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CN102135599B - 一种纯电动汽车动力匹配的方法 - Google Patents

一种纯电动汽车动力匹配的方法 Download PDF

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CN102135599B CN 201010519247 CN201010519247A CN102135599B CN 102135599 B CN102135599 B CN 102135599B CN 201010519247 CN201010519247 CN 201010519247 CN 201010519247 A CN201010519247 A CN 201010519247A CN 102135599 B CN102135599 B CN 102135599B
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张丛
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Abstract

本发明公开一种纯电动汽车动力匹配方法，首先根据纯电动汽车平地最高车速和坡度最高车速的要求，初步确定电机的额定功率和额定转速；然后对所选择的电机在测试台上进行测试，测试台加载终端模拟汽车平地和不同坡度下的行驶阻力，转矩-转速传感器则动态记录平地和不同坡度工况下被测试电机的转矩-转速输出特性；再根据测得的电机特性为基础，选择合适的传动比以满足纯电动汽车的最大坡度和最高车速要求。若实车测试结果显示所选传动比不能同时满足汽车的最大爬坡度和最高车速要求，则必须改进电机的相关性能。通过本发明的方法可以用单传动比满足汽车的最大爬坡度和最高车速的要求，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距。

Description

一种纯电动汽车动力匹配的方法
技术领域
 本发明涉及纯电动汽车领域，尤其涉及到单传动比纯电动汽车动力匹配技术领域。
背景技术
纯电动汽车是未来汽车发展的一个重要方向，而纯电动汽车动力匹配技术是纯电动汽车发展的一个关键技术，它的主要目的是选择合适的电机和传动比等参数以满足设计者对汽车最高车速、最大爬坡度和加速能力、以及能耗的要求。
由于目前的纯电动汽车很大程度是对传统内燃机车辆进行改装，现有纯电动汽车的动力匹配技术更多的是依赖于工程师的个人经验。《电动汽车传动系参数设计及动力性仿真》(姬芬竹　高峰 北京航空航天大学学报[J].2006，32（1）：108-111)公开的方案，在选择电机时只考虑功率，通过advisor软件仿真计算结果，该方案没有对电机进行测试，因此其计算值与实车测量之间的误差较大。《CRUISE 纯电动车动力性能仿真及优化》（姜海斌,黄宏成  机械与电子[J]. 2010 (4) ：61-64）的设计方案中也没有提及到对电机的测试，其电机模块也并不能真实反映汽车在平地和坡度工况的电机转矩-转速特性曲线。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供了一种针对纯电动汽车的特有情况，可以用单传动比满足汽车的最大爬坡度和最高车速的要求，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距的纯电动车动力匹配的方法。
本发明采用的技术方案是：
1)    初选电机：根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡度                                                
Figure 22375DEST_PATH_IMAGE001
、平地最高车速
Figure 244409DEST_PATH_IMAGE002
、爬坡速度
Figure 656936DEST_PATH_IMAGE003
，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure 684935DEST_PATH_IMAGE004
。
2)    测试电机：将初选电机输出端通过一联轴器与转矩-转速传感器相连，所述转矩-转速传感器通过另一联轴器跟测功机加载终端相连，pc控制台把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路输出给测功机加载终端；所述转矩-转速传感器通过转矩-转速控制电路把电机输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台。
3)    匹配传动比：根据步骤2）所测的转矩-转速曲线中最大转矩和汽车最大爬坡度的阻力值
Figure 993873DEST_PATH_IMAGE006
确定传动比的最小值 
Figure 831379DEST_PATH_IMAGE007
， 其中：
Figure 397490DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 135377DEST_PATH_IMAGE009
为滚动阻力系数，
Figure 495951DEST_PATH_IMAGE010
为重力加速度，为坡度，取最大爬坡
Figure 190554DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 81150DEST_PATH_IMAGE012
为静摩擦补充系数，
Figure 878205DEST_PATH_IMAGE013
为汽车传动系效率；根据转矩-转速曲线的最高转速
Figure 424724DEST_PATH_IMAGE014
和汽车的平地最高车速确定传动比的最大值   其中： 
Figure 514536DEST_PATH_IMAGE016
为最高转速时的转矩补充系数。 
4)    若，取传动比i值，使
Figure 758491DEST_PATH_IMAGE018
；否则，改进电机参数。
本发明的有益效果是：
1)      本发明的技术方案用单传动比兼顾了汽车的最大爬坡度和最高车速两个方面的要求；在满足动力性的前提下，减少了多传动比必然要增加整车总量所带来的问题。
2)      本发明对电机的测试过程采用平地和不同坡度汽车阻力-速度的实际情况进行加载，因此所得的电机转矩-转速特性曲线数据全面准确，与最后实际道路测试得到的电机转矩-转速特性曲线更为接近，因此理论计算出来的平地和坡度车速，最大爬坡度等值与实际情况更为接近，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距的问题。
3)      本发明在选择电机额定转速时，主要以电动汽车续驶里程最长为目标，节约了电动汽车的电量消耗。
附图说明
图1是电机测试台系统结构图
其中：1. 测功机加载终端  2. 转矩-转速传感器  3. 电机4. 加载控制电路    5. 转矩-转速测试电路 6. pc 控制台7. 联轴器
图2是电机平地和坡度转矩-转速曲线
图3是平地和坡度车速预测曲线
图4是实施例电机平地和坡度转矩-转速曲线
图5是实施例平地和坡度车速预测曲线
图6是实施例平地和坡度下的驱动力-车速曲线
具体实施方式
    纯电动汽车动力匹配的方法的具体实施方式如图1所示，其具体步骤如下：
（1）根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡
Figure 623679DEST_PATH_IMAGE001
、最高车速
Figure 700219DEST_PATH_IMAGE002
、爬坡速度，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure 533363DEST_PATH_IMAGE004
，其计算过程为：
a)      计算电动车平地最高车速时所需的功率
Figure 456320DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 766078DEST_PATH_IMAGE020
其中：g为重力加速度；
Figure 774485DEST_PATH_IMAGE021
为风阻系数，一般情况轿车取0.30-0.41；
 
