CN111086501B - 一种纯电动汽车的能耗优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种纯电动汽车的能耗优化方法，包括如下步骤，以纯电动汽车的驱动电机外特性图作为基础，绘制阻力曲线图；以步骤S1的阻力曲线图作为基础，绘制能耗等高曲线图；在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，并根据该经济挡曲线选择相应的驱动电机的实际转矩、转速。本发明的有益效果主要体现在：在能耗等高曲线图中选择合适的经济挡曲线，以经济挡曲线为界限划分经济性区和动力性区，并在经济区和动力性区根据策略选择不同的驱动电机的实际转矩、转速。本发明在不增加成本的基础上，提供一种全新的纯电动汽车的能耗优化方法，提高电动汽车的续驶里程。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，具体而言，尤其涉及一种纯电动汽车的能耗优化方法。
背景技术
随着纯电动汽车的流行，随之而来的是人们对于纯电动汽车续驶里程及电耗的关心，通常以每公里耗电量来评价一辆车的能耗优劣，然而一辆车的能耗性能不仅仅取决于所匹配电机的性能，在很大程度上还与车辆所行驶的路况以及驾驶员的驾驶习惯有关，所以就会出现同样配置的两辆车行驶同一个路线，结果表现出不同的能耗；也会出现同样配置的两辆车同一位司机驾驶在不同路线，最终能耗也不一样。
目前在解决纯电动汽车能耗问题上的解决方式有两种：第一种，选用更高效率的电机，如发卡电机或油冷电机；第二种，选用高速电机搭载两挡变速箱的形式。
对于第一种方式，选用更高效率的电机则意味着成本的增加。
对于第二种方式，选用高速电机搭载两挡变速箱的方案则存在零部件增加，故障点增加，同时由于变速箱效率的存在也会未必提高整体系统效率的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种全新的纯电动汽车的能耗优化方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种纯电动汽车的能耗优化方法，包括如下步骤，
S1、以纯电动汽车的驱动电机外特性图作为基础，绘制阻力曲线图；
S2、以步骤S1的阻力曲线图作为基础，绘制能耗等高曲线图；
S3、在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，并根据该经济挡曲线选择相应的驱动电机的实际转矩T’、转速N’。
优选的，所述步骤S1中，将所述纯电动汽车的整车的驱动阻力F总通过下列公式1、2、3换算为驱动电机的转速N、转矩T，绘制成阻力曲线，
F总＝Ff+Fw…………………………………………(1)
T＝T总/(i0igη)＝F总r/(i0igη)………………………………………(2)
N＝Vi总/(0.377×r)…………………………………………(3)
式中：F总为总的驱动阻力；Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；
T总为总驱动阻力矩；i0为主减速比；ig为变速箱速比；η为驱动系统总效率；T为驱动电机的驱动转矩；r为车轮滚动半径；
N为驱动电机转速；V为车速。
优选的，所述步骤S2中，以所述阻力曲线图作为基础形成效率等高曲线图，根据效率等高曲线图绘制能耗等高曲线图。
优选的，所述步骤S2具体包括，
S21、选择效率等高曲线图中某一具体数据点，读取其转速N、转矩T、及其对应的效率η；
S22、计算该数据点的驱动电机工作时且不考虑馈电情况下的总耗电功率P,P'＝P/V＝C*T/η；
S23、计算驱动电机在当前转速N下的整车车速V，
式中：r为车轮半径，i0为主减速比，ig为变速箱速比；
S24、计算纯电动汽车于该驱动电机在当前转速N、转矩T下的每公里能耗P’，P'＝(P*t)/(V*t)＝C*T/η，其中t为时间，C＝i0ig/(0.377*9550*r)是常数；
S25、将效率等高曲线图中所有数据点的每公里能耗进行归一化处理，同时将转速N、转矩T也做归一化处理，将归一化后所有的转速、转矩及对应能耗点绘制成能耗等高曲线图。
优选的，所述步骤S3中，所述经济挡曲线的电动机转矩高于所述阻力曲线，以确保经济挡下保证整车具备一定的后备功率。
优选的，所述步骤S3具体包括，在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，以经济挡曲线为界限，划分经济性区和动力性区；经济挡曲线以下为经济区，经济挡以上为动力性区，并在经济区和动力性区根据策略选择不同的驱动电机的实际转矩T’、转速N’。
优选的，所述经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线重合。
