CN109960854B - 一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法 - Google Patents

一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，根据纯电动汽车最高设计车速，确定驱动电机额定功率；在此基础上等小间距预设传动比，依据预设传动比以及纯电动汽车常用车速分别计算驱动电机额定转速、最高转速和额定转矩；利用行驶方程式确定汽车最大车速时的额定转矩，对预设传动比进行筛选；预设电机功率储备系数，确定电机峰值功率；建立前向仿真平台，计算电机在确定的各个电机峰值功率下的加速性能及爬坡性能；根据整车动力性能指标筛选出满足汽车性能的电机参数。解决纯电动汽车电机参数与减速比相互耦合影响，难以同时达到最优匹配的问题。

Description

一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法
技术领域
本发明涉及纯电动汽车技术，尤其涉及单一电机驱动的纯电动轿车及微型客车的驱动电机和减速器参数匹配。
技术背景
纯电动汽车的电机选型以及减速器参数匹配是纯电动汽车发展的关键技术。电机参数与减速比相互耦合影响，难以同时达到最优匹配的问题，目前是该领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种针对纯电动轿车及微型客车驱动电机及减速器参数匹配方法，解决纯电动汽车电机参数与减速比相互耦合影响，难以同时达到最优匹配的问题。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：
一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于通过预设传动比，采用电机功率搜索逼近的方法同时确定电机峰值功率、峰值转速、峰值转矩、额定转矩、和电机到车轮的传动比；首先，根据纯电动汽车最高设计车速，确定驱动电机额定功率；在此基础上等小间距预设传动比，依据预设传动比以及纯电动汽车常用车速分别计算驱动电机额定转速、最高转速和额定转矩；利用行驶方程式确定汽车最大车速时的额定转矩，对预设传动比进行筛选；预设电机功率储备系数，确定电机峰值功率；建立前向仿真平台，计算电机在确定的各个电机峰值功率下的加速性能及爬坡性能；根据整车动力性能指标筛选出满足要求汽车最高车速、加速、爬坡要求的电机参数，完成驱动电机及驱动系统减速比的同时确定。
进一步地，具体包括如下步骤：
(1)确定整车结构参数及性能参数，其中结构参数包括；车辆计算质量、滚动阻力系数、空气阻力系数、系统传动效率、车轮滚动半径、迎风面积；性能参数包括：最高车速、常用车速、0-Vtarget加速时间、最大爬坡度；
(2)根据车辆最高设计车速确定驱动电机的额定功率初选值，选择大于额定功率初始值且最接近额定功率初选值的数值作为驱动电机的额定功率；
(3)等间距预设减速器传动比，传动比初值i1根据设定种类车辆的主减速比取值，分别计算每一种传动比下驱动电机的额定转速Nn、最高转速Nmax，电机额定转矩Tn，将计算结果进行记录；
(4)根据汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft；根据电机额定转矩应满足
Figure GDA0002057367390000021
对第(3)步中的电机计算结果数据进行筛选，剔除电机额定转矩不满足
Figure GDA0002057367390000022
的数据；
(5)以第(4)步中筛选后的传动比和计算出的额定转速为输入，预设驱动电机的峰值功率与额定功率之比为x，x从3.5开始等间距减小，间距为0.1，形成多组数据；
(6)利用MATLAB软件，建立前向仿真平台，分别求得第(5)步中每组数据对应的0-Vtarge加速时间以及最大爬坡度；将仿真结果与第(5)步的数据合并记录；
(7)根据第(1)步中确定的整车结构参数及性能参数，对第(6)步中的合并记录进行筛选，剔除不满足确定的整车结构参数及性能参数的数据；
(8)根据第(4)、(7)步中筛选结果，将满足要求的数据组提取出来记录；同时得到该数据组对应的驱动电机的传动比、峰值功率、峰值转矩、额定转速、额定转矩、最高转速，完成驱动电机的选型。
进一步地，所述步骤(2)中，根据纯电动汽车的最高设计车速来确定驱动电机的额定功率Pn的初选值Pn0，额定功率的初选值Pn0需满足下式：
Figure GDA0002057367390000031
其中，其中η1为传动效率，G为整车重量，CD为空气阻力系数，f为滚动阻力系数，A为汽车迎风面积，Vmax为汽车最高车速。
进一步地，所述步骤(3)中，电机的额定转速
Figure GDA0002057367390000032