Figure 827892DEST_PATH_IMAGE022
为空气密度，一般取1.2258 
Figure 667672DEST_PATH_IMAGE023
；
Figure 584550DEST_PATH_IMAGE009
为滚动阻力系数，根据道路条件的不同，一般取0.018-0.02；
Figure 876991DEST_PATH_IMAGE013
为汽车传动系效率，对于单传动比取出，一般取0.9-0.98；
b)      计算电动车爬坡所需的功率；
其中：
Figure 17620DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 619DEST_PATH_IMAGE027
 为坡度
Figure 395828DEST_PATH_IMAGE011
下的风阻,
Figure 944622DEST_PATH_IMAGE003
为坡度为
Figure 970346DEST_PATH_IMAGE011
时的车速；
      
Figure 237380DEST_PATH_IMAGE028
，为坡度
Figure 436280DEST_PATH_IMAGE029
的坡道阻力；
c)      无刷电机一般有2.5-3倍的过载能力，因此电机的额定功率；
d)      计算电机的额定转速
Figure 540600DEST_PATH_IMAGE031
，其中为转速储备系数。
最常用车速对应得电机转速：
Figure 493010DEST_PATH_IMAGE034
其中：
Figure 860537DEST_PATH_IMAGE032
为转速储备系数，根据情况一般取0.5-0.8；
Figure 836583DEST_PATH_IMAGE035
为汽车传动比；
理论计算汽车以车速u行驶时消耗的无用功率：
Figure 377286DEST_PATH_IMAGE036
其中：
Figure 958440DEST_PATH_IMAGE037
，为电池的内耗功率，
Figure 293606DEST_PATH_IMAGE038
为车速为
Figure 458746DEST_PATH_IMAGE039
时对应的行驶阻力, 为当车速为u时电机的效率；
Figure 35538DEST_PATH_IMAGE041
，为电机的内耗功率；
由于,
Figure 695507DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure 515695DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure 868179DEST_PATH_IMAGE043
都为常量， 可知当
Figure 810727DEST_PATH_IMAGE040
最大时，一定车速下纯电动汽车所做的无用功最小；当电机工作在额定转速下时，其效率
Figure 606962DEST_PATH_IMAGE040
较大，因此为使纯电动汽车在其常用车速下，有较远的续驶里程，使得
Figure 515750DEST_PATH_IMAGE044
 ；
根据以上计算的电机的额定功率P和额定转速
Figure 363620DEST_PATH_IMAGE004
，初步选定电机；
（2）如图2所示，将初选电机3输出端通过一联轴器7与转矩-转速传感器2相连，转矩-转速传感器2通过另一联轴器7跟测功机加载终端1相连，pc控制台6把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路4输出给测功机加载终端1。所述转矩-转速传感器2通过转矩-转速控制电路5把电机3输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台6。如图3所示，为所测的电机平地和坡度转矩-转速曲线。
（3）根据所测的转矩-转速曲线中最大转矩
Figure 226534DEST_PATH_IMAGE005
和汽车最大爬坡角的阻力值
