纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真.docx

纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真摘要：纯电动汽车采用5挡变速器相比单挡、两挡变速器时的电机使用效率高续驶里程长。按整车性能要求计算出所需电机的额定功率和峰值功率确定电机参数后分别与单挡、两挡和5挡变速器进行动力性分析与匹配计算表明采用5挡变速器与15kW电机最高车速能达到96km/h高于采用单挡和两挡变速器时最高车速的12.9%和6.7%。最后结合ADVISOR进行了5挡变速器与15kW电机续驶里程仿真其续驶里程为121km很好地满足了设计标准为高效率、低成本的电动车动力系统概念设计指出了一个方向。关键词：纯电动汽车（EV）；传动系统匹配与仿真；续驶里程；最高车速中图分类号：U461文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2013.01.09面临着全球能源危机的不断逼近各国政府和企业都投入巨大的资金研发新能源汽车。目前纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车的成熟度还有待发展纯电动汽车的瓶颈在于其动力电池。动力电池、电机参数、变速器匹配结果的优劣决定着汽车的动力性和经济性。国内外对电动汽车的研究主要集中在动力电池和电驱动系统控制策略两个方面。查鸿山等从车辆动力学出发建立电机功率计算模型结合动力性指标对动力传动系统进行优化[1]；徐亚磊以电动汽车动力性和续驶里程为设计指标对驱动系统元件参数进行匹配优化设计[2]；王峰等提出了一种新型的调速电机和行星减速机构的动力传动系统并优化该传动装置参数以提高动力性和经济性[3]；S.Rinderknecht等将纯电动汽车动力系统细分为轮毂驱动、轴旁驱动和轴中驱动系统并结合变速器进行了匹配分析[4]。本文依托某纯电动汽车研发项目对其动力传动系统中电机功率的选择与单挡、两挡和5挡变速器的匹配理论计算证实采用相同功率的电机使用5挡变速器能更好地满足动力性要求并运用ADVISOR进行5挡变速器与15kW电机续驶里程仿真仿真结果表明其续驶里程超过国家标准。1整车基本参数和设计目标1.1整车参数本项目研发的电动汽车依托于传统的微型车在保留原有的悬架系统、换挡机构和车架的基础上采用锰酸锂电池作为动力电池永磁同步电机作为驱动电机。综合权衡其整车参数见表1。1.2动力性指标根据本项目的市场定位和国标GB/T28382―2012标准确定其整车动力性指标见表2。2驱动电机参数确定选择电机时应使电机尽可能工作在高效区同时还需考虑电池组的峰值放电倍率。2.1最高车速时计算驱动电机功率在水平道路上以最高车速匀速行驶时忽略加速阻力[5-6]假定风速为0则需电机输出功率为式中：P1为最高车速时驱动功率；m为整车满载质量kg；umax为最高车速km/h；Cd为空气阻力系数；A为迎风面积m2；ηt为机械传动效率；f（u）为滚动阻力系数。其中[7]根据国标和实际需求选定车速为100km/h由式（2）计算得f（u）=0.01524由式（1）计算得P1≈13.2kW。若车速只需满足国家标准不小于85km/h则可以选择功率更小的电机。2.2最大爬坡度时计算驱动电机功率在计算最大爬坡度行驶时的所需功率应忽略加速阻力功率和空气阻力功率[5-6]其电机输出功率为式中：P2为最大爬坡度行驶功率；ua为爬坡时最低车速30km/h；i为爬坡度20%。由式（2）计算得f（u）≈0.0127由式（3）计算得P2≈26kW。2.3加速性能计算驱动电机峰值功率在水平道路上假定风速为0整车加速过程的末时刻为电动汽车输出最大功率其加速过程所需最大功率为[8]式中：P3为匀加速末所需的最大功率；ua为匀加速时末速度km/h；ta为匀加速时间s。由国标GB/T28382―2012可知0～50km/h的加速时间不超过10sta取10s；由式（2）与式（4）计算可知P3≈21.3kW。由式（1）计算可知选定电机的额定功率为15kW由式（3）与式（5）计算可知选定电机的峰值功率为30kW。基于满足实际需求和成本因素选择电机额定功率和峰值功率分别为15kW和30kW。2.4电机特性参数确定参照电机设计标准确定额定电机额定转速为3600r/min最高转速为6000r/min电机的外特性控制成额定转速以下恒转矩和额定转速以上恒功率据此电机试验数据绘出电机外特性如图1所示。3传动系传动比确定假定电机特性与行驶条