純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配研究

葉斌+吳君+費(fèi)鑫+沈偉杰

摘要：本文對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用動(dòng)力分析軟件AVL Cruise進(jìn)行仿真，對(duì)電動(dòng)汽車爬坡性能、加速性能、最高車速性能等驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)部件參數(shù)的最佳匹配，充分發(fā)揮純電動(dòng)汽車整體性能。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車 AVL Cruise 設(shè)計(jì) 匹配

中圖分類號(hào)： U463 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

1、引言

能源匱乏與環(huán)境污染問題是限制傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車發(fā)展的兩大重要因素，也是21世紀(jì)全人類面臨的主要挑戰(zhàn)，而純電動(dòng)汽車可以實(shí)現(xiàn)零排放，幫助人類更加合理的利用能源，所以各個(gè)國(guó)家都大力支持純電動(dòng)汽車的發(fā)展。現(xiàn)在是純電動(dòng)汽車發(fā)展的初期，在純電動(dòng)汽車多年研究過程中已經(jīng)解決了很多技術(shù)方面的問題，但是還是存在行駛里程短、動(dòng)力不足、動(dòng)力電池壽命短等致命缺點(diǎn)，其中整車動(dòng)力方面，在動(dòng)力電池和其他技術(shù)取得有效突破之前，研究動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配是提高純電動(dòng)汽車性能的重要手段之一。

2、汽車基本參數(shù)選擇

在進(jìn)行純電動(dòng)汽車性能計(jì)算時(shí)首先應(yīng)確定純電動(dòng)汽車的基本參數(shù)，它主要包括整車的質(zhì)量（整備質(zhì)量）、車身與底盤（整車尺寸、車輪滾動(dòng)半徑、風(fēng)阻系數(shù)、滾動(dòng)阻力系數(shù)等）的結(jié)構(gòu)參數(shù)

車輛基本參數(shù)如下表1所示。

3.1 電機(jī)性能參數(shù)的選擇與匹配

純電動(dòng)汽車電機(jī)具有一定的效率特性，即在一定的轉(zhuǎn)速和功率，對(duì)應(yīng)一定的效率。由于純電動(dòng)汽車的能量源是有限的，在選擇電機(jī)功率時(shí)，盡量使電機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，能夠經(jīng)常處于高效率的范圍，以獲得較高的能量轉(zhuǎn)化效率。因此根據(jù)純電動(dòng)汽車的最高車速，加速性能要求，車輛的爬坡性能要求選擇電機(jī)的額定功率、峰值功率、額定轉(zhuǎn)矩、最高轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)速等。即：

其中： 為最高車速時(shí)的功率， KW 為最大爬坡度時(shí)的功率， KW

為加速時(shí)間的功率， KW 為最高車速，km/h

為傳動(dòng)系機(jī)械效率 為整車整備質(zhì)量，kg

為滾動(dòng)阻力系數(shù) 為空氣阻力系數(shù)

為迎風(fēng)面積， 為汽車加速末速度，km/h

為最大爬坡度， 為汽車加速時(shí)間，s

為爬坡車速，km/h 為額定功率， KW

為電機(jī)最大轉(zhuǎn)速r/ min 為后橋速比

為車輪半徑，m 為最大轉(zhuǎn)矩，N.m

為比值系數(shù) 為變速箱傳動(dòng)比

根據(jù)要求及上述公式計(jì)算，電機(jī)參數(shù)匹配結(jié)果為：額定功率為80KW， 峰值功率為160KW， 額定轉(zhuǎn)矩125 N.m、最高轉(zhuǎn)矩為290N.m、額定轉(zhuǎn)速4500 r/ min、最大轉(zhuǎn)速9000 r/ min。

3.2 蓄電池性能參數(shù)的選擇與匹配

電池組數(shù)目由汽車行駛過程中的最大輸出功率，以及蓄電池的續(xù)駛里程來確定，電池組容量由汽車行駛過程中的最大輸出功率和消耗的能量確定。即：其中： 為電機(jī)最大輸出功率 ，KW 電池最大輸出功率，KW

為電機(jī)工作效率 為電機(jī)控制器工作效率

為最大輸出功率確定的電池組數(shù)目 為續(xù)駛里程確定的電池組數(shù)目

為電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程，km 為行駛1km所消耗的能量，KW

為單節(jié)電池額度容量，A.h 為電池組容量，A.h

為單節(jié)電池電壓 為電池組電壓，V

為電池組有效電容量系數(shù) 為蓄電池?cái)?shù)目

根據(jù)要求及上述公式計(jì)算，匹配電動(dòng)汽車蓄電池參數(shù)。

4、仿真模型建立

本文應(yīng)用ALV Cruise軟件對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能進(jìn)行仿真。整車模型由電池模型、電機(jī)模型、變速器模型、差速器模型、車軸模型、制動(dòng)器模型、駕駛員模型等組成。對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行具體的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)建立部件間的機(jī)械、電氣和信號(hào)連接，最后對(duì)滿載工況下純電動(dòng)汽車的最高車速、百公里加速時(shí)間、爬坡度進(jìn)行仿真，下圖為整車仿真模型。

5、仿真結(jié)果分析

從圖2、圖3得出仿真結(jié)果為：在車速15km/h范圍內(nèi)，電動(dòng)汽車能達(dá)到最大爬坡度為34%，同時(shí)最大速度為140km/h，加速到100km/h時(shí)間為11s，小于15 s，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。仿真結(jié)果表明本文匹配的純電動(dòng)汽車參數(shù)滿足最大車速、加速性和爬坡性等動(dòng)力性能的要求，說明整車匹配方案合理。

6、結(jié)論

純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的正確匹配影響其性能。本文通過理論計(jì)算，對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)和電池進(jìn)行了匹配計(jì)算，同時(shí)應(yīng)用動(dòng)力仿真軟件ALV Cruise進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果表明：汽車的最高車速、最大爬坡度及加速時(shí)間滿足要求，說明利用此方法進(jìn)行電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的匹配計(jì)算是合理的，為他人研究電動(dòng)汽車動(dòng)力性能提供了一種有效方法和手段。

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