CN108984812B - 一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法 - Google Patents

一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法，首先根据原型车主要技术参数和纯电动拖拉机设计要求，从理论上对电机和电池主要参数以及传动比进行初匹配计算，然后根据车型采用的驱动方式，运用CRUISE软件建立整车模型，对其动力性与经济性进行仿真分析，验证动力匹配结果的正确性，完成小型纯电动拖拉机的动力匹配。本发明可以针对不同设计要求的不同车型进行快速且较为准确的动力匹配，为整车开发奠定了基础。

Description

一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法。
背景技术
因纯电动新型车研发周期长，研发费用高昂，所以企业在传统燃油汽车的基础进行电动化改造与优化是较为有效的方法，其中动力系统匹配是关键。动力匹配本质归结于电机参数、电池参数、传动比设计及它们之间的合理匹配，它们之间的合理匹配对提高车辆动力性能、降低成本及延长续驶里程等方面起着重要的作用。目前针对纯电动汽车的驱动系统布置方案多样、动力匹配方法也各有不同，但针对小型纯电动拖拉机的动力匹配方法少之又少，因此很有必要提出一种针对应用非常广的小型纯电动拖拉机的动力匹配方法。
发明内容
针对应用非常广的小型纯电动拖拉机动力匹配方法少。本发明提供一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法，可以用于各种不同布置方案并且满足最高车速、最大爬坡度、续航里程和牵引力等性能要求。
适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法包括以下布骤：
(1)确定车型，得到原型车主要技术参数和纯电动拖拉机设计要求。
(2)主要技术参数列表：包括整车参数、农具参数、技术要求、电机参数、电池参数、传动比及其它相关参数。其中整车参数有整备质量、总质量、轮胎规格、各档理论速度、轴距、牵引效率等；农具参数有犁铧个数、土壤比阻、耕深、单个犁铧宽度；技术要求有最高车速、最大爬坡度、续航里程、额定牵引力；电机参数有电机类型、电动机功率储备系数、过载系数；电池参数有电池类型、电池额定电压、电池质量。
(3)初匹配：根据步骤(2)所列的主要技术参数，对车辆进行动力学分析并计算纯电动拖拉机设计要求对电机参数要求，其中电机参数匹配包括额定功率、最大功率、额定转速、最大转速、额定转矩和最大转矩等。
(4)根据步骤(3)所得的参数和步骤(2)所列的主要技术参数，计算纯电动拖拉机设计要求对电池组参数要求，电池组参数包括电池组数量、电池组容量和额定电压等；
(5)确定传动比
(6)完成匹配：匹配结果包括电机类型、电机额定电压、电机额定功率和最大功率、电机额定转速和最大转速、电机额定转矩和最大转矩、电池类型、电池组容量、电池组最大电压和最小电压、电池组质量及传动比。
所述步骤(3)为：
牵引电机的额定功率应满足纯电动拖拉机犁耕作业时的额定牵引力和作业速度的需求，即：
Figure GSB0000194717970000021
其中，
FRN＝(1.1～1.2)FR
FR＝Z·K·h·bn
电机最大功率为：
pmax＝λpe
电机功率计算公式中各符号的定义如表5所示；
表5 电机功率计算公式中各符号的定义
Figure GSB0000194717970000022
Figure GSB0000194717970000031
电机峰值转矩Tmax电机额定转速ne大小通过参考原型燃油车转速和实际电机转速选取。
所述步骤(4)为：
蓄电池组的数量则根据电动机最大功率和连续作业时间这两个指标来确定。
N＝max(N1，N2)
1)由电机最大功率确定电池数
电动拖拉机工作时，蓄电池的最大输出功率必需满足电动机的最大功率需求，由此可以确定电池的数目为：
Figure GSB0000194717970000032
式中：Pbmax-电池最大功率，kw；
ηmc-电机和电机控制器的效率。
2)由连续作业时间确定电池数
所需电池数目还要满足电动拖拉机连续作业时间的要求：
Figure GSB0000194717970000041
