純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計分析

王志剛

摘 要：隨著人們生活水平的提高，城市中汽車的保有量連年遞增。雖然汽車給人們的日常出行帶來了極大的便利，但是所造成的大氣污染問題也越來越嚴(yán)重。當(dāng)前，以純電動汽車為代表的新能源汽車備受社會各界的關(guān)注，它不僅減少了對城市環(huán)境的污染，而且有效的解決了石油資源短缺的問題。本文將簡單介紹純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，針對其設(shè)計方案展開分析，旨在推動純電動汽車的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;驅(qū)動系統(tǒng);設(shè)計分析

進(jìn)入到21世紀(jì)以來，能源危機(jī)和環(huán)境污染是人類社會發(fā)展面臨的兩大難題。對于汽車行業(yè)而言，節(jié)能減排是未來汽車的主要發(fā)展方向。相比較和傳統(tǒng)的燃油汽車，純電動汽車具有減少石油消耗、無污染等優(yōu)點，備受人們的青睞。豐田、比亞迪、蔚藍(lán)等汽車公司都相繼推出了純電動汽車。因此，研究分析純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。

1 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)概述

作為純電動汽車的主要驅(qū)動系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要由控制模塊、車載電池模塊以及輔助模塊等部件組成。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)質(zhì)量的好壞，關(guān)系著整個電動汽車的動力性能優(yōu)劣。當(dāng)前，在純電動汽車設(shè)計階段，其驅(qū)動系統(tǒng)還存在續(xù)航里程短、使用壽命不足、制造成本較高等問題需要解決。因此，在對純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)滿足以下要求：（1）具有較好的起步、加速和爬坡能力，采用新材料降低驅(qū)動系統(tǒng)的整體質(zhì)量，通過輕量化的發(fā)展提高電機(jī)的使用壽命和負(fù)載能力。（2）提高驅(qū)動電機(jī)的電壓，以縮小電動機(jī)的整體體積，降低逆變器工作電流，達(dá)到提高整個驅(qū)動系統(tǒng)的安全性的目的。（3）采取有效的設(shè)計手段降低驅(qū)動系統(tǒng)的能力損耗，實現(xiàn)制動能力的二次回收利用，以增大車輛的續(xù)航能力。（4）簡化驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，以降低純電動汽車的維修費用。

2 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計分析

2.1 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的流程

在進(jìn)行純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計時，首先需要根據(jù)純電動汽車的動力性能要求，基于其最高車速工況下計算電動汽車的行駛阻力，然后對驅(qū)動電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，最后使用CRUISE軟件建立相關(guān)的模型，核對純電汽車的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計是否滿足了純電汽車的車速、爬坡度、加速性能等要求。具體的設(shè)計流程如下圖所示。

純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計流程圖

2.2 電動機(jī)性能參數(shù)的確定

本文以某純電動汽車為例，該汽車的車輛最大質(zhì)量（m）為1350kg，在行駛過程中，其迎風(fēng)面積約（A）為2.27m，輪胎的滾動半徑為29cm，空氣阻力系數(shù)以及滾動阻力系統(tǒng)數(shù)分別0.4、0.016。

（1）首先根據(jù)電動汽車的風(fēng)阻系數(shù)的最高車速125km/h，對電機(jī)的額定功率進(jìn)行計算，利用公式Pm=1ηt（mgf3600Vmax+CDA76140V3max），得出電動汽車的電機(jī)額定功率應(yīng)為34.06kW。

（2）結(jié)合電機(jī)的額定功率，對本車輛的爬坡、加速度等性能進(jìn)行計算，最終計算得出本電動汽車的驅(qū)動電機(jī)的相關(guān)參數(shù)如下表所示。

2.3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計

對于純電動汽車而言，影響其動力性和經(jīng)濟(jì)型的重要因素之一就是傳動比。如果電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的傳動比過大，其動力性雖然表現(xiàn)較好，但整體造價成本較高，經(jīng)濟(jì)型較差;反之傳動比越小，動力表現(xiàn)越低，整體造價也就越便宜。因此，在進(jìn)行傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)首先確定電動汽車的傳動比。

（1）本電動汽車的驅(qū)動電機(jī)本身無需離合器就可以帶動負(fù)載啟動，且采用無級調(diào)速控制，因此在設(shè)計過程中，減少了離合器、變速器等傳統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu)件，而是利用減速器、差速器以及驅(qū)動軸來實現(xiàn)電機(jī)向車輪的動力傳遞。

（2）在對傳動比計算時，其上限受到驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速以及車輪半徑的影響，而下限則受到最大爬坡阻力以及驅(qū)動電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速時所對應(yīng)的扭矩影響。綜合以上因素，并結(jié)合驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)，最終計算純電動汽車的傳動比為3.5。

2.4 驅(qū)動系統(tǒng)的分析

為了進(jìn)一步驗證純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的合理性，本案采用了CRUISE軟件對電動汽車基于滿載工況下的性能進(jìn)行了仿真分析。通過仿真結(jié)果分析可知，基于循環(huán)工況下，純電動汽車的最高車速為128km/h，滿足電動汽車的設(shè)計要求。而基于滿載工況之下，電動汽車的爬坡度大于30%，從0加速到100km/h所需要的時間約為14.7秒，均滿足電動汽車的相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

綜上所述，為了改善環(huán)境污染，節(jié)約能源消耗，具有清潔物無污染、低能耗優(yōu)點的電動汽車勢必成為未來人們出行的首選。作為純電動汽車的核心組成部分，驅(qū)動系統(tǒng)的性能高低，關(guān)系著純電動汽車的整體性能高低。因此，相關(guān)工作者應(yīng)當(dāng)重視自身專業(yè)素質(zhì)能力的提升，不斷的應(yīng)用新技術(shù)、新材料來優(yōu)化純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，在提高其性能和使用壽命的基礎(chǔ)上，降低設(shè)計和制造成本，推動電動汽車未來發(fā)展。

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