田國(guó)富，馬書(shū)新，高峰

　　（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110870）

      摘要：為實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)客車(chē)的動(dòng)力性匹配計(jì)算，介紹了電動(dòng)客車(chē)整體布局和參數(shù),并建立了動(dòng)力總成數(shù)學(xué)模型。對(duì)電機(jī)進(jìn)行了合理的選擇和匹配計(jì)算,用MATLAB/Simulink模塊對(duì)客車(chē)動(dòng)力性能進(jìn)行仿真。計(jì)算和仿真結(jié)果滿足預(yù)期要求。

　　關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車(chē);動(dòng)力性；匹配計(jì)算；仿真

　　中圖分類(lèi)號(hào)：U461.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.025

　　引用格式：田國(guó)富，馬書(shū)新，高峰. 純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力性匹配計(jì)算與仿真［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（6）：84-85,88

0引言

　　環(huán)境污染和能源危機(jī)目前正備受關(guān)注，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)是緩解兩大問(wèn)題的有效途徑［1］。隨著國(guó)家對(duì)研制電動(dòng)汽車(chē)投資補(bǔ)貼的力度加大，各高校企業(yè)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研制也逐步增加。而制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要因素是動(dòng)力系統(tǒng)問(wèn)題，也就是其續(xù)駛能力，所以，研究分析電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能十分重要。本文著重對(duì)某車(chē)型的動(dòng)力性能進(jìn)行了計(jì)算、建模、分析等過(guò)程，為后續(xù)研究提供幫助。

1電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力總成總體布局

　　圖1所示為本文研究純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力總成的總體布局。動(dòng)力系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心區(qū)別于傳統(tǒng)汽車(chē)在于其以電機(jī)為核心［2］。動(dòng)力系統(tǒng)的功能是把儲(chǔ)存在蓄電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)汽車(chē)行駛的機(jī)械能，并可以通過(guò)汽車(chē)減速實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。　

　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用是將電池中的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由傳動(dòng)系統(tǒng)或者直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，目前，隨著技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)的電機(jī)逐步被無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（BCDM）、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（SRM）等取代［3］。本研究采用的是由北京佩特來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷、永磁同步、外轉(zhuǎn)子、6相、雙繞組電動(dòng)機(jī)。

　　2動(dòng)力性能評(píng)定指標(biāo)

　　電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能主要通過(guò)加速性能、爬坡性能、最高車(chē)速性能這三個(gè)要素來(lái)評(píng)定［4］。選用的電機(jī)功率應(yīng)該同時(shí)滿足汽車(chē)的最高車(chē)速、加速時(shí)間和爬坡性能的要求。

　　以最高車(chē)速對(duì)應(yīng)消耗的功率為：

　　式中，PV為電動(dòng)汽車(chē)以最高車(chē)速行駛消耗的功率，單位kW;ηt為傳動(dòng)效率；M為整車(chē)質(zhì)量，單位kg；Vmax為最高車(chē)速，單位km/h；fr為滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD為風(fēng)阻系數(shù)；Af為迎風(fēng)面積，單位m2。

　　以某車(chē)速爬坡對(duì)應(yīng)消耗的功率為［5］：

　　式中，i為坡度，V為汽車(chē)行駛速度。

　　某車(chē)速在水平路面行駛消耗的功率為［6］：

　　電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)取三者中的最大值：

　　Pe=max{PV,Pi,Pj}(4)

　　汽車(chē)加速度的計(jì)算公式為：

　　加速時(shí)間：

　　汽車(chē)爬坡時(shí)的形式方程為：

　　Ft=Fi+Fr+Fw(7)

　　式中，F(xiàn)i為坡道阻力，F(xiàn)i=Mgsinα；Fr為滾動(dòng)阻力，F(xiàn)r=Mgfrcosα,α為坡道角度。

　　根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可以計(jì)算汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)力是否滿足三個(gè)指標(biāo)。