式中：TN-拖拉机充满电连续作业时间，h；
Ff-滚动阻力，N；
uj-基本作业档下的作业速度，km/h；
Cb-蓄电池额定容量，Ah
Dη-电池放电深度；
Ib-蓄电池额定放电电流，A；
I-蓄电池放电电流，A；
E0-蓄电池初始电动势，V；
电池容量Cb主要是由续航里程S决定：
Figure GSB0000194717970000042
式中：e-单位距离消耗的能量，KJ/km；
Ue-电池额定工作电压，V；
所述步骤(5)为：
变速箱的传动比可根据电动拖拉机不同作业时设置的各档理论速度计算：
Figure GSB0000194717970000043
式中：ij-第j作业档传动比；
ne-电机额定转速，r/min；
rq-驱动轮半径，m；
ujN-第j作业档下的理论速度，km/h；
i0-中央传动比
本发明基于车辆动力学、电机机械特性、电池特性以及拖拉机工作环境的特殊性，建立了电机、电池和传动比i的通用匹配公式，相比于传统动力匹配方法，该方法可以在满足车辆动力性和经济性要求下可针对各种不同驱动系统布置方案进行简单有效的动力匹配。另外，提出的这套全面科学的纯电动拖拉机动力系统匹配方法清晰简明，具有较强通用性，CRUISE建模易于对匹配结果进行校准，能减少匹配时间、降低匹配成本。
附图说明
图1是小型纯电动拖拉机的整车模型图；
图2是适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法中的各档位额定牵引力图；
图3是适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法流程图。
具体实施方式
下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图3，适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法包括以下布骤：
(1)确定车型，得到原型车主要技术参数和纯电动拖拉机设计要求。
(2)主要技术参数列表：包括整车参数、农具参数、技术要求、电机参数、电池参数、传动比及其它相关参数。其中整车参数有整备质量、总质量、轮胎规格、各档理论速度、轴距、牵引效率等；农具参数有犁铧个数、土壤比阻、耕深、单个犁铧宽度；技术要求有最高车速、最大爬坡度、续航里程、额定牵引力；电机参数有电机类型、电动机功率储备系数、过载系数；电池参数有电池类型、电池额定电压、电池质量。
(3)初匹配：根据步骤(2)所列的主要技术参数，对车辆进行动力学分析并计算纯电动拖拉机设计要求对电机参数要求，其中电机参数匹配包括额定功率、最大功率、额定转速、最大转速、额定转矩和最大转矩等。
(4)根据步骤(3)所得的参数和步骤(2)所列的主要技术参数，计算纯电动拖拉机设计要求对电池组参数要求，电池组参数包括电池组数量、电池组容量和额定电压等；
(5)确定传动比
(6)完成匹配：匹配结果包括电机类型、电机额定电压、电机额定功率和最大功率、电机额定转速和最大转速、电机额定转矩和最大转矩、电池类型、电池组容量、电池组最大电压和最小电压、电池组质量及传动比。
所述步骤(3)为：
牵引电机的额定功率应满足纯电动拖拉机犁耕作业时的额定牵引力和作业速度的需求，即：
Figure GSB0000194717970000061
其中，
FRN＝(1.1～1.2)FR
FR＝Z·K·h·bn
电机最大功率为：
pmax＝λpe
电机功率计算公式中各符号的定义如表5所示；
表5 电机功率计算公式中各符号的定义
Figure GSB0000194717970000062
Figure GSB0000194717970000071
电机峰值转矩Tmax电机额定转速ne大小通过参考原型燃油车转速和实际电机转速选取。
所述步骤(4)为：
蓄电池组的数量则根据电动机最大功率和连续作业时间这两个指标来确定。
N＝max(N1，N2)
1)由电机最大功率确定电池数
电动拖拉机工作时，蓄电池的最大输出功率必需满足电动机的最大功率需求，由此可以确定电池的数目为：
Figure GSB0000194717970000072
式中：Pbmax-电池最大功率，kw；
ηmc-电机和电机控制器的效率。
2)由连续作业时间确定电池数
所需电池数目还要满足电动拖拉机连续作业时间的要求：
Figure GSB0000194717970000081
