电动汽车动力传动系统参数的匹配设计
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场地电动汽车动力传动系统设计
(兰州工业学院汽电)
摘要: 根据电动汽车动力性能要求, 考虑到动力传动系统共振的危害, 结合传动系统频率匹配, 提出了电动汽车动力传动系统参数匹配计算方法。以某公司电动汽车机电传动系统为例, 在 A DV ISOR 软件中建立整车模型, 进行循环工况下动力经济性能仿真分析。通过仿真和试验可知, 该车动力性和经济性均能满足设计要求且动力传动系统
没有共振产生, 验证了匹配的可行性。
关 键 词: 电动汽车; 动力性; 匹配; 频率
M atching of Param eters of Power Transm ission for E lectric V
ehicles
XUE N ian wen, GAO Fe,i XU X ing, GONG X in
( Schoo l of A utomob ile and T ra ffic Eng ineering, Jiangsu
U n iversity, Zhenjiang 212013, Jiangsu, Ch
ina)
Abstract: A cco rding to e lectr ic veh icle dynam ic requ irem ents
and the disadvantag es of system resonance, a m atch ing m eth
od of pow er tra in fo r e lectr ic veh ic lesw as put fo rw ard based
on frequency m atch ing o f dr ive train system. T ak ing mechan ica
l
and e lec trica l drive system for an electr ic car as an examp le, softw are ADV ISOR w as emp loyed
to conduct sim ulation ana ly
s is of drive cyc le o f the dynam ic and econom ic pe rfo rm ance; the resu ltw as in accordance w
ith actual data. Bo th the simu la
tion result and test data ind ica ted that dynam ic and econom ic
perform ance of the vehic le cou ld m eet the requ irem ents; there
w as no resonance o f the powe r train system; feasib ility m atch
m ethod w as ver ified.
K ey words: e lectr ic car; dynam ic per fo rm ance; m atch ing; frequency由于环境污染、能源匮乏等问题, 电动汽车日益受到各国汽车业界的重视, 但续驶里程严重制约了电动汽车的推广。因此, 近年来关于纯电动汽车的研究主要集中在动力电池等能量存储系统和电驱动系统的开发方面。在这些技术取得有效突破前, 对纯电动汽车动力传动系统部件进行合理选择和匹配将是提高电动汽车性能的重要手段之一[ 1 -
2 ] 。
结合某厂纯电动汽车的研发, 对动力传动系统参数进行设计, 利用阶次分析法对其零部件的工作频率进行分析, 从而避免共振,
使整车在达到动力性和经济性要求的基础上满足舒适性要求。
1 电动汽车动力性要求及分析
电动汽车动力性主要由 3 个指标来评定[ 3 ] : 汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。动力性要求及整车参数如表 1。
表 1 动力性要求及整车参数
Tab. 1 D ynam ic requirem ents and overa ll param eters
类别 参数值
最高车速 v /( km h- 1 ) 50
m ax
加速时间
tf / s 15
最大爬坡度 ( 30 km /h) /% 15
35 km /h 匀速行驶续驶里程 /km 100
工况行驶续驶里程 / km 60
满载质量 m /kg 1 000
迎风面积 A /m 2 1. 8
2 电机的选择
2.
1 功率的确定
1)根据最高车速确定电机额定功率[ 4] :
P e 1 mgf CD A 3
( 1)
T
3 600vmax
+ 76
140vmax
2)根据最大爬坡度确定电机峰值功率:
1 m gf cos
m CD A
3
Pf
va +
va +
T
3 600 76
140
收稿日期: 2010- 11- 11; 修订日期: 2010- 12- 01
作者简介: 薛念文 ( 1960- ), 男, 江苏镇江人, 教授, 主要从事汽车动力学及其控制技术、汽车维修检测技术等方面的研究。E - m ai:l xnw@ u js. edu. cn。m g
sin m
( 2) va
3 600
2.
