双电机驱动低速纯电动汽车研究.pdf

《双电机驱动低速纯电动汽车研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

汽车实用技术AUT0酲OBILEAPPL工EDTECHNOLOGy2017年第瑚2017N0．110．16638／j．cnki．167l-7988．2017．01．012双电机驱动低速纯电动汽车研究肖寿高(陕西交通职业技术学院汽车工程学院，陕西西安710018)摘要：为了响应国家节能减排的号召，实现汽车产业的可持续发展，开展对新能源汽车的技术研究已成为当今世界的热点问题。文章以某基型车为研究对象，完成了双电机驱动低速纯电动汽车的动力性能计算和驱动电机选型；通过对比各种电机的优缺点，得到了驱动电机的相关参数和设计要求，为后续双电机驱动电动汽车的开发打下基础。关键词：新能源汽车；双电机驱动；低速纯电动汽车中图分类号：U469．72文献标识码：A文章编号：1671—7988(2017)01—30—Q3Research蚰LowspeedpureElectricVehiclewithDuaIIn-wheelMOrtOrsDriveXiaoShougao(Depa岫entofAutomobile，ShaanxiCollegeofCommullication1’echnolo蹴Sha觚xiXi’an7l0018)Abstract：hresponsetothecalloflhenationalenergyconservationandemissionsreduction，realizemesustaillabledevelopmemoftlleautomobileiIldus仃y，hthetechnologyresearchofnewene唱yvehicleshasbecomeahotissueiIltodays、Ⅳorld．wimatypebasecarastlleresearchobject协协ispaper，completed廿lepo、Ⅳerperfo锄ancecalculationa11ddriVemotorselectionofthelowspeedpureelectric谢thdoublemotor嘶Ve；BycompanngtlleadVantages肌ddisadvantagesofallkindsofmotor，gotsomereIatedparametersanddesignrequirementsofthedriVemotor，forsubsequentdoublemotordriVemedevelopmemofmeelec仃iccarlayt11efbundation．Keywords：newenergyvehicles；doublemotordriVe；thelowspeedpureelectricCLCNO：U469．72DocumentCode：AAr6clem：1671—7988(2017)0l-30-03引言目前，新能源汽车的研发已经列入了国家十三五规划计划当中，而纯电动汽车作为～种重要的新能源汽车，国内各大汽车生产厂商正己投入大量的人力物力对其进行开发。在小型乘用汽车领域，比亚迪汽车公司己开发出纯电动车e6，长安新能源汽车公司推出了奔奔MIm纯电动轿车，北汽新能源公司在售EV200、Eu200等系列纯电动汽车，奇瑞作者简介：肖寿高，就职于陕西交通职业技术学院，汽车设计工程师，主要从事汽车维修检测教学与实训，新能源汽车等相关专业研究。基金项目：2015年中央高校基本科研基础研究计划项目(310822151023)；2015年度中央高校基本科研创新团队项目(310822153303)。新能源公司生产的奇瑞eQ和奇瑞QQ3EV纯电动汽车，中国一汽新能源汽车分公司推出了奔腾EV、欧朗EV和威志EV几款纯电动汽车。以上所列各种纯电动车型都为单电机驱动纯电动汽车，且只有奇瑞的QQ3Ev为低速电动车(经济车速为50hl／11)，而其余车型均为高速电动车(最高车速约在100km／11．150lml／ll左右)。