式中：TN-拖拉机充满电连续作业时间，h；
Ff-滚动阻力，N；
uj-基本作业档下的作业速度，km/h；
Cb-蓄电池额定容量，Ah
Dη-电池放电深度；
Ib-蓄电池额定放电电流，A；
I-蓄电池放电电流，A；
E0-蓄电池初始电动势，V；
电池组容量Cb主要是由续航里程S决定：
Figure GSB0000194717970000082
式中：e-单位距离消耗的能量，KJ/km；
Ue-电池额定工作电压，V；
所述步骤(5)为：
变速箱的传动比可根据电动拖拉机不同作业时设置的各档理论速度计算：
Figure GSB0000194717970000083
式中：ij-第j作业档传动比；
ne-电机额定转速，r/min；
rq-驱动轮半径，m；
ujN-第j作业档下的理论速度，km/h；
i0-中央传动比
实施例
(1)确定车型，得到原型车主要技术参数和纯电动拖拉机设计要求：参考车型为曲阜田工TG-TLJ15微型拖拉机。
(2)主要技术参数列表：主要技术参数表如表1所示，包括整车参数、农具参数、技术要求、电机参数、电池参数及其它相关参数。其中整车参数有整车总质量、整车长宽高、轮胎规格、各档理论速度、轴距、牵引效率；农具参数有犁铧个数、土壤比阻、耕深、单个犁铧宽度；技术要求有最高车速、最大爬坡度、续航里程、最大牵引力；电机参数有电机类型、电动机功率储备系数、过载系数；电池参数有电池类型、额定电压、电池质量。
表1 曲阜田工TG-TLJ15微型拖拉机主要技术参数
Figure GSB0000194717970000091
Figure GSB0000194717970000101
Figure GSB0000194717970000111
(3)牵引电机的额定功率应满足纯电动拖拉机犁耕作业时的额定牵引力和作业速度的需求，即：
Figure GSB0000194717970000112
其中，
FRN＝(1.1～1.2)FR
FR＝Z·K·h·bn
电机最大功率为：
pmax＝λpe
代入参数计算所得，电机额定功率pe≥7.25kw(取8kw)，最大功率＝20kw，pmax电机峰值转矩Tmax电机额定转速ne大小通过参考原型燃油车转速和实际电机转速选取得到。
(4)蓄电池组的数量则根据电动机最大功率和连续作业时间这两个指标来确定。
N＝max(N1，N2)
1)由电机最大功率确定电池数
电动拖拉机工作时，蓄电池的最大输出功率必需满足电动机的最大功率需求，由此可以确定电池的数目为：
Figure GSB0000194717970000113
式中：Pbmax-电池最大功率，kw；
ηmc-电机和电机控制器的效率。
2)由连续作业时间确定电池数
所需电池数目还要满足电动拖拉机连续作业时间的要求：
Figure GSB0000194717970000121
式中：TN-拖拉机充满电连续作业时间，h；
Ff-滚动阻力，N；
uj-基本作业档下的作业速度，km/h；
Cb-蓄电池额定容量，Ah
Dη-电池放电深度；
Ib-蓄电池额定放电电流，A；
I-蓄电池放电电流，A；
E0-蓄电池初始电动势，V；
电池组容量Cb主要是由续航里程S决定：
Figure GSB0000194717970000122
式中：e-单位距离消耗的能量，KJ/km；
Ue-电池额定工作电压，V；
查阅资料得到相关参数计算得电池组数量N＝12，容量Cb＝200Ah。
(5)变速箱的传动比可根据电动拖拉机不同作业时设置的各档理论速度计算：
Figure GSB0000194717970000123
式中：ij-第j作业档传动比；
ne-电机额定转速，r/min；
rq-驱动轮半径，m；
ujN-第j作业档下的理论速度，km/h；
i0-中央传动比
计算得到各档传动比如下表2所示。
表2 变速箱各档传动比
Figure GSB0000194717970000131
(6)完成匹配：匹配结果如表3所示，包括电机类型、电机额定电压、
表3 动力匹配结果
Figure GSB0000194717970000132
电机额定功率和最大功率、电机额定转速和最大转速、电机额定转矩和最大转矩、电池类型、电池组容量、电池组最大电压和最小电压、电池组质量及传动比。
(7)运用CRUISE软件建立整车模型，对其动力性与经济性进行仿真分析，验证动力匹配结果的正确性。建立的整车模型如图1所示，仿真结果如表4和图2所示。