2 电机最大转速的确定
电动机最高转速对电动机成本、制造工艺和传
动系尺寸有很大影响。转速在 6 000 r/m
in以上为高速电机, 以下为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂且对配套使用的轴承、齿轮等有特殊要求, 适用于 100 kW 以上的大功率驱动电机, 因此应采用最高转速小于 6 000 r/m in 的低速电机[ 5] 。
2. 3 电动机匹配结果
综合以上计算结果和分析, 经过调研市场上现有的电机产品性能参数, 本车最终选择某公司直流无刷电机, 具体参数如表 2。
表 2 电机参数
Tab. 2 M otor pa ram eters
类别 参数值 类别 参数值
电机类型 直流无 基速 / 2 800
刷式 ( r m in-
1 ) 峰值转矩 /(N m ) 70 额定电压 / V 72
额定转矩
/(N m ) 19 峰值功率
/ kW 15
最高转速 /( r
m in- 1 ) 4 000 额定功率
/ kW 5
3 电池组的确定
电池组容量的选择主要考虑车辆行驶时的最大输出功率和电动汽车最大续驶里程所消耗的能量,笔者综合考虑各种电池的性能并借鉴国内外各汽车公司的使用经验, 选用锂离子电池。
1) 由最大功率确定电池组数目[ 6 ] :
ne = P
( 3) P b
max
e
式中: P b max为电池最大输出功率, kW; e 为电动机 及其控制器工作效率。
2) 由续驶里程确定电池组数目
nL = 1
000LW
( 4) C sV
sN
式中: L 为续驶里程, km; W 为电动汽车行驶 1 km 消耗的能量, kW; Cs 为单个电池的容量, A h; Vs 为单个电池的电压, V。
根据上述计算及对市场的实际考察, 本车选取某厂锂离子电池 4组 24节, 具体参数如表 3。
表 3 电池参数
Tab. 3 Battery param eters
速。对于固定速比变速传动, 电动机要既能在恒转矩区提供较高的瞬时转矩, 又能在恒功率区提供较高的运行速度。可变速比齿轮变速传动的优点为:低档位得到较高启动转矩, 高档位得到较高行驶速度, 但质量及体积大、成本高、可靠性低、结构复杂。目前电动车的一大特点是尽量减轻整车质量, 提高续驶里程, 所以本车选择固定速比。
4. 1 传动比上限的确定[ 7]
传动比的上限由电动机最高转速和最高行驶速
度决定:
i0
# 0.
377nmax
r
( 5)
vmax
式中: nmax为电机最高转速, r /m in;
vmax为汽车最高车
速, km /h; r 为车轮半径, m。
4.
2 传动比下限的确定
1)由电动机最大转速下输出转矩和行驶阻力
确定传动系速比下限:
i0 F u max r
T u max
F u
m ax = Ff + Fw ( 6) Ff = m gf r
CD A
Fw =
va2
21.
15
式中: Fu max为最高车速时行驶阻力, N;
T u max为电机最大转速对应转矩, N m。
2)由电动机最大输出转矩、最大爬坡度对应的行驶阻力确定传动系速比下限:
i0 F i
max r
T im
ax
F i
max = Ff +
Fw + F i
Ff = m
gf r co
s m ( 7)
Fw
= CD A
va2
21.
15
F
i = m g sin
m
4. 3 根据齿轮齿数选择传动比
传动比的大小取决于齿轮的齿数比, 因此在选择传动比时要考虑各齿轮齿数的大小。齿轮齿数的选择要注意以下几点:
1)齿数互质。若齿轮齿数比可以整除,
会形成周期性接触, 易导致齿轮失效, 增大传递过程中的振 类别 参数值 类别 参数值 动, 降低齿轮的传递效率和使用寿命, 因此大小齿轮
电池组型号 100AH 电压 /
V 72
齿数最好互质。
单位尺寸 / mm 50 !
160 !
282
推荐电机控制器
2)避免根切。根切会削弱轮齿的抗弯强度, 降
单体重量 / g 3
500 ?
20 欠压保护值 /
V 63
低齿轮传动的合度, 这对传动是十分不利的, 因此齿
4 传动比的确定
轮齿数应大于不产生根切的最少齿数。
传动系统通常分为固定速比和可变速比齿轮减 3)使用寿命。齿轮齿数会影响其使用寿命, 因