Figure 450842DEST_PATH_IMAGE006
确定传动比的最小值
Figure 777918DEST_PATH_IMAGE007
， 其中：
Figure 999952DEST_PATH_IMAGE028
，此处
Figure 412479DEST_PATH_IMAGE011
取最大坡度
Figure 112581DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 294164DEST_PATH_IMAGE012
为静摩擦补充系数，一般取1.1-1.2；
根据转矩-转速曲线的最高转速
Figure 749416DEST_PATH_IMAGE014
和汽车的平地最高车速
Figure 85457DEST_PATH_IMAGE002
确定传动比的最大值 
Figure 651568DEST_PATH_IMAGE015
  其中： 
Figure 625340DEST_PATH_IMAGE016
为最高转速时的转矩补充系数，一般取1.2；
（4）取传动比i值,使
Figure 251494DEST_PATH_IMAGE018
；根据驱动力公式： 
Figure 638613DEST_PATH_IMAGE045
，其中
Figure 680518DEST_PATH_IMAGE046
为电机的输出转矩；车速公式：
Figure 836693DEST_PATH_IMAGE047
，计算出驱动力和车速的曲线。通过图2可以得到平地和不同坡度下的驱动力-车速曲线，如图4所示， 这些曲线与对应坡度下的阻力—车速曲线的交点就是平地和坡度最大车速。
（5）电机的改进，若上述步骤计算的
Figure 571431DEST_PATH_IMAGE048
,则传动比取任何值都无法同时满足最大爬坡度和最高车速的要求，可以采用如下两种方法重新选择电机：
一是加大电机的最大转矩；使得电机的最大转矩必须达到
Figure 180266DEST_PATH_IMAGE049
；
二是加大电机的最高转速，根据用测定的电机最大转矩和最大爬坡度计算所得的电机转速必须达到
Figure 353759DEST_PATH_IMAGE050
 。
实施例：
要达到如下纯电动汽车整车物理参数和动力性设计要求：
最大车重：≤1200kg
车轮半径：0.32m
迎风面面积：≤2.4
动力性要求：最大爬坡度： 
Figure 818237DEST_PATH_IMAGE051
25%
            最大爬坡车速：
Figure 786193DEST_PATH_IMAGE051
20km/h
最高车速：80/h
附注：本汽车必须采用单传动比，其用于一般城市道路上行驶                     
其计算过程为：
（1）初选电机：根据上述方法计算得到电动车平地最高车速时所需的功率，电动车爬坡所需的功率
Figure 396800DEST_PATH_IMAGE053
，从而计算出电机额定功率
Figure 473340DEST_PATH_IMAGE054
 =15.7KW，额定转速
Figure 56768DEST_PATH_IMAGE055
。
（2）对初选电机进行测试：根据上述方法测定的不同负载下具体测定的转矩-转速曲线如图4所示，其中最大转矩为：148 N*M，最高转速为:  5500 r/min。
 (3)传动比的确定：根据上述方法计算最小传动比=7.9，最大传动比=8.8；
(4) 取传动比i=8，通过图5所示曲线和传动比，计算平地和不同坡度下的驱动力-车速曲线，其曲线如图6所示。平地驱动力曲线和平地负载阻力曲线的交点就是平地车速。25%坡度驱动力曲线和25%坡度负载阻力曲线的交点就是25%坡度车速。
（5）实车实验：对选择的电机进行实际的测试，并取得测试数据。
通过以上计算可以得到理论计算值和实际值之间的对比关系，如下表所示，其中理论计算值和实际值的最大爬坡，最大爬坡车速和平地最高车速差距很小。
  最大爬坡% 最大爬坡车速km/h 平地最高车速km/h
理论计算 28% 22 79
实际值 25% 24 82