其中Vn为常用车速，单位km/h，i为传动比，r为滚动半径，单位m；最高转速
Figure GDA0002057367390000033
其中Vmax为最高车速；额定转矩
Figure GDA0002057367390000034
进一步地，所述步骤(4)中，根据步骤(2)所确定的汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft：
Figure GDA0002057367390000035
其中η1为系统传动效率。
进一步地，所述步骤(4)中，若初步预设得到的传动比以及计算得到的额定转矩都不能满足，则增大传动比重新计算；当电机最大转速超出市面上常见电机最高转速时，停止增加传动比。
进一步地，所述步骤(8)中，选择峰值功率Pmax＝min{Pmax1，Pmax2，Pmax3，...}所在的一组数据作为驱动电机性能参数以及减速器传动比，完成整车动力匹配。
进一步地，适用于单电机和固定减速比传动机构驱动的纯电动汽车的电机和减速比匹配设计。
进一步地，所匹配电动汽车动力源只有一个驱动电机和一个固定传动比减速机构，且最高车速较低，不高于130km/h。
通过本发明能快速、准确的同时确定驱动电机的性能参数及固定速比减速系统的传动比，为纯电动汽车进行电机参数和减速比同时优化提供了方法指导。
附图说明
附图1为本发明的流程图。
具体实施方式
根据本发明实施的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法如图1所示。其发明主旨在于通过预设传动比，采用电机功率搜索逼近的方法同时确定电机峰值功率、峰值转速、峰值转矩、额定转矩、和电机到车轮的传动比。
进一步地，本发明根据纯电动汽车最高设计车速，确定驱动电机额定功率；在此基础上等小间距预设传动比，依据预设传动比以及纯电动汽车常用车速分别计算驱动电机额定转速、最高转速和额定转矩；利用行驶方程式确定汽车最大车速时的额定转矩，对预设传动比进行筛选；预设电机功率储备系数，确定电机峰值功率；建立前向仿真模型，计算电机在确定的各个电机峰值功率下的加速性能及爬坡性能；根据整车动力性能指标筛选出满足要求汽车最高车速、加速、爬坡要求的电机参数，完成驱动电机及驱动系统减速比的同时确定。
进一步地，包括如下步骤：
(1)确定整车结构参数及性能参数，其中结构参数包括；车辆计算质量、滚动阻力系数、空气阻力系数、系统传动效率、车轮滚动半径、迎风面积；性能参数包括：最高车速、常用车速、0-Vtarget加速时间、最大爬坡度；其中Vtarget表示加速的目标车速，单位为km/h；
(2)根据车辆最高车速确定驱动电机的额定功率初选值，根据标准“GB/T18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统第1部分:技术条件”中电机额定功率系列，选择大于初始值且最接近初选值的数值作为驱动电机的额定功率；
(3)等间距预设减速器传动比，传动比初值i1根据典型车辆的主减速比取值，轿车一般可取4，计算每一种传动比下驱动电机的额定转速、最高转速和额定转矩，将计算结果进行记录。
(4)根据汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft；根据电机额定转矩应满足
Figure GDA0002057367390000051
对第(3)步中记录的数据进行筛选，剔除表格中电机额定转矩不满足
Figure GDA0002057367390000052
的数据。
(5)以第(4)步中筛选后的的传动比和计算出的额定转速为输入，预设驱动电机的峰值功率与额定功率之比为x，x从3.5开始等间距减小，间距为0.1，形成多组数据。
(6)利用MATLAB软件，建立前向仿真平台，分别求得第(5)步中记录的每组数据对应的0-Vtarget km/h的加速时间以及最大爬坡度；将仿真结果与第(5)步的数据合并记录。
(7)根据第(1)步中确定的整车动力性能指标要求，对第(6)步中的记录数据进行筛选，剔除不满足整车动力性要求对应的数据。
(8)根据第(4)、(7)步中筛选的结果，将满足要求的数据组提取出来记录；同时得到驱动电机的传动比、峰值功率、峰值转矩、额定转速、额定转矩、最高转速，完成驱动电机的选型。
进一步地，所述步骤(2)中，由于纯电动汽车最高设计车速较低，汽车能在最高车速下长时间行驶，即驱动电机的额定功率Pn要满足纯电动汽车能在最高车速下长时间行驶。根据纯电动汽车的最高设计车速来确定驱动电机的额定功率Pn的初选值Pn0，因而驱动电机的额定功率的初选值Pn0要满足纯电动汽车能在最高车速下长时间行驶，即额定功率的初选值Pn0满足下式：
Figure GDA0002057367390000061
