與論文(純電動汽車動力系統參數匹配及性能分析)-資料下載頁

【導讀】莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁莂薇裊肇莁蝕蚇羃蒀荿袃衿葿蒂蚆膈蒈薄袁膃蕆螆蚄聿蒆蒆罿羅肅薈螂袁肂蟻羈膀肁莀螁肆膀蒂羆膀薅蝿袈腿螇薂芇膈蕆袇膃膇蕿蝕聿膆蟻裊羅膅莁蚈袁膄蒃襖腿芄薆蚇肅芃蚈袂羈節莈蚅羇芁薀羀袃芀螞螃膂艿莂罿肈羋蒄螁羄羋薆羇袀莇蠆螀膈莆莈薃肄蒞蒁螈肀莄蚃薁羆莃莃袆袂莂蒅蠆膁

　　

【正文】 可以降低電機的 研發成本。而電機數量的增多和控制模塊的復雜化，也必然增加了制造成本，不利于電動汽車的市場表現。 動力傳動方案的選擇 根據整車基本參數要求，綜合考慮市面上可選擇的電機和電池的性能表現，我們認為該型電動車可采用固定減速比的傳動方式。即電機動力輸出后，直接到達減速器，或通過差速器和車軸，傳送到車輪上。 實踐證明，使用固定減速比的該型電動汽車的確可以通過對減速比和動力配置的優化選擇，滿足動力性要求。 電動輪技術是現在頗受關注的傳動方式。它把電動機直接耦合或者通過單級減速裝置耦合到車輪上，不需要車軸和 差速裝置。如若電動輪技術的控制模塊能夠穩定工作，電動論文 輪無疑可以實現更好的動力性、更好的通過性和出色的穩定性，對于提升車輛性能有巨大的作用。不過由于電動輪技術在控制過程中，是控制兩臺獨立工作的電機配合工作，不僅要有前后向行駛的能力，而且要實現電子差速。故電動輪方案必然導致控制模塊變得更加復雜，增加研發難度和成本。 目前的市場上，也很難見到采用電動輪技術的成熟的車型。 相比之下，差速半軸式的傳動方式，因其結構簡單，零部件易于獲得，控制方式簡單而且類似于傳統汽車，維 修也相對簡易。市場上多見此種類型汽車，可見其在成本控制和市場認可度上具有優勢，因而我們優先選擇這種傳動方式。 本章小結 目前電動汽車常見的傳動系方案有兩種 ——差速半軸方案（單電機）和電動輪方案（多電機）。差速半軸方案類似于傳動動力汽車的傳動系布置方法，即動力通過減速增扭后，經由差速器傳遞到左右半軸上。而電動輪方案則是充分發揮了電動機，這種新型的汽車動力源的特性，利用輪轂電機，使用單電機驅動單獨車輪，由車載計算機和電動機控制模塊控制協調不同電機不同車輪間的工作運行情況。 差速半軸方案的特點是技術 成熟簡單，易于實施。而電動輪方案則非常新穎，可以給電動汽車的動力性帶來革命性的變化。而且電動輪方案由于使用了多電機驅動的模式，在這個方案中應用的電機的性能要求顯然要小于差速半軸方案，便于電機的設計和生產。 但是電動輪方案的缺點也很明顯，就是控制復雜。由于電動輪方案必然會用到電子差速等復雜技術，在這些技術的研發上，目前的技術水平很難達到能夠使這些技術得到大規模低成本的應用。 綜合市場和技術因素，我們選擇差速半軸方案作為某型電動汽車的傳動系布置方案。 論文 第四章 參數計算與設計 概述 在純電動汽車行駛時，電池為電機提供運行能量，電機動力輸出經傳動系而到達車輪。因此在計算滿足純電動汽車行駛要求的性能應針對全部行駛工況。 從分析電動汽車行駛時的受力狀況出發，建立行駛方程式，這是分析電動汽車行駛性能的基礎。驅動系統的動力輸出特性與車輛的動力性能直接相關。驅動系統的動力輸出應該滿足車輛的動力性要求。電動汽車在進行參數匹配的時候，首先必須建立電動汽車的行駛動力學模型，對電動汽車行駛過程中力與功率的平衡進行分析。 車輛行駛過程中力的平衡關系如圖 27。根據力的平衡關系，汽車的行駛方程式為： (1) 式中： Ft——驅動力； ΣF——行駛阻力之和。 圖 6 汽車行駛過程中受力示意圖 車輛行駛的驅動力是路面作用在車輛驅動輪上的，電動汽車的電動機輸出軸輸出轉矩，經過車輛傳動系傳遞到驅動輪的驅動力矩為 Tt，使驅動輪與地面之間產生相互作用，車輪與地面作用一圓周力 F0。