純電動(dòng)中型客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配及性能的分析

萬(wàn)俊

摘要：在分析純電動(dòng)中型客車(chē)整車(chē)性能指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，本文對(duì)車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配問(wèn)題展開(kāi)了分析，提出了系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池和傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)方法。從仿真結(jié)果來(lái)看，系統(tǒng)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能均能滿(mǎn)足要求。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)中型客車(chē)；動(dòng)力系統(tǒng)；參數(shù)匹配

引言：

在能源緊缺和環(huán)境污染不斷加劇的社會(huì)發(fā)展背景下，道路交通事業(yè)的發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。通過(guò)燃油客車(chē)改造則能得到純電動(dòng)客車(chē)，從而使客車(chē)的能源消耗和環(huán)境污染得到減少?，F(xiàn)階段，純電動(dòng)中型客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)已經(jīng)得到了研制，因此還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)匹配和性能分析研究，以便更好的推動(dòng)道路交通事業(yè)的發(fā)展。

1純電動(dòng)中型客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配分析

1.1整車(chē)性能指標(biāo)要求

某中型客車(chē)為純電動(dòng)車(chē)，是由LS6600C1型普通中型客車(chē)改裝得到的試驗(yàn)車(chē)，需要完成動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)性能展開(kāi)分析，確定系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足車(chē)輛設(shè)計(jì)要求。在車(chē)輛改裝的過(guò)程中，為降低成本，不對(duì)車(chē)輛原本裝配的變速器和減速器進(jìn)行改裝。按照國(guó)家規(guī)定的電動(dòng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，能夠得到表1所示的整車(chē)性能指標(biāo)要求。

1.2系統(tǒng)參數(shù)匹配分析

1.2.1電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配

結(jié)合系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，在電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)中，需要明確客車(chē)功率全部由電動(dòng)機(jī)提供，所以電動(dòng)機(jī)功率選擇需要滿(mǎn)足汽車(chē)最大爬坡、最高車(chē)速及加速度時(shí)間三個(gè)指標(biāo)的要求[1]。在汽車(chē)爬坡過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)功率即為峰值功率PN1，利用式（1）可以進(jìn)行計(jì)算，式中αmax為最大爬坡角，v為車(chē)速，m為車(chē)重，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)，ηT為傳動(dòng)系統(tǒng)效率，Cd為風(fēng)阻系數(shù)，A指的是車(chē)輛迎風(fēng)面積。通過(guò)計(jì)算可知，在車(chē)輛以15km/h的速度和最大爬坡度進(jìn)行爬坡時(shí)，電機(jī)峰值功率應(yīng)達(dá)到52.3kW。

（1）

根據(jù)最高車(chē)速vmax，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)額定功率PN進(jìn)行計(jì)算，如式（2）。通過(guò)計(jì)算可知，電機(jī)額定功率應(yīng)達(dá)到33.2kW。確定電機(jī)額定功率和峰值功率后，需要確定車(chē)輛在全力加速時(shí)間要求下的功率需求PN2。按照式（3）進(jìn)行計(jì)算，式中δ為汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，通常取1.04，在電機(jī)功率達(dá)到60.84kW時(shí)即能滿(mǎn)足加速性能要求。

1.2.2動(dòng)力電池參數(shù)匹配

在動(dòng)力電池參數(shù)匹配方面，由于電池需要為整車(chē)提供驅(qū)動(dòng)電能，所以其形狀、體積等參數(shù)均會(huì)對(duì)車(chē)輛行駛性能產(chǎn)生影響。在實(shí)際進(jìn)行參數(shù)匹配設(shè)計(jì)時(shí)，還要加強(qiáng)電池類(lèi)型、能量和電池組電壓參數(shù)的選擇[2]。從電池類(lèi)型上來(lái)看，可以選用鉛酸蓄電池，其能力密度較高，同時(shí)安全環(huán)保，為理想動(dòng)力源。在確定電池組電壓時(shí)，還要結(jié)合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)進(jìn)行電池單體串聯(lián)節(jié)數(shù)和電池組電壓的確定。從電池組能量參數(shù)匹配上來(lái)看，需要結(jié)合汽車(chē)行駛里程對(duì)汽車(chē)需要的能量W進(jìn)行計(jì)算，利用式（4），式中P為純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)需要的功率。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在車(chē)輛以35km/h平均速度行駛100km時(shí)，需要約245kWh的能量，由純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)提供的功率約65kW，蓄電池每塊最大輸出功率為2.8kW，共計(jì)24塊。因此，可以選用6-DG-120A型蓄電池，其額定電壓為12V，額定容量為120Ah。