其中，其中η1为传动效率，G为整车重量，CD为空气阻力系数，f为滚动阻力系数，A为汽车迎风面积，Vmax为汽车最高车速。
再根据标准“GB/T 18488.1-2015电动汽车用驱动电机系统第1部分：技术条件”中电机额定功率系列，选择大于初选值且最接近初选值的数值作为驱动电机的额定功率Pn。
步骤(3)中，预设传动比i从某较小值开始由小到大等间距变化，根据典型车辆的主减速比取值，轿车一般可取4，间距为0.1，以此取值为5、4.1、4.2、4.3、4.4…等；分别计算每一个传动比i下额定转速Nn、最高转速Nmax，电机额定转矩Tn。
对于额定转速Nn，在汽车常用车速下，电机应该工作在高效率区域，电机的额定转速
Figure GDA0002057367390000062
其中Vn为常用车速(单位km/h)，i为传动比，r为滚动半径(单位m)。
最高转速
Figure GDA0002057367390000071
其中Vmax为最高车速。
额定转矩
Figure GDA0002057367390000072
将计算结果填入表1，表1为不同传动比i下的对应的电机性能参数表。
表1
传动比i 额定转速N<sub>n</sub>(rpm) 最高转速N<sub>max</sub>(rpm) 额定转矩T<sub>n</sub>(Nm)
i<sub>1</sub> N<sub>n1</sub> N<sub>max1</sub> T<sub>n1</sub>
i<sub>2</sub> N<sub>n2</sub> N<sub>max2</sub> T<sub>n2</sub>
i<sub>3</sub> N<sub>n3</sub> N<sub>max3</sub> T<sub>n3</sub>
… … … …
步骤(4)中，根据汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft：
Figure GDA0002057367390000073
其中η1为系统传动效率。
进一步地，根据汽车驱动条件，当汽车在以最高车速匀速行驶时，电机额定转矩Tn需满足下式。
Figure GDA0002057367390000074
进一步地，根据上式步骤(3)中计算得到的表1中不同传动比下的对应的电机性能参数数据进行筛选，剔除其中电机额定转矩不满足
Figure GDA0002057367390000075
的数据。
若初步预设得到的传动比以及计算得到的额定转矩都不能满足上式，则增大传动比重新计算；当电机最大转速超出市面上常见电机最高转速时，停止增加传动比。
步骤(5)中，将步骤(4)中表1筛选后的传动比和计算出的额定转速作为输入，设定电机峰值功率Pmax与额定功率Pn之比为x，x即为电机功率储备系数。x从3.5开始等间距减小，间距为0.1，依次取值为3.5、3.4、3.3…。
由此计算出峰值功率Pmax＝xPn；
峰值转矩
Figure GDA0002057367390000081
进一步地，利用MATLAB软件，建立前向仿真平台，分别求得每组数据对应的0-Vtargetkm/h的加速时间以及最大爬坡度。将每一组传动比、峰值功率、峰值转矩、加速时间、最大爬坡度合并至同一表格中填入表2(样表)。
表2
Figure GDA0002057367390000082
进一步地，根据整车动力性能参数，即0-Vtargetkm/h的加速时间以及最大爬坡度的要求，对表2中记录的数据进行筛选，将满足整车性能的这些值连同对应的传动比、峰值功率、峰值转矩、额定转速、额定转矩、最高转速填入下表3(样表)。
表3
Figure GDA0002057367390000083
Figure GDA0002057367390000091
进一步地，步骤(8)中，从表3中选择峰值功率Pmax＝min{Pmax1，Pmax2，Pmax3，...}所在的一组数据作为驱动电机性能参数以及减速器传动比，完成整车动力匹配。
进一步地，适用于单电机和固定减速比传动机构驱动的纯电动汽车的电机和减速比匹配设计。
进一步地，所匹配电动汽车动力源只有一个驱动电机和一个固定传动比减速机构，且最高车速较低，不高于130km/h。
通过本发明能快速、准确的同时确定驱动电机的性能参数及固定速比减速系统的传动比，为纯电动汽车进行电机参数和减速比同时优化提供了方法指导。
凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于通过预设传动比，采用电机功率搜索逼近的方法同时确定电机峰值功率、峰值转速、峰值转矩、额定转矩、和电机到车轮的传动比；首先，根据纯电动汽车最高设计车速，确定驱动电机额定功率；在此基础上等小间距预设传动比，依据预设传动比以及纯电动汽车常用车速分别计算驱动电机额定转速、最高转速和额定转矩；利用行驶方程式确定汽车最大车速时的额定转矩，对预设传动比进行筛选；预设电机功率储备系数，确定电机峰值功率；建立前向仿真平台，计算电机在确定的各个电机峰值功率下的加速性能及爬坡性能；根据整车动力性能指标筛选出满足要求汽车最高车速、加速、爬坡要求的电机参数，完成驱动电机及驱动系统减速比的同时确定；具体包括如下步骤：