Claims (4)

1.一种纯电动车动力匹配的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）初选电机：根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡度                                                
Figure 418435DEST_PATH_IMAGE001
、平地最高车速
Figure 147356DEST_PATH_IMAGE002
、爬坡速度
Figure 537755DEST_PATH_IMAGE003
，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure 35733DEST_PATH_IMAGE004
；
2）测试电机：将初选电机输出端通过一联轴器与转矩-转速传感器相连，所述转矩-转速传感器通过另一联轴器跟测功机加载终端相连，pc控制台把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路输出给测功机加载终端；所述转矩-转速传感器通过转矩-转速控制电路把电机输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台；
3）匹配传动比：根据步骤2）所测的转矩-转速曲线中最大转矩
Figure 869696DEST_PATH_IMAGE005
和汽车最大爬坡度的阻力值确定传动比的最小值 
Figure 515890DEST_PATH_IMAGE007
， 其中：，为滚动阻力系数，
Figure 311173DEST_PATH_IMAGE010
为重力加速度，
Figure 731790DEST_PATH_IMAGE011
为坡度，取最大爬坡
Figure 530593DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 644042DEST_PATH_IMAGE012
为静摩擦补充系数，
Figure 631590DEST_PATH_IMAGE013
为汽车传动系效率；根据转矩-转速曲线的最高转速
Figure 855898DEST_PATH_IMAGE014
和汽车的平地最高车速
Figure 730444DEST_PATH_IMAGE002
确定传动比的最大值   其中： 
Figure 427322DEST_PATH_IMAGE016
为最高转速时的转矩补充系数； 
4）若
Figure 517637DEST_PATH_IMAGE017
，取传动比i值，使
Figure 699220DEST_PATH_IMAGE018
；否则，改进电机参数，按步骤3）重新匹配传动比。
2.根据权利要求1所述的纯电动车动力匹配的方法，其特征在于：步骤1）所述计算电机额定功率P和额定转速
Figure 200477DEST_PATH_IMAGE004
的方法：
计算电动车平地最高车速时所需的功率
Figure 100300DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure 728728DEST_PATH_IMAGE020
其中：为风阻系数, 
Figure 204020DEST_PATH_IMAGE022
为空气密度；
计算电动车爬坡所需的功率；
Figure 23257DEST_PATH_IMAGE024
其中：
Figure 913853DEST_PATH_IMAGE025
 为坡度
Figure 25422DEST_PATH_IMAGE011
下的风阻，公式
Figure 634257DEST_PATH_IMAGE026
；
计算电机的额定功率
Figure 870067DEST_PATH_IMAGE027
；
计算电机的额定转速
Figure 880748DEST_PATH_IMAGE028
，其中
Figure 661753DEST_PATH_IMAGE029
为转速储备系数。
3.根据权利要求1所述的纯电动车动力匹配的方法，其特征在于：所述步骤4）的改进电机参数是加大电机的最大转矩
Figure 757885DEST_PATH_IMAGE030
，使。
4.根据权利要求1所述的纯电动车动力匹配的方法，其特征在于：在所述步骤4）的改进电机参数是加大电机的最高转速
Figure 396994DEST_PATH_IMAGE032
，使
Figure 847436DEST_PATH_IMAGE033
。
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