CN102135599A - 一种纯电动汽车动力匹配的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种纯电动汽车动力匹配方法，首先根据纯电动汽车平地最高车速和坡度最高车速的要求，初步确定电机的额定功率和额定转速；然后对所选择的电机在测试台上进行测试，测试台加载终端模拟汽车平地和不同坡度下的行驶阻力，转矩-转速传感器则动态记录平地和不同坡度工况下被测试电机的转矩-转速输出特性；再根据测得的电机特性为基础，选择合适的传动比以满足纯电动汽车的最大坡度和最高车速要求。若实车测试结果显示所选传动比不能同时满足汽车的最大爬坡度和最高车速要求，则必须改进电机的相关性能。通过本发明的方法可以用单传动比满足汽车的最大爬坡度和最高车速的要求，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距。

Description

一种纯电动汽车动力匹配的方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车领域，尤其涉及到单传动比纯电动汽车动力匹配技术领域。
背景技术
纯电动汽车是未来汽车发展的一个重要方向，而纯电动汽车动力匹配技术是纯电动汽车发展的一个关键技术，它的主要目的是选择合适的电机和传动比等参数以满足设计者对汽车最高车速、最大爬坡度和加速能力、以及能耗的要求。
由于目前的纯电动汽车很大程度是对传统内燃机车辆进行改装，现有纯电动汽车的动力匹配技术更多的是依赖于工程师的个人经验。《电动汽车传动系参数设计及动力性仿真》(姬芬竹　高峰 北京航空航天大学学报[J].2006，32（1）：108-111)公开的方案，在选择电机时只考虑功率，通过advisor软件仿真计算结果，该方案没有对电机进行测试，因此其计算值与实车测量之间的误差较大。《CRUISE 纯电动车动力性能仿真及优化》（姜海斌,黄宏成  机械与电子[J]. 2010 (4) ：61-64）的设计方案中也没有提及到对电机的测试，其电机模块也并不能真实反映汽车在平地和坡度工况的电机转矩-转速特性曲线。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供了一种针对纯电动汽车的特有情况，可以用单传动比满足汽车的最大爬坡度和最高车速的要求，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距的纯电动车动力匹配的方法。
本发明采用的技术方案是：
1)    初选电机：根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡度 
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、平地最高车速
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、爬坡速度
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
2)    测试电机：将初选电机输出端通过一联轴器与转矩-转速传感器相连，所述转矩-转速传感器通过另一联轴器跟测功机加载终端相连，pc控制台把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路输出给测功机加载终端；所述转矩-转速传感器通过转矩-转速控制电路把电机输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台。
3)    匹配传动比：根据步骤2）所测的转矩-转速曲线中最大转矩和汽车最大爬坡度的阻力值确定传动比的最小值 
Figure DEST_PATH_IMAGE007
， 其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为滚动阻力系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为重力加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为坡度，取最大爬坡
Figure 290432DEST_PATH_IMAGE001
，为静摩擦补充系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为汽车传动系效率；根据转矩-转速曲线的最高转速
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和汽车的平地最高车速
Figure 456840DEST_PATH_IMAGE002
确定传动比的最大值 
Figure DEST_PATH_IMAGE015
  其中： 
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为最高转速时的转矩补充系数。
4)    若，取传动比i值，使；否则，改进电机参数。
本发明的有益效果是：
1)      本发明的技术方案用单传动比兼顾了汽车的最大爬坡度和最高车速两个方面的要求；在满足动力性的前提下，减少了多传动比必然要增加整车总量所带来的问题。
2)      本发明对电机的测试过程采用平地和不同坡度汽车阻力-速度的实际情况进行加载，因此所得的电机转矩-转速特性曲线数据全面准确，与最后实际道路测试得到的电机转矩-转速特性曲线更为接近，因此理论计算出来的平地和坡度车速，最大爬坡度等值与实际情况更为接近，减小理论计算的动力性指标值和实车测试值差距的问题。
3)      本发明在选择电机额定转速时，主要以电动汽车续驶里程最长为目标，节约了电动汽车的电量消耗。
附图说明
图1是电机测试台系统结构图
其中：1. 测功机加载终端  2. 转矩-转速传感器  3. 电机4. 加载控制电路    5. 转矩-转速测试电路 6. pc 控制台7. 联轴器
图2是电机平地和坡度转矩-转速曲线
图3是平地和坡度车速预测曲线
图4是实施例电机平地和坡度转矩-转速曲线
图5是实施例平地和坡度车速预测曲线
图6是实施例平地和坡度下的驱动力-车速曲线
具体实施方式
纯电动汽车动力匹配的方法的具体实施方式如图1所示，其具体步骤如下：
（1）根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡
Figure 423528DEST_PATH_IMAGE001
、最高车速
Figure 5688DEST_PATH_IMAGE002
、爬坡速度
Figure 757743DEST_PATH_IMAGE003