(1)确定整车结构参数及性能参数，其中结构参数包括；车辆计算质量、滚动阻力系数、空气阻力系数、系统传动效率、车轮滚动半径、迎风面积；性能参数包括：最高车速、常用车速、0-Vtarget加速时间、最大爬坡度；
(2)根据车辆最高设计车速确定驱动电机的额定功率初选值，选择大于额定功率初始值且最接近额定功率初选值的数值作为驱动电机的额定功率Pn；(3)等间距预设减速器传动比，传动比初值i1根据设定种类车辆的主减速比取值，分别计算每一种传动比下驱动电机的额定转速Nn、最高转速Nmax，电机额定转矩Tn，将计算结果进行记录；其中，电机的额定转速
Figure FDA0002703135170000011
Vn为常用车速，单位km/h，i为传动比，r为滚动半径，单位m；最高转速
Figure FDA0002703135170000012
其中Vmax为最高车速；额定转矩
Figure FDA0002703135170000013
(4)根据汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft；根据电机额定转矩应满足
Figure FDA0002703135170000014
对第(3)步中的电机计算结果数据进行筛选，剔除电机额定转矩不满足
Figure FDA0002703135170000021
的数据；
(5)以第(4)步中筛选后的传动比和计算出的额定转速为输入，预设驱动电机的峰值功率与额定功率之比为x，x从3.5开始等间距减小，间距为0.1，形成多组数据；
(6)利用MATLAB软件，建立前向仿真平台，分别求得第(5)步中每组数据对应的0-Vtarge加速时间以及最大爬坡度；将仿真结果与第(5)步的数据合并记录；
(7)根据第(1)步中确定的整车结构参数及性能参数，对第(6)步中的合并记录进行筛选，剔除不满足确定的整车结构参数及性能参数的数据；
(8)根据第(4)、(7)步中筛选结果，将满足要求的数据组提取出来记录；同时得到该数据组对应的驱动电机的传动比、峰值功率、峰值转矩、额定转速、额定转矩、最高转速，完成驱动电机的选型。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于所述步骤(2)中，根据纯电动汽车的最高设计车速来确定驱动电机的额定功率Pn的初选值Pn0，额定功率的初选值Pn0需满足下式：
Figure FDA0002703135170000022
其中，其中η1为传动效率，G为整车重量，CD为空气阻力系数，f为滚动阻力系数，A为汽车迎风面积，Vmax为汽车最高车速。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于所述步骤(4)中，根据步骤(2)所确定的汽车行驶方程式，得到车辆以最高车速匀速行驶时的驱动力Ft：
Figure FDA0002703135170000031
其中η1为传动效率。
4.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于所述步骤(4)中，若初步预设得到的传动比以及计算得到的额定转矩都不能满足，则增大传动比重新计算；当电机最大转速超出市面上常见电机最高转速时，停止增加传动比。
5.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于所述步骤(8)中，选择峰值功率Pmax＝min{Pmax1，Pmax2，Pmax3，...}所在的一组数据作为驱动电机性能参数以及减速器传动比，完成整车动力匹配。
6.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于本方法适用于单电机和固定减速比传动机构驱动的纯电动汽车的电机和减速比匹配设计。
7.根据权利要求1所述的纯电动汽车电机参数及固定减速比同时确定方法，其特征在于所匹配电动汽车动力源只有一个驱动电机和一个固定传动比减速机构，且最高车速较低，不高于130km/h。
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轻型纯电动客车传动系统参数匹配与仿真;杜常清 等;《机械传动》;20180430;62-66 *

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CN109960854A (zh) 2019-07-02

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