一方面，研究发现高速纯电动汽车虽然在行驶速度上虽然优于低速纯电动汽车，但是该类车型对电池电压，电池容量，电机功率等关键性能部件提出了更高的要求，并且目前造价也比较高，不利于市场推广。另一方面，双电机驱动比单电机驱动更为灵活有利，比如对于前置前驱的车型来讲，通过采用灵活的双电机控制方案的设计达到取消机械差速器的目的，而单电机驱动需要增加此差速器；还可以将电机集 31汽车实用技术2017年第1期成到整个车轮构成为左右驱动的轮毂电机，从而进一步减少整车零件，而单电机驱动需要传动轴及变速箱总成来完成传动。因此，研究双电机低速纯电动汽车是必要的并具有一定的实用价值。1、双电机驱动纯电动汽车基本结构分析为缩短电动汽车的研发时间和研发成本，此处纯电动汽车的基本结构以成熟的传统燃油汽车作为基本型，保留原传统燃油汽车的车身、电气设备及大部分底盘件，主要针对燃油汽车的电力及动力传输系统做变换，图1给出了一种纯电动汽车电力和动力传输路线示意图。此种纯电动汽车以动力电池组作为动力源，通过电池变换器驱动电动机，电动机输出动力给传输系统并传递至车轮。匝巫卜—匾受墨——_匝豇=⋯=通亟圈二=={圈}一一《n*鼍一1}======aA*_=====二d图1单一蓄电池为动力源的纯电动汽车的电力和动力传输示意图为了使电动汽车的结构布局更细化，下面对动力传输部分进行拓展，分别给出三种类型结构的布置形式，见表l。从表中可以看到，双电机驱动纯电动汽车的机械传动装置最为简单和紧凑，可以给整车腾出更大的空间，也便于动力电池组的优化布置。表1纯电动汽车动力传输结构布置对比纯电动汽1：m置形式阁示特点{““／I／布臀与传统内燃机汽车棚近．电一e电动机，扣爽驱动式机数量为1个．其余传动装盟nI1：电动机．2：离台嚣采用现仃成熟的部件。3：变速器。4：驱动桥；i二r__；≥取消了离合器、变速器．将电动电劬机一驱动桥身l合式§．二汽与减速蓖速机构进行集成，由≮：二二二一一台电机进行驱动。l：电动机．2：减速萱建器’霍7。将电机装到驱动轴上．直接由两烈I乜机驰动式生i台电机进行乍辆的差速及变速。l：电动帆．2：减地嚣低速纯电动汽车动力性分析汽车动力性是汽车的关键性能指标【4】之一，在纯电动汽车的研发过程中，对整车进行动力性的分析是十分必要的，电动汽车动力性的评价指标包括最高车速、加速时间以及最大爬坡度，对这些指标进行确定将影响整个车辆的配置，包括驱动电机等关键部件的设计与选型。由于此项研究针对市场容量较大的低速纯电动汽车用户，其主要特性表现为出行代步车，对车速要求不高、车辆配置要求低、行驶路况较好。通过研究低速汽车市场发现，可将低速纯电动汽车的动力性参数设定为：最高车速为60l口11／11，最大爬坡度为20％，O．401dT汕加速时间为9s。从成本和时间上来考虑，本研究选择某轻型轿车作为基型车，在此基础上选择部分参数作为驱动电机的选型设计，对应的部分整车参数见表见表2。表2某基型车整车参数整车参数数值整备质量(m)1050kg迎风面积(A)2_22时车轮滚动半径(r)O．258m滚动阻力系数(f)O．012传动效率(11)O．93l2．1驱动电机动力参数确定纯电动汽车的电机动力参数直接影响整个车辆的动力性能，下面通过汽车行驶方程式来确定驱动电机的动力参数，为电机的选型设计提供理论基础。1)电机功率的确定首先根据最高车速【1】来确定电机的峰值功率如下：只一：!燮。±鱼坐二!!!：!墅(1)360077式中：m为整车总质量，妇：g为重力加速度；f为滚动阻力系数，取0．012；cD为风阻系数，取0．4；A为迎风面积，取2．22；口为传动效率：u⋯为最高车速。其次根据最大爬坡度来确定电机的峰值功率如下：只m“2志(啊cos口+删n口+％等)(2)式中：“，为在最大坡度上运行速度，取值15妇汕；Q=arct“(f。。)，fn诅；为最大爬坡度，取20％。另外由加速性能【21来计算电机的最大功率如下：‰“2吉焉+蒜以+蔫@’盯‘540019035017200f．7式中：”。为汽车加速终了速度，取40h油，如为加速时间，取9s；6为电动汽车转动惯量换算系数，取1．05。综合上述三种情况，低速纯电动汽车电机的峰值功率应取三者当中的最大值，才能满足使用要求，即：只一≥maX{只。。，昱。。