，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure 761297DEST_PATH_IMAGE004
，其计算过程为：
a)      计算电动车平地最高车速时所需的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中：g为重力加速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为风阻系数，一般情况轿车取0.30-0.41；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为空气密度，一般取1.2258 ；
Figure 215281DEST_PATH_IMAGE009
为滚动阻力系数，根据道路条件的不同，一般取0.018-0.02；
Figure 601132DEST_PATH_IMAGE013
为汽车传动系效率，对于单传动比取出，一般取0.9-0.98；
b)      计算电动车爬坡所需的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
 为坡度
Figure 456961DEST_PATH_IMAGE011
下的风阻,为坡度为
Figure 329288DEST_PATH_IMAGE011
时的车速；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，为坡度
Figure DEST_PATH_IMAGE029
的坡道阻力；
c)      无刷电机一般有2.5-3倍的过载能力，因此电机的额定功率
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
d)      计算电机的额定转速
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，其中为转速储备系数。
最常用车速对应得电机转速
Figure DEST_PATH_IMAGE033
：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
其中：
Figure 633012DEST_PATH_IMAGE032
为转速储备系数，根据情况一般取0.5-0.8；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为汽车传动比；
理论计算汽车以车速u行驶时消耗的无用功率：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
其中：，为电池的内耗功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为车速为
Figure DEST_PATH_IMAGE039
时对应的行驶阻力, 
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为当车速为u时电机的效率；
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，为电机的内耗功率；
由于
Figure 654932DEST_PATH_IMAGE038
,
Figure 22459DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure DEST_PATH_IMAGE043
都为常量， 可知当
Figure 593247DEST_PATH_IMAGE040
最大时，一定车速下纯电动汽车所做的无用功最小；当电机工作在额定转速
Figure 806054DEST_PATH_IMAGE004
下时，其效率
Figure 636476DEST_PATH_IMAGE040
较大，因此为使纯电动汽车在其常用车速下，有较远的续驶里程，使得
Figure DEST_PATH_IMAGE044
 ；
根据以上计算的电机的额定功率P和额定转速
Figure 96276DEST_PATH_IMAGE004
，初步选定电机；
（2）如图2所示，将初选电机3输出端通过一联轴器7与转矩-转速传感器2相连，转矩-转速传感器2通过另一联轴器7跟测功机加载终端1相连，pc控制台6把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路4输出给测功机加载终端1。所述转矩-转速传感器2通过转矩-转速控制电路5把电机3输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台6。如图3所示，为所测的电机平地和坡度转矩-转速曲线。
（3）根据所测的转矩-转速曲线中最大转矩
Figure 762881DEST_PATH_IMAGE005
和汽车最大爬坡角的阻力值
Figure 28646DEST_PATH_IMAGE006
确定传动比的最小值
Figure 464306DEST_PATH_IMAGE007
， 其中：
Figure 422904DEST_PATH_IMAGE028
，此处
Figure 311225DEST_PATH_IMAGE011
取最大坡度；
Figure 670849DEST_PATH_IMAGE012
为静摩擦补充系数，一般取1.1-1.2；
根据转矩-转速曲线的最高转速和汽车的平地最高车速
Figure 175965DEST_PATH_IMAGE002
确定传动比的最大值 
Figure 596582DEST_PATH_IMAGE015
  其中： 
Figure 256103DEST_PATH_IMAGE016
为最高转速时的转矩补充系数，一般取1.2；
（4）取传动比i值,使
Figure 307235DEST_PATH_IMAGE018
；根据驱动力公式： ，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为电机的输出转矩；车速公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，计算出驱动力和车速的曲线。通过图2可以得到平地和不同坡度下的驱动力-车速曲线，如图4所示， 这些曲线与对应坡度下的阻力—车速曲线的交点就是平地和坡度最大车速。
（5）电机的改进，若上述步骤计算的
Figure DEST_PATH_IMAGE048
,则传动比取任何值都无法同时满足最大爬坡度和最高车速的要求，可以采用如下两种方法重新选择电机：
一是加大电机的最大转矩；使得电机的最大转矩必须达到
Figure DEST_PATH_IMAGE049
