 仿真分析

依據(jù)之前確定的各項(xiàng)參數(shù)，利用ADVISOR軟件搭建仿真模型，并選擇在ECE工況下進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖2 SOC與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)

從以上仿真結(jié)果可以看出，最高車(chē)速達(dá)到了110km/h，0～50km/h加速時(shí)間為9s，在30km/h的速度下最大爬坡度為23%。仿真結(jié)果表明，匹配出的傳動(dòng)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)符合電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性要求。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的要求，對(duì)電機(jī)、電池組及傳動(dòng)比等參數(shù)進(jìn)行了匹配，利用ADVISOR軟件建立了整車(chē)模型并進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，匹配參數(shù)符合要求。

M atching Design of Dynam ic Performance Param eters for Electric Vehicles

WANG Xu-tong1，YU Shi-jun2
（1.College of Life Sciences，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China；2.College of Automotive Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

In this paper，the electric vehicle of the powertrain system with the advantages of zero emission low noise and environmental protection is taken as research subject,whose powertrain parameter is studied.According to the dynamic performance requirements of electric vehicle acceleration and climbing，parameters and economy，the parameters of the electric vehicle are selected and matched.The parameters are optimized and the parameters are matched to meet the initial design requirements.The matching and optimization feasibility of the parameters are verified.

electric vehicle；transmission system；parameter matching

U469.72

A

2095-980X（2017）06-0065-02

2016-05-24

王旭彤（1996-），主要研究方向：生物工程。