纯电动客车动力系统匹配及仿真分析

1动力系统主要参数匹配设计1.1驱动电机匹配设计1.1.1电机功率匹配根据客户设计要求：最大爬坡度为25%；在10%的坡度上能以60km/h的速度行驶；0到50km/h的加速时间应小于25s；最高车速达到69km/h。（1）满足以3~5km/h在25%的坡度上起步的功率要求，由下式计算可得：31maxmax1(cossin)62360021.15DmTCAvPGfvGvkW(1)（2）满足以60km/h在10%的坡度上行驶的功率要求，由下式计算可得：32maxmax1(cossin)340360021.15DmTCAvPGfvGvkW(2)（3）满足最高车速69km/h的功率要求，由下式计算可得：232)551(360011296027614031mmmDmTmkWvvvCAmgfmPxtx(3)因此电动机的峰值功率取Pm1、Pm2和Pm3的较大者：_max123max{,,}mmmmPPPP根据以上分析，可以得出该并联混合动力公交车驱动电机的最大功率为340kw。电机额定功率和峰值功率的关系为：_maxmmePP(4)式中λ为电机过载系数，这里取2。由于其它附件的功率要求，取电动机的额定功率为170kw。1.1.2电机转速匹配电机的转速不一样，对于电机的制造工艺及加工精度要求也就不一样。目前，可根据电机的转速将电机分为三种：1、低速电机，转速范围在3000～6000r/min；2、中速电机，转速范围在6000～10000r/min；3、高速电机，转速在10000r/min以上。相对于低速电机，中速电机和高速电机的造价较高，制造工艺复杂，而且它们对于与其配套的轴承等有着很高的要求，过高的转速还会增加机械损失。因此，本文选用低速电机，最高稳定转速为3200r/min。电机的额定转速可由下式（5）得到：_max2400/minmmennr(5)其中，为电机扩大恒功率区系数。1.1.4电机扭矩匹配电机的额定转矩可由电机的额定功率Pe和额定转速ne确定，由下式（6）可以得出：*9550677emeePTNmn(6)电动机的最大转矩可由下式（7）得出max1360meTTNm(7)1.2电池组参数的选择1.2.1电压等级的确定现代汽车设计需要更好的空间利用率，特别是对于电动汽车而言。在相同的功率要求下，电池组的放电电压越大则放电电流越小，因此相关的电器元件可以设计的更加小巧，以满足空间布置需求。表1-1给出了现代各种新能源汽车车型电压等级方面的数据统计结果。表1-1新能源汽车电压等级数据统计车型电压等级传统燃油轿车启动系统12V传统轿车ISG系统36VISG混合动力系统144V混合动力轿车或电动轿车288-350V混合动力客车或电动客车359-650V因此初定电池组的额定电压为538V。1.2.2电池容量的确定按照中国标准GB/T18385-2005《电动汽车动力性能试验方法》、GB/T18386-2005《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，纯电动汽车需满足以40km/h匀速行驶至少300km。因此，可以根据下式初步确定电池的容量为：111000320PSCAhV(8)考虑到经济性因素以及电池组的质量问题，初定电池组容量为320Ah。1.3传动系速比的选择1.3.1主减速比的选择车辆的主减速比可以看作是传动系的最小传动比，因此它应该满足纯发动机模式下的最高车速要求，即：_max0max=8.30.377mrniv(9)其中，_maxmn电动机最高稳定转速；maxv最高车速；参考其他车型，初选主减速比为6.166。1.3.2变速器各档速比选择变速箱的档位数和速比进行匹配设计时，必须考虑以下几个因素：车辆的最高车速、车辆的最大爬坡度、车辆处于巡航车速下时电动机是否工作于高效区。首先根据最大爬坡度确定1档速比。maxmax1max0(cossin)2.87gGfrTii(10)在满足最大爬坡度要求的同时，也需要保证附着条件，即用一挡发出最大驱动力时，驱动轮不产生滑转现象。公式表示如下：1max05.92gTGrTii(11)其中，maxT动力源能产生的最大扭矩（Nm）；附着系数，对混领土或沥青路面可取0.5~0.6之间；随后根据稳定行驶最高速度确定高速档速比：4max00.3771.36mgnriui(12)为了保证换挡顺利，要求各个档位之间的传动比值不超过1.8。所设计的4档变速器速比如下表1-2所示。表1-2变速器各档位速比1档传动比4.0172档传动比2.4673档传动比1.5294档传动比12整车动力系统仿真分析2.1整车动力系统各部件参数根据以上动力匹配计算，选择一款额定功率为130kW电机进行仿真验证。如下表2-1所示为整车动力系统主要部件的参数。表2-1整车动力系统各部件参数部件参数值电动机峰值功率(kW)260额定功率(kW)130峰值扭矩(Nm)1134额定扭矩(Nm)517最高转速(r/min)3200额定转速(r/min)2400动力电池电池标称容量(Ah)320电池额定电压(V)538变速器(4档)传动比4.017/2.467/1.529/1主减速器传动比6.1662.2整车动力性能仿真分析2.2.1最高车速及加速性能分析如下图2-1所示，为满载下全负荷加速曲线。从图中可以得出最高车速为97km/h，满足最高车速要求。而加速能力如下表2-2所示。表2-2不同车速段的加速时间车速段加速时间0到50km/h13s全负荷加速曲线01020304050607080901000102030405060708090100110120时间/(s)速度/(km/h)00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.83加速度/(m/s2)速度加速度图2-1满载下全负荷加速曲线2.2.2爬坡性能分析如图2-2所示为各档位爬坡曲线，从图中可以得出最大爬坡度为28.5%。如下表2-3所示为各爬坡度所对应的车速。表2-3各爬坡度所对应的车速爬坡度车速（km/h）5%6910%3315%2820%1925%17满载下各档位爬坡曲线01234567891011121314151617181920212223242526272829305101520253035404550556065707580859095100105110速度/(km/h)坡度/(%)一挡二挡三挡四挡图2-2各挡位的爬坡曲线