纯电动客车动力性匹配计算与仿真

田国富，马书新，高 峰

(沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

纯电动客车动力性匹配计算与仿真

田国富，马书新，高 峰

(沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

为实现纯电动客车的动力性匹配计算，介绍了电动客车整体布局和参数,并建立了动力总成数学模型。对电机进行了合理的选择和匹配计算,用MATLAB/Simulink模块对客车动力性能进行仿真。计算和仿真结果满足预期要求。

纯电动客车;动力性；匹配计算；仿真

0 引言

环境污染和能源危机目前正备受关注，发展电动汽车是缓解两大问题的有效途径[1]。随着国家对研制电动汽车投资补贴的力度加大，各高校企业对电动汽车的研制也逐步增加。而制约电动汽车发展的主要因素是动力系统问题，也就是其续驶能力，所以，研究分析电动汽车的动力性能十分重要。本文着重对某车型的动力性能进行了计算、建模、分析等过程，为后续研究提供帮助。

1 电动客车动力总成总体布局

图1所示为本文研究纯电动客车动力总成的总体布局。动力系统作为电动汽车的核心区别于传统汽车在于其以电机为核心[2]。动力系统的功能是把储存在蓄电池中的化学能转化为驱动汽车行驶的机械能，并可以通过汽车减速实现再生制动。

图1 动力总成结构图

驱动电机的作用是将电池中的电能转化为机械能，由传动系统或者直接驱动车轮，目前，随着技术的发展，传动的电机逐步被无刷电动机(BCDM)、开关磁阻电动机(SRM)等取代[3]。本研究采用的是由北京佩特来电机驱动技术有限公司生产的型号为DDM110的水冷、永磁同步、外转子、6相、双绕组电动机。

2 动力性能评定指标

电动汽车的动力性能主要通过加速性能、爬坡性能、最高车速性能这三个要素来评定[4]。选用的电机功率应该同时满足汽车的最高车速、加速时间和爬坡性能的要求。

以最高车速对应消耗的功率为：

(1)

式中，PV为电动汽车以最高车速行驶消耗的功率，单位kW;ηt为传动效率；M为整车质量，单位kg；Vmax为最高车速，单位km/h；fr为滚动阻力系数；CD为风阻系数；Af为迎风面积，单位m2。

以某车速爬坡对应消耗的功率为[5]：

(2)

式中，i为坡度，V为汽车行驶速度。

某车速在水平路面行驶消耗的功率为[6]：

(3)

电动机的额定功率应取三者中的最大值：

Pe=max{PV,Pi,Pj}

(4)

汽车加速度的计算公式为：

(5)

加速时间：

(6)

汽车爬坡时的形式方程为：

Ft=Fi+Fr+Fw

(7)

式中，Fi为坡道阻力，Fi=Mgsinα；Fr为滚动阻力，Fr=Mgfrcosα,α为坡道角度。

根据电机的转矩可以计算汽车的驱动力是否满足三个指标。

3 动力系统数学模型的建立

3.1 整车受力分析

对整车进行必要的受力分析，建立整车受力数学模型。电动汽车在行驶过程中主要受滚动阻力、空气阻力、驱动力、加速阻力以及坡道阻力等影响[7]。整车受力分析图如图2所示。

图2 整车受力分析图

图2中，G为汽车重力；Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；Fj为空气阻力；Fi为坡道阻力。

汽车的行驶方程为[8]：

Ft=Ff+Fw+Fj+Fi

(8)

3.2 电动机模型

电机是电动汽车动力系统的核心部件，将电池中的化学能转化为机械能供车轮运转，本研究采用的是由北京佩特来电机驱动技术有限公司生产的型号为DDM110的水冷、永磁同步、外转子、6相、双绕组电动机。

图3 永磁同步电动机的机械特性

此类永磁同步电机与其他交流电机相比，效率高、力矩惯量比高、能量密度高，是个环保低碳的电机。

该型电机的机械特性如图3所示，当采用矢量控制法在额定转速以下恒转矩运转时，定子电流相位领先β角，增加了转矩并产生弱磁作用，使额定转速点增高，增大了调速范围。

电机的转矩方程式为：

(9)

3.3 变速箱模型

变速箱是连接电动机和传动轴用来改变传动比的装置，扩大传动调节范围，以满足汽车在不同环境下的动力需求，本研究采用机械变速器，空挡时断开转矩传递，挂挡时传递转矩。

变速箱空挡时的数学模型为[9]:

(10)

变速箱挂挡时的数学模型为[10]：

(11)

式中，Tti为变速箱的输入转矩；Tto为变速箱的输出转矩；Tmo为电机输出转矩；Jai为变速箱输入轴转动惯量；Jao为变数箱输出轴转动惯量；Jti为变数箱输入转动惯量；Jto为变数箱输出转动惯量；ωti为变数箱输入转速；ωto为变数箱输出转速；ig为变数箱档位传动比；ηt为变数箱传动效率；ωto1为空挡时变数箱输入转速；a′为汽车加速度。

4 动力性能参数匹配计算与仿真

本研究参考BJ6123EVCA车型，主要参数如表1所示。

表1 整车技术参数

本研究采用的电机为北京佩特来电机驱动技术有限公司生产的型号为DDM110的水冷、永磁同步、外转子、6相、双绕组电动机。其主要参数如表2所示。

表2 电机技术参数

在MATLAB/Simulink环境下对系统的动力系统进行了仿真计算，图4为动力系统仿真模型。

图4 动力系统仿真模型

仿真结果如表4所示，由此可以看出，匹配计算和仿真结果满足预期要求。

5 结论

针对电动汽车的动力性能要求，对纯电动客车进行动

力性匹配计算。介绍了电动客车整体布局和参数,并建立了动力总成数学模型。对电机进行了合理的选择和匹配计算,用MATLAB/Simulink模块对客车动力性能进行仿真。结果表明，汽车的动力性能参数均符合预期要求。

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Matching calculation and simulation of the power performance for an electric bus

Tian Guofu, Ma Shuxin, Gao Feng

(School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)

The matching calculation of power performance for an electric bus is conducted. The overall layout and parameters of the bus are introduced，and the mathematical model of power assembly is established. The rational selection and matching calculation of motors are conducted, and the simulation of motors is conducted by MATLAB/Simulink. The results of calculation and simulation meet prospective requirements.

electric bus; power performance; matching calculation; simulation

U461.2

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.06.025

田国富，马书新，高峰. 纯电动客车动力性匹配计算与仿真[J].微型机与应用，2017,36(6)：84-85,88.

2016-09-22)

田国富(1968-)，男，博士，教授，主要研究方向：车辆工程。

马书新(1992-)，男，硕士研究生，主要研究方向：车辆工程。

高峰(1989-)，男，博士研究生，主要研究方向：模式识别与人工智能。