同時，地面對驅動輪產生反作用力 Ft。這兩個力大小相等方向相反，地面對 驅動輪產生的反作用力 Ft與驅動輪前進方向一致，是推動汽車前進的外力，這個反作用力就是驅動汽車行駛的外力，即驅動力。它不僅與車輛驅動系統提供的牽引力有關，而且與路面和車輪之間的接觸狀態有關。其數值為： 式中： Tt—作用與驅動輪上的轉矩； r—車輪半徑。 傳統 (2) r 在電動汽車中 Tt 是由電動機輸出的轉矩經傳動系統傳遞到車輪上的。令傳動系統總傳動比為 i，傳動系統的機械效率為 ηt。驅動電動機的輸出轉矩為 Ttq，則有： T 因此汽車的驅動力為： (4) 汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。當汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力。因此汽車行駛過程中的總阻力為： 式中： Ff—滾動阻力 Fw—空氣阻力 Fi—坡度阻力 Fj—加速阻力 其中： (1) 滾動阻力： Ff可以等效的表示為： 式中： W—作用于車輛上的法向載荷； ｆ —滾動阻力系數，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結構、材料、氣壓等有關。研究中滾動阻力系數，按經驗公式取值。 (2) 空氣阻力： 式中：ＣＤ —空氣阻力系數； Ａ —迎風面積，即車輛行駛方向的投影面積； ρ—空氣密度，一般 ρ＝ 。 ｕｒ —相對速度，在無風時即車輛的行駛速度。 在無風條件下汽車的運動，ｕｒ即為汽車的行駛速度 ua。如 ua 以 km／ h計，A以 m2 計，則空氣阻力 (N)為： 論文 (8) (3) 坡度阻力： (9) 式中： α—坡度。一般道路的坡度均較小，此時 sinα=tanα=i。 (4) 加速阻力： 式中： δ—車輛旋轉質量換算系數。 m—車輛質量； du—行駛加速度。 dtdu (10) dt 這樣，汽車行駛阻力為： 車輛行駛時 ，不僅驅動力和行駛阻力相互平衡，電動機功率和車輛行駛阻力功率也總是平衡的。即：在車輛行駛的每一時刻，電動機發出的功率 Pe 總是等于機械傳動損失的功率與全部運動阻力所消耗的功率之和。在純電動汽車中， Pe為電動機的輸出功率。車輛運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率 Pf，空氣阻力功率 Pw,坡度阻力功率 Pi 以及加速阻力功率 Pj。即： 根據以上的推導，可得車輛行駛過程中的平衡方程如下： 9550 (13) 對純電動汽車而言，式中： Pe—電動機輸出功率 (kW)。 n—電動機輸出轉速 (rpm)。 傳動系主要參考設計參數以及動力性要求如下表 表 3所示： 表 2 傳動系參考設計參數 論文 傳動系部件 電池組 設計參數 額定電壓 /V 額定放電容量 /Ah 設計值 80 150 其他 迎風面積 A/m2 空氣阻力系數 CD 車輪滾動半徑 r/m 表 3 動力性要求 最高車速 加速性能 0—45km/h 爬坡度 50 km/h 小于 10S 不小于 20% 傳動比的確定 首先，我們比照參考車型，選定某型電動汽車的固定減速比為 。現在進行改減速比的可行性驗證。 (1) 傳動比的選擇首先應滿足車輛最高車速的要求，由最高車速 vmax 與電機的最大轉速 nmax確定傳動比的上限。 (15) vmax 其 中，類比其他車型，我們確定最大轉速 nmax=4000。通過該車外形設計參數，可得車輪半徑 r=,vmax=50km/h，則： 50 (2) 由電機的最大轉速對應的最大輸出轉矩 Tmax，和最高車速對應的行駛阻力Fmax確定速比的下限。 