田國富，馬書新,，高峰

　　（沈陽工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,，遼寧 沈陽 110870）

      摘要：為實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)客車的動(dòng)力性匹配計(jì)算,，介紹了電動(dòng)客車整體布局和參數(shù),并建立了動(dòng)力總成數(shù)學(xué)模型。對(duì)電機(jī)進(jìn)行了合理的選擇和匹配計(jì)算,用MATLAB/Simulink模塊對(duì)客車動(dòng)力性能進(jìn)行仿真,。計(jì)算和仿真結(jié)果滿足預(yù)期要求,。

　　關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車;動(dòng)力性；匹配計(jì)算,；仿真

　　中圖分類號(hào)：U461.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.025

　　引用格式：田國富,，馬書新，高峰. 純電動(dòng)客車動(dòng)力性匹配計(jì)算與仿真［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,，2017,36（6）：84-85,88

0引言

　　環(huán)境污染和能源危機(jī)目前正備受關(guān)注,，發(fā)展電動(dòng)汽車是緩解兩大問題的有效途徑［1］。隨著國家對(duì)研制電動(dòng)汽車投資補(bǔ)貼的力度加大,，各高校企業(yè)對(duì)電動(dòng)汽車的研制也逐步增加,。而制約電動(dòng)汽車發(fā)展的主要因素是動(dòng)力系統(tǒng)問題，也就是其續(xù)駛能力，所以,，研究分析電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能十分重要,。本文著重對(duì)某車型的動(dòng)力性能進(jìn)行了計(jì)算、建模,、分析等過程,，為后續(xù)研究提供幫助。

1電動(dòng)客車動(dòng)力總成總體布局

　　圖1所示為本文研究純電動(dòng)客車動(dòng)力總成的總體布局,。動(dòng)力系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的核心區(qū)別于傳統(tǒng)汽車在于其以電機(jī)為核心［2］,。動(dòng)力系統(tǒng)的功能是把儲(chǔ)存在蓄電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)汽車行駛的機(jī)械能，并可以通過汽車減速實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng),?！?/p>

　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電池中的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由傳動(dòng)系統(tǒng)或者直接驅(qū)動(dòng)車輪,，目前,，隨著技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)的電機(jī)逐步被無刷電動(dòng)機(jī)（BCDM）,、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）等取代［3］,。本研究采用的是由北京佩特來電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷、永磁同步,、外轉(zhuǎn)子,、6相、雙繞組電動(dòng)機(jī),。

　　2動(dòng)力性能評(píng)定指標(biāo)

　　電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能主要通過加速性能,、爬坡性能、最高車速性能這三個(gè)要素來評(píng)定［4］,。選用的電機(jī)功率應(yīng)該同時(shí)滿足汽車的最高車速,、加速時(shí)間和爬坡性能的要求。

　　以最高車速對(duì)應(yīng)消耗的功率為：

　　式中,，PV為電動(dòng)汽車以最高車速行駛消耗的功率,，單位kW;ηt為傳動(dòng)效率；M為整車質(zhì)量,，單位kg,；Vmax為最高車速，單位km/h,；fr為滾動(dòng)阻力系數(shù),；CD為風(fēng)阻系數(shù)；Af為迎風(fēng)面積,，單位m2,。

　　以某車速爬坡對(duì)應(yīng)消耗的功率為［5］：

　　式中,，i為坡度，V為汽車行駛速度,。

　　某車速在水平路面行駛消耗的功率為［6］：

　　電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)取三者中的最大值：

　　Pe=max{PV,Pi,Pj}(4)

　　汽車加速度的計(jì)算公式為：

　　加速時(shí)間：

　　汽車爬坡時(shí)的形式方程為：

　　Ft=Fi+Fr+Fw(7)

　　式中,，F(xiàn)i為坡道阻力，F(xiàn)i=Mgsinα,；Fr為滾動(dòng)阻力,，F(xiàn)r=Mgfrcosα,α為坡道角度。

　　根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可以計(jì)算汽車的驅(qū)動(dòng)力是否滿足三個(gè)指標(biāo),。