由仿真结果表4和图2可知，动力匹配结果满足设计要求。
以上所述仅为本发明的优选施例，并不限制本发明，对于本领域的技术人
表4 仿真结果
Figure GSB0000194717970000141
员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定车型，得到原型车主要技术参数和纯电动拖拉机设计要求；
(2)主要技术参数列表：包括整车参数、农具参数、技术要求、电机参数、电池参数、传动比参数；其中整车参数有整备质量、总质量、轮胎规格、各档理论速度、轴距、牵引效率；农具参数有犁铧个数、土壤比阻、耕深、单个犁铧宽度；技术要求有最高车速、最大爬坡度、续航里程、额定牵引力；电机参数有电机类型、电动机功率储备系数、过载系数；电池参数有电池类型、电池额定电压、电池质量；
(3)初步匹配：根据步骤(2)所列的主要技术参数，对车辆进行动力学分析并计算纯电动拖拉机设计要求对电机参数要求，其中电机参数匹配包括额定功率、最大功率、额定转速、最大转速、额定转矩和最大转矩；
(4)根据步骤(3)所得的参数和步骤(2)所列的主要技术参数，计算纯电动拖拉机设计要求对电池组参数要求，电池组参数包括电池组数量、电池组容量和额定电压；
(5)确定传动比；
(6)CRUISE建立模型，并仿真验证匹配结果，完成匹配：匹配结果包括电机类型、电机额定电压、电机额定功率和最大功率、电机额定转速、电机最大转速、电机额定转矩、电机最大转矩、电池类型、电池组容量、电池组最大电压、电机最小电压、电池组质量及传动比；
其中，所述步骤(3)为：
牵引电机的额定功率应满足纯电动拖拉机犁耕作业时的额定牵引力和作业速度的需求，即电机额定功率：
Figure FSB0000194229480000021
其中，
FRN＝(1.1～1.2)FR
FR＝Z·K·h·bn
电机最大功率为：
pmax＝λpe
电机功率计算公式中各符号的定义如表5所示；
表5电机功率计算公式中各符号的定义
Figure FSB0000194229480000022
Figure FSB0000194229480000031
电机峰值转矩Tmax电机额定转速ne大小通过参考原型燃油车转速和实际电机转速选取。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法，其特征在于，步骤(4)为：
蓄电池组的数量则根据电动机最大功率和连续作业时间这两个指标来确定；
N＝max(N1，N2)
1)由电机最大功率确定电池数
电动拖拉机工作时，蓄电池的最大输出功率必需满足电动机的最大功率需求，由此可以确定电池的数目为：
Figure FSB0000194229480000032
式中：Pbmax-电池最大功率，kw；
ηmc-电机和电机控制器的效率；
2)由连续作业时间确定电池数
所需电池数目还要满足电动拖拉机连续作业时间的要求：
Figure FSB0000194229480000041
式中：TN-拖拉机充满电连续作业时间，h；
Ff-滚动阻力，N；
uj-基本作业档下的作业速度，km/h；
Cb-蓄电池额定容量，Ah
Dη-电池放电深度；
Ib-蓄电池额定放电电流，A；
I-蓄电池放电电流，A；
E0-蓄电池初始电动势，V；
电池容量Cb主要是由续航里程S决定：
Figure FSB0000194229480000042
式中：e-单位距离消耗的能量，KJ/km；
Ue-电池额定工作电压，V。
3.根据权利要求1所述的一种适用于小型纯电动拖拉机的动力匹配方法，其特征在于，步骤(5)为：
变速箱的传动比可根据电动拖拉机不同作业时设置的各档理论速度计算：
Figure FSB0000194229480000051
式中：ij-第j作业档传动比；
ne-电机额定转速，r/min；
rq-驱动轮半径，m；
ujN-第j作业档下的理论速度，km/h；
i0-中央传动比。
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基于CRUISE的小型纯电动汽车动力匹配仿真及参数研究;毛征宇等;《农业装备与车辆工程》;20170228;第55卷(第2期);正文第1-6页 *

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