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1、第10卷第25期2010年9月科学技术与工程Vol10No25Sep201016711815(2010)25635103ScienceTechnologyandEngineering2010SciTechEngng纯电动汽车动力性能分析与计算姚海峰王亚平陈以春任鑫(南京理工大学机械工程学院,南京210094)摘要对纯电动汽车车载电动机的动力特性进行了研究分析。建立了纯电动汽车动力性能计算模型,并在MATLAB平台下开发了纯电动汽车动力性能仿真软件系统。基于此软件系统选取三款不同动力特性的车载电动机与三组变速箱组合进行了仿真测试,
2、对车载电动机额定转矩、额定功率和最高转速对汽车最高车速、爬坡性能以及加速性能的影响进行了归纳总结。首次以方程形式建立了准确的纯电动汽车动力性能计算模型。关键词纯电动汽车电动机驱动系统动力性能中图法分类号U46972;文献标志码A当前,如何降低汽车的能源消耗和环境污染已关系如式(1)所示。经成为了汽车工业发展的主旋律,电动汽车被认为Tmax,n<=nb是汽车工业近期应对这两个突出问题的最主要对T=9549Pmax,(1)[1]n>nb策和最现实的选择之一。n车辆性能通常由最高车速、加速性能和爬坡性式(1)中,n为电机转速,单位r/min;T为电机转矩,能予以描述
3、,而车辆性能的预测是基于汽车牵引力单位Nm;nb为电机基速,单位r/min;Tmax为电机和车速之间关系得出的[2]。对纯电动汽车牵引力额定转矩,单位Nm;Pmax为电机额定功率,单位kW。和车速之间关系进行研究首先需要确定汽车动力结合汽车牵引力与电动机输出转矩之间关系系统输出转速与最大可输出转矩之间关系,因此对以及汽车车速与电动机转速之间关系可以得出纯电动机的动力特性进行分析十分必要。电动汽车牵引力和车速之间关系如公式(2)所示:Tmaxit1动力特性分析,v<=vbrFt=(2)11459Pmaxt车载电动机在低速运转情况下,由电子变换器,v>vbv向电动机提供的电压随着转
4、速的增大而逐渐增高,式(2)中,Ft为牵引力,单位N;v为车速,单位km/此时电动机具有恒转矩特性;当转速逐渐增大至某h;vb为一挡时对应于电机基速的车速,单位km/h;一值时电动机端电压达到电源电压,这一转速值即t为传动系效率。为电动机基速。超过基速后电动机端电压保持不汽车行驶时,为了使驱动轮不打滑,必须使驱变而磁通随着转速增加呈双曲线形衰减,因此转矩动力小于或等于地面附着力。因此对于前轮驱动也随着转速增加呈双曲线形下降,此时电动机具有[4]汽车的牵引力还应当满足公式(3):[3]恒功率特性。综上,电动机输出转速与转矩之间L-aFtmax!mg(3)L2010年6月3日收到式(3)中
5、,Ftmax为汽车最大牵引力,单位N;为路第一作者简介:姚海峰(1983),男,河北石家庄人,硕士生,研究面附着系数;L为汽车轴距,单位m;a为质心至前轴方向:复杂机械系统的建模与仿真。距,单位m。6352科学技术与工程10卷爬坡能力可由车辆的静牵引力求得,汽车以任2动力性能计算模型一车速v行驶可以爬上的最大坡度可以联立公式(7)和公式(8)由式(9)求得。汽车的动力性是汽车各种性能中最基本、最重2Ft-FwFt-Fw2-fr1-+fr要的性能,主要由汽车的最高车速、汽车的加速性∀=arcsinmgmg2能和汽车的爬坡能力三方面的指标来评定[5]。1+fr当纯电动汽车达到
6、最高车速时电动机处于恒(9)功率段运行,汽车在牵引力、滚动阻力以及空气阻力作用下处于平衡状态。此时汽车行驶方程式如3动力性能仿真计算公式(4)所示,由此式即可求得纯电动汽车的最高31参数设置车速。11459P2为便于对比分析,在基本参数设置相同的情况maxtCDAvmax=mgfr+(4)vmax2115下选取三组不同的变速箱和三款不同的电动机按式(4)中,vmax为最高车速,单位km/h;fr为滚阻系照编译好的程序进行仿真计算。数;C2基本参数设置如下,整车质量:1030kg,迎风面D为风阻系数;A为汽车迎风面积,单位m。2积:21m,风阻系数:03,车轮半径:02
7、8m,轴距:汽车的加速性能通常由汽车从0加速到某一车2462m,质心至前轴距:185m,路面附着系数:速vf所用时间来衡量,参考传统汽车计算方法结合065,传动系效率:09。电动机特性分析可以发现,纯电动汽车加速时间的变速箱参数如下,第一组各挡总传动比(包括计算分为两种情况。当最终车速vf小于vb时采用主减速器传动比),一挡:853,二挡:642,三挡:式(5)计算,当最终车速vf大于vb时采用式(6)487;第二组各