3動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

　　3.1整車受力分析

　　對(duì)整車進(jìn)行必要的受力分析，建立整車受力數(shù)學(xué)模型,。電動(dòng)汽車在行駛過程中主要受滾動(dòng)阻力,、空氣阻力、驅(qū)動(dòng)力,、加速阻力以及坡道阻力等影響［7］,。整車受力分析圖如圖2所示。

　　圖2中,，G為汽車重力,；Ff為滾動(dòng)阻力；Fw為空氣阻力,；Fj為空氣阻力,；Fi為坡道阻力。

　　汽車的行駛方程為［8］：

　　Ft=Ff+Fw+Fj+Fi(8)

　　3.2電動(dòng)機(jī)模型

　　電機(jī)是電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件,，將電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能供車輪運(yùn)轉(zhuǎn),，本研究采用的是由北京佩特來電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷、永磁同步,、外轉(zhuǎn)子,、6相、雙繞組電動(dòng)機(jī),。

　　圖3永磁同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性此類永磁同步電機(jī)與其他交流電機(jī)相比,，效率高、力矩慣量比高,、能量密度高,，是個(gè)環(huán)保低碳的電機(jī)。

　　該型電機(jī)的機(jī)械特性如圖3所示,，當(dāng)采用矢量控制法在額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),，定子電流相位領(lǐng)先β角，增加了轉(zhuǎn)矩并產(chǎn)生弱磁作用,，使額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)增高,，增大了調(diào)速范圍,。

　　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程式為：

　　式中，T為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,；p為微分算子,，p=ddt；Ea為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值,；Ia為感應(yīng)電流的有效值,；φ為磁通勢(shì)的相位差角。

　　3.3變速箱模型

　　變速箱是連接電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸用來改變傳動(dòng)比的裝置,，擴(kuò)大傳動(dòng)調(diào)節(jié)范圍,，以滿足汽車在不同環(huán)境下的動(dòng)力需求，本研究采用機(jī)械變速器,，空擋時(shí)斷開轉(zhuǎn)矩傳遞,，掛擋時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩。

　　變速箱空擋時(shí)的數(shù)學(xué)模型為［9］:

　　變速箱掛擋時(shí)的數(shù)學(xué)模型為［10］：

　　式中,，Tti為變速箱的輸入轉(zhuǎn)矩,；Tto為變速箱的輸出轉(zhuǎn)矩；Tmo為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,；Jai為變速箱輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；Jao為變數(shù)箱輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jti為變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；Jto為變數(shù)箱輸出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,；ωti為變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)速；ωto為變數(shù)箱輸出轉(zhuǎn)速,；ig為變數(shù)箱檔位傳動(dòng)比,；ηt為變數(shù)箱傳動(dòng)效率；ωto1為空擋時(shí)變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)速,；a′為汽車加速度,。

4動(dòng)力性能參數(shù)匹配計(jì)算與仿真

　　本研究參考BJ6123EVCA車型，主要參數(shù)如表1所示,。

　　本研究采用的電機(jī)為北京佩特來電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷,、永磁同步、外轉(zhuǎn)子,、6相,、雙繞組電動(dòng)機(jī)。其主要參數(shù)如表2所示,。在MATLAB/Simulink環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算,，圖4為動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型。

　　仿真結(jié)果如表4所示,，由此可以看出,，匹配計(jì)算和仿真結(jié)果滿足預(yù)期要求,。

5結(jié)論

　　針對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能要求，對(duì)純電動(dòng)客車進(jìn)行動(dòng)力性匹配計(jì)算,。介紹了電動(dòng)客車整體布局和參數(shù),并建立了動(dòng)力總成數(shù)學(xué)模型,。對(duì)電機(jī)進(jìn)行了合理的選擇和匹配計(jì)算,用MATLAB/Simulink模塊對(duì)客車動(dòng)力性能進(jìn)行仿真。結(jié)果表明,，汽車的動(dòng)力性能參數(shù)均符合預(yù)期要求,。

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