3動(dòng)力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立

　　3.1整車(chē)受力分析

　　對(duì)整車(chē)進(jìn)行必要的受力分析，建立整車(chē)受力數(shù)學(xué)模型。電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中主要受滾動(dòng)阻力、空氣阻力、驅(qū)動(dòng)力、加速阻力以及坡道阻力等影響［7］。整車(chē)受力分析圖如圖2所示。

　　圖2中，G為汽車(chē)重力；Ff為滾動(dòng)阻力；Fw為空氣阻力；Fj為空氣阻力；Fi為坡道阻力。

　　汽車(chē)的行駛方程為［8］：

　　Ft=Ff+Fw+Fj+Fi(8)

　　3.2電動(dòng)機(jī)模型

　　電機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件，將電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能供車(chē)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，本研究采用的是由北京佩特來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷、永磁同步、外轉(zhuǎn)子、6相、雙繞組電動(dòng)機(jī)。

　　圖3永磁同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性此類(lèi)永磁同步電機(jī)與其他交流電機(jī)相比，效率高、力矩慣量比高、能量密度高，是個(gè)環(huán)保低碳的電機(jī)。

　　該型電機(jī)的機(jī)械特性如圖3所示，當(dāng)采用矢量控制法在額定轉(zhuǎn)速以下恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定子電流相位領(lǐng)先β角，增加了轉(zhuǎn)矩并產(chǎn)生弱磁作用，使額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)增高，增大了調(diào)速范圍。

　　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程式為：

　　式中，T為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；p為微分算子，p=ddt；Ea為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值；Ia為感應(yīng)電流的有效值；φ為磁通勢(shì)的相位差角。

　　3.3變速箱模型

　　變速箱是連接電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸用來(lái)改變傳動(dòng)比的裝置，擴(kuò)大傳動(dòng)調(diào)節(jié)范圍，以滿足汽車(chē)在不同環(huán)境下的動(dòng)力需求，本研究采用機(jī)械變速器，空擋時(shí)斷開(kāi)轉(zhuǎn)矩傳遞，掛擋時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩。

　　變速箱空擋時(shí)的數(shù)學(xué)模型為［9］:

　　變速箱掛擋時(shí)的數(shù)學(xué)模型為［10］：

　　式中，Tti為變速箱的輸入轉(zhuǎn)矩；Tto為變速箱的輸出轉(zhuǎn)矩；Tmo為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩；Jai為變速箱輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jao為變數(shù)箱輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jti為變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jto為變數(shù)箱輸出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωti為變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)速；ωto為變數(shù)箱輸出轉(zhuǎn)速；ig為變數(shù)箱檔位傳動(dòng)比；ηt為變數(shù)箱傳動(dòng)效率；ωto1為空擋時(shí)變數(shù)箱輸入轉(zhuǎn)速；a′為汽車(chē)加速度。

4動(dòng)力性能參數(shù)匹配計(jì)算與仿真

　　本研究參考BJ6123EVCA車(chē)型，主要參數(shù)如表1所示。

　　本研究采用的電機(jī)為北京佩特來(lái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為DDM110的水冷、永磁同步、外轉(zhuǎn)子、6相、雙繞組電動(dòng)機(jī)。其主要參數(shù)如表2所示。在MATLAB/Simulink環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了仿真計(jì)算，圖4為動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型。

　　仿真結(jié)果如表4所示，由此可以看出，匹配計(jì)算和仿真結(jié)果滿足預(yù)期要求。

5結(jié)論

　　針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能要求，對(duì)純電動(dòng)客車(chē)進(jìn)行動(dòng)力性匹配計(jì)算。介紹了電動(dòng)客車(chē)整體布局和參數(shù),并建立了動(dòng)力總成數(shù)學(xué)模型。對(duì)電機(jī)進(jìn)行了合理的選擇和匹配計(jì)算,用MATLAB/Simulink模塊對(duì)客車(chē)動(dòng)力性能進(jìn)行仿真。結(jié)果表明，汽車(chē)的動(dòng)力性能參數(shù)均符合預(yù)期要求。

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