其中： f=， r=，則 (17) Fmax 論文 綜合市面上的電動機參數，參考現有車型的選擇的電動機，我們選擇最大轉速時轉矩 T＇ max=m作為參考值，則： (3) 由電機最大輸出轉矩 Tmax和最大爬坡度對應的行駛阻力 Famax確定。 其中： Famax=mgcosαf+mgsinα =800+800= N，r=。綜合市面上的電動機參數，參考現有車型的選擇的電動機，我們取Tmax=60 Nm作為參考值，則： 為了滿足上述要求，故 電機的參數設計 電動機的功率必須滿足電動汽車的最高車速的功率要求，以保證電動汽車在良好路面情況下，能夠獲得較高的行駛車速。加速性能和爬坡度：電動機的功率越大，電動汽車的后備功率就越多，從而其加速性能和爬坡度就會越好，但過多的后備功率導致電動機的體積和質量增加，且由于電動機不能經常工作在額定功率附近，效率下降，增加電動汽車不必要的能量消耗。 確定驅動電機參數的依據主要是： 1) 動力系統的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛； 2) 動力系統必須滿足車輛加速性的要求； 3) 動力系統必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要 求； 4) 動力系統必須滿足車輛以額定轉矩在額定車速行駛的要求； 5) 根據汽車的動力性指標選擇最適合的驅動電機 電動機的功率確定 (1) 根據最高車速計算電動機功率 在計算最高車速勻速行駛功率時忽略加速阻力功率與坡度阻力功率。 論文 滿載時： G=800， f=， CD=， A=， η=， ua=50km/h（此時電機轉速為 3500r/min） (2) 根據最大爬坡度計算電動機功率 在計算最大爬坡度行駛功率時時忽略加速阻力功率與空氣阻力功率。 滿載時 :G=800， f=， i=， η=， ua=20km/h 電動機的功率應能夠滿足根據以上計算得到的功率。 電動機最大輸出轉矩計算 根據電動汽車的最大爬坡度要求，可得電動汽車需求的最大轉矩。 由公式： 在電動汽車進行慢速勻速爬坡時，空氣阻力 Fw 以及加速阻力 Fj 可以忽略。所以： 其中， Ff=mgfsinα ； Fi=mgcosα ， 所 以 ： (27) r (28) 代入 ig=1， i0=， η=， m=800kg， g=， f=， α=tan1（ ） =176。，綜上可得： 錯誤！未找到引用源。 (29) 電動機額定轉矩計算 當電動汽車以額定車速在平地上勻速行駛時，電動機輸出的轉矩即為額定轉矩。 論文 即電動汽車在以常規車速（ 22km/h）的速度行駛時，阻力扭矩為 m。 由公式： n (31) 代入 P=5kW， n=1500r/min可得，額定轉矩 T=32Nm。額定轉矩大于額定轉速下的阻力扭矩，電動汽車滿足車輛行駛條件。 阻力矩， Nm 速度 ,km/h 圖 7 平定勻速情況下，阻力矩和車速關系圖 電動機加速性能計算 在水平良好路面上，車輛的行駛加速度表示為： 式中： Ft—輛行駛驅動力，計算公式為： 其中： Ttq—電機額定轉矩 ig—變速器傳動比 i0—主減速器傳動比 論文 r—車輪半徑 η—傳動機構效率，包括變速器、傳動軸和主減速器 Fw—車輛行駛的空氣阻力，錯誤！未找到引用源。 Ff—車輛行駛滾動阻力 錯誤！未找到引用源。 M—總質量 δ—轉動質量換算系數 則，電動汽車從起步加速到速度為 U的加速時間為： fu 選取峰值 Ttq為 ，要求速度由 0加到 45km/h ,δ =， M=800kg， ig1，i0=， η=， r=， CD=， A=， f=。代入上式得： 加速度， m/s2