；
二是加大电机的最高转速，根据用测定的电机最大转矩和最大爬坡度计算所得的电机转速必须达到
Figure DEST_PATH_IMAGE050
 。
实施例：
要达到如下纯电动汽车整车物理参数和动力性设计要求：
最大车重：≤1200kg
车轮半径：0.32m
迎风面面积：≤2.4
动力性要求：最大爬坡度： 25%
最大爬坡车速：
Figure 736860DEST_PATH_IMAGE051
20km/h
最高车速：80/h
附注：本汽车必须采用单传动比，其用于一般城市道路上行驶
其计算过程为：
（1）初选电机：根据上述方法计算得到电动车平地最高车速时所需的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，电动车爬坡所需的功率
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，从而计算出电机额定功率
Figure DEST_PATH_IMAGE054
 =15.7KW，额定转速。
（2）对初选电机进行测试：根据上述方法测定的不同负载下具体测定的转矩-转速曲线如图4所示，其中最大转矩为：148 N*M，最高转速为:  5500 r/min。
(3)传动比的确定：根据上述方法计算最小传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE056
=7.9，最大传动比
Figure DEST_PATH_IMAGE057
=8.8；
(4) 取传动比i=8，通过图5所示曲线和传动比，计算平地和不同坡度下的驱动力-车速曲线，其曲线如图6所示。平地驱动力曲线和平地负载阻力曲线的交点就是平地车速。25%坡度驱动力曲线和25%坡度负载阻力曲线的交点就是25%坡度车速。
（5）实车实验：对选择的电机进行实际的测试，并取得测试数据。
通过以上计算可以得到理论计算值和实际值之间的对比关系，如下表所示，其中理论计算值和实际值的最大爬坡，最大爬坡车速和平地最高车速差距很小。 
最大爬坡% 最大爬坡车速km/h 平地最高车速km/h
理论计算 28% 22 79
实际值 25% 24 82

Claims (4)

1.一种纯电动车动力匹配的方法，其特征在于包括以下步骤：
初选电机：根据设计的纯电动汽车动力性要求：最大爬坡度                                               
Figure 806421DEST_PATH_IMAGE002
、平地最高车速
Figure 133497DEST_PATH_IMAGE004
、爬坡速度，以及纯电动汽车基本参数：汽车总质量m、轮胎半径r、迎风面积A，计算电机额定功率P和额定转速
Figure 564796DEST_PATH_IMAGE008
；
测试电机：将初选电机输出端通过一联轴器与转矩-转速传感器相连，所述转矩-转速传感器通过另一联轴器跟测功机加载终端相连，pc控制台把汽车平地和不同坡度情况下的行驶阻力-速度曲线通过加载控制电路输出给测功机加载终端；所述转矩-转速传感器通过转矩-转速控制电路把电机输出的转矩-转速曲线输出到pc 控制台；
匹配传动比：根据步骤2）所测的转矩-转速曲线中最大转矩
Figure 779745DEST_PATH_IMAGE010
和汽车最大爬坡度的阻力值
Figure 961328DEST_PATH_IMAGE012
确定传动比的最小值 
Figure 416580DEST_PATH_IMAGE014
， 其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
，为滚动阻力系数，
Figure 820197DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度，
Figure 43236DEST_PATH_IMAGE022
为坡度，取最大爬坡，
Figure 790930DEST_PATH_IMAGE024
为静摩擦补充系数，
Figure 98414DEST_PATH_IMAGE026
为汽车传动系效率；根据转矩-转速曲线的最高转速
Figure 254589DEST_PATH_IMAGE028
和汽车的平地最高车速
Figure 51644DEST_PATH_IMAGE004
确定传动比的最大值 
Figure 847430DEST_PATH_IMAGE030
  其中： 
Figure 755343DEST_PATH_IMAGE032
为最高转速时的转矩补充系数； 
若
Figure 766025DEST_PATH_IMAGE034
，取传动比i值，使
Figure 733981DEST_PATH_IMAGE036
；否则，改进电机参数，按步骤3）重新匹配传动比。
2.根据权利要求1所述的电动车动力匹配的方法，其特征在于：步骤1）所述计算电机额定功率P和额定转速
Figure 767796DEST_PATH_IMAGE008
的方法：
计算电动车平地最高车速时所需的功率
Figure 479400DEST_PATH_IMAGE038
；
Figure DEST_PATH_IMAGE040AA
其中：
Figure 797118DEST_PATH_IMAGE042
为风阻系数, 
Figure 935975DEST_PATH_IMAGE044
为空气密度；
计算电动车爬坡所需的功率
Figure 253824DEST_PATH_IMAGE046
；
Figure 706802DEST_PATH_IMAGE048
其中：
Figure 692075DEST_PATH_IMAGE050
 为坡度
Figure 1834DEST_PATH_IMAGE022
下的风阻，公式
Figure 993930DEST_PATH_IMAGE052
；
计算电机的额定功率
Figure 47336DEST_PATH_IMAGE054
；
计算电机的额定转速
Figure 887116DEST_PATH_IMAGE056
，其中为转速储备系数。
3.根据权利要求1所述的电动车动力匹配的方法，其特征在于：所述步骤4）的改进电机参数是加大电机的最大转矩
Figure 863480DEST_PATH_IMAGE060
，使
Figure 454998DEST_PATH_IMAGE062
。
4.根据权利要求1所述的电动车动力匹配的方法，其特征在于：在所述步骤4）的改进电机参数是加大电机的最高转速
Figure 414864DEST_PATH_IMAGE064
，使。
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