纯电动公交车动力系统参数的设计

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1、文章编号：1002-4581(2009)01-0042-05纯电动公交车动力系统参数的设计马向明，吴森MAXiang-ming,WUSen（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）摘要：文屮以传统公交车为研究对象，对动力传动系统，主要是对驱动电机、变速箱以及动力电池参数进行合理的计算和设计，将其改装为纯电动公交车，并与原车性能进行比较，验证其合理性。文献标识码：A关键词：电动公交车；驱动电机屮图分类号：U469.72:U4621汽车行驶需求功率汽20世纪70年代以来的石油危机唤起人类.对有限石油资源的关注，电动汽车的研究开发车受到重视。目前，在动力电池和其他技术取得有

2、根据汽车理论，汽车的功率平衡关系应满足如下的方程式：pj(mgf「v+rngi_v+vq?~3600~°3600°76140a6mdu3600Vadt)段之一⑴。纯电动汽车动力传动系部件的设计参数，如电动机功率和转矩、传动系传动比以及它们之间的合理匹配等，对电动汽车的动力性、经济性、行驶里程等都有显著的影响。以某一型号的传统公交车为例，改装为纯电动公交车，重新设计动力系统参数，并验证匹配设计方法是否合理。原车数据如表1所示：式中，Pv为车辆行驶需求功率,kW;nr为传动系效率;m为整车质量,kg；/为滚动阻力系数；f为道路坡度;C。为风阻系数；4为迎风面积，m2；6为旋转质量

3、换算系数;du/dt为行驶加速度；为车速，km/h。在设计中通常以保证汽车预期的最高车速来初步选择电机应有的功率，因此，对应车辆需求功率的计算公式对以简化为：整乍主减速器伦胎长(mm)宽(mm)(mm)整备质量（kg）传动比半径(mm)112532498360412300163004.11500左右表1原车参数(2)式中，I仏为最高车速，km/ho最大爬坡度对应的车辆需求功率计算公式如式⑶所示,duT=2.1电机峰值功率的选择电机的峰值功率必须同时满足整车动力性指标屮最高车速、最人加速度和0〜50km/h加速吋间三者的要求，即峰值功率PT$max（Pw,Pa凡）,由表2可知，

4、P际至少应高于99.7kWo此外，驱动电机的峰值功率应能满足公交车北在典型使用循环工况下的车辆功率需求。图1为京我国典型公交车瞬态运行工况。此工况対应的车辆功命'谱如图2所示。图屮功率为负值时，表示汽P护丄（吧誥严屮叱严S+rT3600360（）CM376140儿）⑶式中，CU为最大爬坡角。如果在平直的路而测量加速时间，根据汽车行驶方稈式可得式（4）。由此得到加速曲线,再釆用分段枳分的方法，可得到各个速度区间的加速时间，累加后即可得到原地起步加速到指定车速的全力加速时间T,见式（5）。该式可以用来计算给定全力加速时间要求下的车辆需121求功率P归。一如丄山厂F*1（只n_m

5、gfrCpA26/w%360076140aa式（4）中的/指的是全力加速时电机对应车速％的实际输出功率。根据驱动电机工作的外特性，得到恒转矩区每一车速对应的电机输出功率以及恒功率区的电机输出功率Pv3o针对文中举例的公交车，利用上述公式，代入整车参数可得到最高车速（持续行驶3（）min的最高车速）、最大爬坡度以及全力加速吋间对应的车辆功率需求（一般客车的风阻系数Cd在0.5〜0.8左右，本次计算取0.6；-般在良好的沥青或混凝土路面上滚动阻力系数力在0.01-0.018,本次计算取0.016；传动系效率帀取值为0.85）见表2。表2整车动力性指标对应的车辆功率动力性指标性

6、能要求计算的功率需求最高年速80km/h满足最高车速行驶30min,电机提供的持续输出功率不小于/i=97.1kW最大爬坡度W20%满足以lOkm/h的速度爬20%的坡，对应的年辆功率需求为Pv<>=99.7kW0-50km/h加速时间W40s满足全力加速时间条件的放小乍辆功率需求为A<5>65kW2驱动电机参数的选择在设计电机参数时，应考虑其功率需求是在电机的稳定持续工作区还是短时工作区。一般来说，电动汽车整车动力性指标川最高车速对应的为持续工作区，即电机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间対应的则是短时工作区（1〜5min）,即电机的峰值功率⑵。制动状态理论上可通过

7、电机冋馈的最大功率，考虑到蓄电池的容量和安全性，实际中通常只能回收制动能量的一部分。在此循环工况下，车辆对应的最大功率需求为145.2kW,最大回馈制动功率需求为176.4kWo图1我国典型公交车瞬态运行工况图2车辆需求功率谱北京汽车驱动电机的峰值功率与电动汽车的最大爬坡度和加速吋间关系密切，电机峰值功率越大，对应显人爬坡度越大，汽车加速时间越短，整车动力性越好。但随着电机峰值功率的增加，加速时间减小的程度越来越不明显，同时电机峰值功率的増加也会导致成本的提高。此外，考虑到电机在瞬时工作时允许有较大的过