（4）

1.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配

傳動(dòng)系統(tǒng)需要根據(jù)汽車(chē)動(dòng)力性要求實(shí)現(xiàn)參數(shù)匹配，即結(jié)合整車(chē)最大爬坡度和最高車(chē)速分別確定最大傳動(dòng)比和最小傳動(dòng)比。結(jié)合車(chē)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系可知，∑imax≤（0.977nmax×R）/vmax，∑i=i0×ig，∑i為總傳動(dòng)比，nmax指的是電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，R指的是車(chē)輪半徑，i0和ig分別為減速器和變速器的傳動(dòng)比。在汽車(chē)在最大爬坡度條件下行駛時(shí)，電機(jī)需要以最大扭矩工作，可以得到最小傳動(dòng)比imin，如式（5）所示，F(xiàn)imax指的是最大行駛阻力，Tmax則是電機(jī)最大輸出扭矩。通過(guò)分析可知，在變速器達(dá)到4檔時(shí)，能夠滿(mǎn)足車(chē)輛行駛的最高車(chē)速要求，此時(shí)減速器傳動(dòng)比為6.17，最大傳動(dòng)比為7.928。而變速器達(dá)到4檔時(shí)，能夠滿(mǎn)足車(chē)輛行駛的最大爬坡度要求。此時(shí)，變速器傳動(dòng)比為5.568，最小傳動(dòng)比為2.496。

（5）

2純電動(dòng)中型客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的性能分析

完成純電動(dòng)中型客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)后，需要對(duì)系統(tǒng)性能展開(kāi)分析。采用CRUISE計(jì)算機(jī)仿真軟件，可以通過(guò)搭建整車(chē)模型對(duì)客車(chē)整車(chē)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能展開(kāi)分析，確定參數(shù)匹配設(shè)計(jì)結(jié)果能否滿(mǎn)足客車(chē)性能要求。

2.1動(dòng)力性能分析

動(dòng)力性能為決定汽車(chē)整體性能的至關(guān)重要的因素，作為公共交通工具，純電動(dòng)中型客車(chē)工作效率高低與整車(chē)動(dòng)力性能存在直接關(guān)系。從分析結(jié)果來(lái)看，在車(chē)輛達(dá)到最大行駛速度78.5km/h時(shí)，可以滿(mǎn)足最高車(chē)速要求。而從車(chē)輛起步到加速至30km/h，需要7.9s，從靜止加速至50km/h，需要19s的時(shí)間，可以滿(mǎn)足車(chē)輛加速度要求。在行駛速度達(dá)到15km/h時(shí)，車(chē)輛爬坡度可以達(dá)到22%，因此可以滿(mǎn)足最大爬坡度要求[3]。中型客車(chē)在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中需要進(jìn)行頻繁啟停、加速、減速和怠速運(yùn)行，因此可以確定各個(gè)典型工況下車(chē)輛行駛情況。而從分析結(jié)果來(lái)看，在各個(gè)工況的行駛過(guò)程中，車(chē)輛可以保持車(chē)速的平穩(wěn)變化，可以認(rèn)為傳動(dòng)比參數(shù)得到了合理選擇。

2.2經(jīng)濟(jì)性能分析

不同于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，純電動(dòng)客車(chē)在經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)上，需要使車(chē)輛保持40km/h的速度勻速運(yùn)行，同時(shí)保持750kg的載重，然后對(duì)車(chē)輛的續(xù)駛里程展開(kāi)評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，車(chē)輛開(kāi)始行駛時(shí)，電池荷電狀態(tài)達(dá)到 90%，行駛結(jié)束時(shí)則為10%，行駛里程為135km，超出了車(chē)輛預(yù)期的100km續(xù)駛里程要求。由此可以確定，車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)性能可以滿(mǎn)足要求。

結(jié)論：

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在純電動(dòng)中型客車(chē)改裝設(shè)計(jì)中，需要結(jié)合車(chē)輛最大車(chē)速、最大爬坡度、加速度時(shí)間等指標(biāo)完成車(chē)輛電動(dòng)機(jī)參數(shù)、動(dòng)力電池參數(shù)和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)，以便使車(chē)輛動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能能夠滿(mǎn)足車(chē)輛設(shè)計(jì)要求。從仿真試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用該種設(shè)計(jì)方法得到的試驗(yàn)車(chē)能夠滿(mǎn)足純電動(dòng)中型客車(chē)的性能設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]童寒川，夏偉.純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力匹配與仿真研究[J].汽車(chē)科技，2017（05）：53-59.

[2]許世維，賀伊琳，劉偉等.純電動(dòng)中型客車(chē)傳動(dòng)系參數(shù)的模型在環(huán)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，40（04）：453-460.

[3]陳燎，丁猛，盤(pán)朝奉.純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化仿真[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，37（02）：31-37.