，B一}(4)式中：厶一为电机的峰值功率或最大功率，单位为kw。根据电机设计手册，通常用额定功率来表征电机的持续工作性能，而电机的额定功率乘以过载系数即为电机的最大功率，因此可知电机额定功率为：只=己。。／彳(5)式中：九为电机过载系数，通常取值2．3。将以上相关参数代入(1)．(5)，可得岛一耋30．5kw，电机过载系数取2．6，那么得到单电机额定功率t=12kw。对于双电机驱动纯电动汽车来讲，单个电机额定功率为6kw便可满足该车的动力性要求，因而电机最大功率可降为 2017年第l期肖寿高：双电机驱动低速纯电动汽车研究326kW。2．2电机转速与转矩确定在电机转速与转矩选择当中，主要围绕额定和最高两个工作点来进行，在这里额定转速由低速纯电动汽车的常规行驶速度来确定，如下式：吃=％如／(O．377r)(6)式中：‰为低速电动汽车常规行驶车速，取40妇汕；，=D．258搠为轮胎半径；f，G为电机固定减速比，取值6．45；将以上参数代入(6)可得，船产2653n锄砌，此处取整为2800∥，”加。当车速为最高车速时，仍可利用(6)式计算电机最高转速，将“，《0h1／11代入可得：甩一=3978砌加，此处取整为4000砌”胁。电机转矩可按转矩与功率的转换式进行计算，即：Z=9549￡／玩(7)将上述得到的参数代入式(7)，可知电机额定转矩为20．5N．m，则电机的最大转矩为：乙=名疋(8)将过载系数2．6代入可得，电机最大转矩为53．6N皿。根据上述计算结果，在表3中列出了驱动电机的基本性能参数。表3电机基本性能参数额定功率，峰值额定转速，最高额定转矩，最高功率取w)转速(r／min)转矩(N．m)12，30．52800／400020．5，53．63、驱动电机的选择要求电机的选择对于纯电动汽车的驱动性能等指标起着重要的作用，因此需要对驱动电机【3Jf故～些必要的设计上和使用上的要求：能满足汽车经常性的启动、停车、加速以及减速等工况需求；对于双电机驱动纯电动汽车而言，由于取消了变速器等换挡部件，因此在车辆低速或爬坡时，要求电机输出扭矩大，高速运行时，要求电机转矩小；在一些极限工况，通常要求电机要有一定的过载能力；为了提高双电机驱动电动汽车的运行效率，节省能耗，要求电机具有较高的效率；要求电机具有较大的调速范围，既要求电机工作在恒转矩区，又要求电机工作在恒功率区；从汽车的使用和结构设计角度来考虑，要求电机机电本体具有较高的结构可靠性，布置方便性及低成本。从驱动性来考虑，要求电机的扭矩特性与汽车的运行特性相匹配。3．1驱动电机的对比目前，应用于电动汽车上的常用电机有直流电动机、异步电动机、永磁直流无刷电机和开关磁阻电动机，通过查阅相关资料的发现，对这四种电机的性能特点汇总至表4。表4四类电机参数对比项目名称直流电幼机肆步电动机永磁无刷甄流电机开关永磁电机功率密度低巾较掰高峰值效率，％85—8990—95<9095棚负荷效率，％80一879(卜9278一龋85—．97可靠性一般好优秀外形尺寸大巾小电机的霞蛩承出轻通过对表中电机的各项对比项目研究发现，永磁无刷直流电机在功率密度、运行效率、操控性能、结构可靠性和整车布置性等方面比其他三种电机占有优势。因此，选择永磁无刷直流电机作为双电机低速纯电动汽车的驱动电机是比较好的选择。4、总结文章从汽车的动力特性着手，给出了一种双电机驱动纯电动汽车的动力系统布置方案，并与单电机驱动纯电动汽车做了比较研究，研究发现双电机驱动低速纯电动汽车在技术路线选择上具有一定的先进性，并对双电机驱动的驱动电机进行了参数计算和选型对比；因低速纯电动汽车具有成本低，适合于家庭用车及城市代步车等，因而低速纯电动汽车对新能源汽车的推广与应用起到了促进作用。同时也为今后低速纯电动汽车的设计开发做了前期准备工作。参考文献【1]冯镇等．电动场地教练车动力系统匹配设计与仿真研究阴．郑州大学学报，201l，32(6)：72．[2】刘新．纯电动汽车动力参数匹配与仿真研究【D]．重庆大学，2013，6．【3】郭建龙等．电动汽车驱动用电机的选择佣．汽车电器，2007，l：9-12．【4】纯电动汽车动力驱动系统参数优化设计及性能仿真研究【J】．重庆工贸职业技术学院学报，2012，28(4)：3l-35．