純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配

崔夢(mèng)謙 李金勇

天津科斯特汽車(chē)技術(shù)有限責(zé)任公司 天津市 301709

1 引言

動(dòng)力系統(tǒng)是汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，對(duì)汽車(chē)的性能有著決定性的影響，本文對(duì)純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的匹配過(guò)程做了簡(jiǎn)要總結(jié)。

2 純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的組成

動(dòng)力系統(tǒng)主要由以下零部件組成：

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

（2）減速箱；

（3）動(dòng)力電池。

3 方案介紹

3.1 方案概述

（1）在汽油車(chē)基礎(chǔ)上，用純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取代燃油動(dòng)力系統(tǒng)；

（2）開(kāi)發(fā)減速箱，中置后驅(qū)改為后置后驅(qū)；

（3）轉(zhuǎn)向助力改為電動(dòng)系統(tǒng)（電動(dòng)液壓泵）；

（4）增加電動(dòng)水泵；

（5）增加電動(dòng)真空泵；

表1 車(chē)速與電機(jī)功率對(duì)應(yīng)關(guān)系

（6）改制原汽油車(chē)車(chē)身以安裝純電系統(tǒng)零部件；

（7）改制原車(chē)線束。

3.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）30min最高車(chē)速，85km/h；

（2）加速性能，0-50km/h，小于10s；

（3）爬坡能力，大于15%；

（4）保證車(chē)輛在純電池驅(qū)動(dòng)時(shí)，60km/h勻速行駛里程不小于200km。

4 動(dòng)力系統(tǒng)主要零部件選型

4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型

電機(jī)的選擇需要考慮整車(chē)性能的需求，功率既不能選的過(guò)大也不能選的過(guò)小，功率太小，純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力不足，不能達(dá)到預(yù)期的性能要求；功率選的過(guò)大，則會(huì)造成整車(chē)效率偏低且車(chē)輪容易打滑。總之，電機(jī)的選擇應(yīng)能夠同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)最高車(chē)速，加速性能和爬坡性能的要求。同時(shí)，電機(jī)的尺寸和重量也需要方便電動(dòng)汽車(chē)的布置與配重要求。

由于純電動(dòng)車(chē)需要滿(mǎn)足整車(chē)的性能指標(biāo)，所以，根據(jù)最高車(chē)速和加速度兩個(gè)方面初步選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

車(chē)速與驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及表1初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)見(jiàn)表2：

表2 初步確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)

4.2 動(dòng)力電池的選型

三元鋰電池持續(xù)放電≤3C；最大為5C，放電時(shí)間不超過(guò)3分鐘。初選單體容量為25.5Ah的電池，成組方案為25.5Ah 6并，9 6串，電池組3 C放電時(shí)功率為159kW。動(dòng)電機(jī)額定功率為40kW，最大功率為80kW。25.5Ah6并，96串電池滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求。

4.3 減速箱參數(shù)的設(shè)計(jì)要求

減速箱用于轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)汽車(chē)在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對(duì)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪牽引力及車(chē)速為的不同要求的需要。用減速箱轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的必要性在于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化特性的特點(diǎn)是具有相對(duì)小的對(duì)外部載荷改變的適應(yīng)性。

為保證減速箱具有良好的工作性能，對(duì)減速箱提出如下設(shè)計(jì)要求：

（1）此減速箱為 一級(jí) 減速箱，速比為1.8；

（2）最大輸入轉(zhuǎn)矩：250Nm，最大輸入轉(zhuǎn)速：6000rpm；

（3）最大輸出轉(zhuǎn)矩：450Nm，最大輸出轉(zhuǎn)速：2778rpm；

（4）布局：輸入輸出端再同一側(cè)（可參考上面動(dòng)力傳動(dòng)鏈布局圖）

（5）中心距：245mm

（6）減速箱輸入軸與電機(jī)輸出軸連接方式：花鍵連接；

（7）減速箱殼體與電機(jī)殼體連接方式：端面連接；

（8）潤(rùn)滑方式為油池潤(rùn)滑；

（9）噪聲要求：符合手動(dòng)機(jī)械變速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn)；

（10）工作環(huán)境溫度：-40℃～45℃。

表3 初步確定動(dòng)力電池的參數(shù)

5 車(chē)輛動(dòng)力性能仿真計(jì)算

5.1 車(chē)輛基本參數(shù)

汽車(chē)整備質(zhì)量m1（kg）：2030

汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量m2（kg）：3030

汽車(chē)試驗(yàn)質(zhì)量m3（kg）：2530

空氣阻力系數(shù)CD：0.55

汽車(chē)迎風(fēng)面積A（m2）：3.83

滾動(dòng)阻力系數(shù)f 0.02

傳動(dòng)效率ηT =0.9

車(chē)輪滾動(dòng)半徑r（m）：0.317

后橋主減速比：4.556

減速箱減速比：1.8

5.2 使用matIab軟件進(jìn)行車(chē)輛動(dòng)力性仿真

計(jì)算機(jī)仿真可快速、準(zhǔn)確的計(jì)算車(chē)輛的動(dòng)力性，提高了動(dòng)力性匹配的效率。

本文使用matlab軟件對(duì)車(chē)輛動(dòng)力性進(jìn)行建模與仿真，分析、確定車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)各零部件的參數(shù)是否滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性要求。

5.3 仿真結(jié)果

（1）30分鐘最高車(chē)速

按電機(jī)額定功率，30分鐘最高車(chē)速可達(dá)到93.85 km/h，如圖1所示。

圖1 功率和車(chē)速對(duì)應(yīng)關(guān)系

按電機(jī)最高轉(zhuǎn)速最高車(chē)速為87km/h，

滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（≥85 km/h）。

（2）最大爬坡度

滿(mǎn)載最大爬坡度：16%，如圖2所示。

（3）加速時(shí)間

0-50km/h加速時(shí)間為9.5s，如圖3所示。

（4）60km/h勻速行駛續(xù)駛里程：

53.6*0.8*0.95/11.5*60=212.5km

注：

（1）動(dòng)力電池能量為53.6kwh；

（2）可使用電量為80%（SOC剩余20%）；

（3）低壓（12V）電氣系統(tǒng)耗電5%；

（4）60km/h勻速行駛需求功率為11.5kw。

圖2 爬坡度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3 加速時(shí)間和車(chē)速對(duì)應(yīng)關(guān)系

5.4 仿真分析結(jié)論

5）30分鐘最高車(chē)速：87 km/h，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（≥85 km/h）；

6）最大爬坡度：16%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（＞15%）；

7）0-50km/h加速時(shí)間為9.5s，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（≤10s）；

8）6 0 k m/h勻速行駛，續(xù)駛里程212km，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求（≥200km）；

6 動(dòng)力系統(tǒng)匹配結(jié)論

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性能要求；（2）減速箱參數(shù)滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性能要求；（3）動(dòng)力電池參數(shù)滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性能要求。