优选的，所述经济挡曲线分为两段式，分别为处于电机的高转速区的第一经济挡曲线和处于电机的低转速区的第二经济挡曲线，所述第一经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线重合，所述第二经济挡曲线上相应的转矩T’小于与其相配的处于所述能耗等高曲线图中高转速区的同一条能耗等高曲线的在低转速区延伸的转矩T。
优选的，所述经济挡曲线为多段式。
优选的，所述经济挡曲线分为多段式的依据为电机转速或车速。
本发明的有益效果主要体现在：在能耗等高曲线图中选择合适的经济挡曲线，以经济挡曲线为界限划分经济性区和动力性区，并在经济区和动力性区根据策略选择不同的驱动电机的实际转矩、转速。本发明在不增加成本的基础上，提供一种全新的纯电动汽车的能耗优化方法，提高电动汽车的续驶里程。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明纯电动汽车的能耗优化方法的流程示意图；
图2：本发明的效率等高曲线图；
图3：本发明在能耗等高曲线图中选择经济挡曲线的第一实施方式；
图4：本发明在能耗等高曲线图中选择经济挡曲线的第二实施方式；
图5：本发明在能耗等高曲线图中选择经济挡曲线的第三实施方式。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明揭示的纯电动汽车的能耗优化方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
S1、以纯电动汽车的驱动电机外特性图作为基础，绘制阻力曲线图；
S2、以步骤S1的阻力曲线图作为基础，绘制能耗等高曲线图；
S3、在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，并根据该经济挡曲线选择相应的驱动电机的实际转矩T’、转速N’。
驱动电机是纯电动汽车唯一的动力源，通常适用于电动汽车使用的电机外特性为：在额定转速以下，以恒转矩模式工作；在额定转速以上，以恒功率模式工作。一般来讲，电动汽车用驱动电机的外特性图为N为横坐标，T、P为纵坐标。本发明以此驱动电机的外特性图为基础进行能耗优化选择。
所述步骤S1中，将所述纯电动汽车的整车的驱动阻力F总通过下列公式1、2、3换算为驱动电机的转速N、转矩T，绘制成阻力曲线，
F总＝Ff+Fw…………………………………………(1)
T＝T总/(i0igη)＝F总r/(i0igη)………………………………………(2)
N＝Vi总/(0.377×r)…………………………………………(3)
式中：F总为总的驱动阻力；Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；
T总为总驱动阻力矩；i0为主减速比；ig为变速箱速比；η为驱动系统总效率；T为驱动电机的驱动转矩；r为车轮滚动半径；
N为驱动电机转速；V为车速。
根据计算得到的驱动电机的转速N、转矩T，可以绘制成阻力曲线，见图3、图4中的曲线a。
所述步骤S2中，以所述阻力曲线图作为基础形成效率等高曲线图，根据效率等高曲线图绘制能耗等高曲线图，具体包括：
S21、选择图2所示的效率等高曲线图中某一具体数据点，读取其转速N、转矩T、及其对应的效率η；
S22、计算该数据点的驱动电机工作时且不考虑馈电情况下的总耗电功率P,P＝(N·T/9550)/η；
S23、计算驱动电机在当前转速N下的整车车速V，
式中：r为车轮半径，i0为主减速比，ig为变速箱速比；
S24、计算纯电动汽车于该驱动电机在当前转速N、转矩T下的每公里能耗P’，P'＝(P*t)/(V*t)＝C*T/η，其中t为时间，C＝i0ig/(0.377*9550*r)是常数；
S25、将图2的效率等高曲线图中所有数据点的每公里能耗进行归一化处理，同时将转速N、转矩T也做归一化处理，将归一化后所有的转速、转矩及对应能耗点绘制成能耗等高曲线图。
所述步骤S3具体包括，在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，以经济挡曲线为界限，划分经济性区和动力性区；经济挡曲线以下为经济区，经济挡以上为动力性区，并在经济区和动力性区根据策略选择不同的驱动电机的实际转矩T’、转速N’。
选择经济挡曲线的方式有两种：
第一种如图3所示，所述经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线(曲线b)重合。即电机全转速范围只选取一条高于阻力曲线的能耗等高线作为经济挡曲线，这种经济挡曲线即确保整车的每公里能耗不超过一定值，也确保低速时，整车具备爬大坡的能力。
第二种如图4所示，所述经济挡曲线分为两段式，分别为处于电机转速高转速区的第一经济挡曲线和处于电机转速低转速区的第二经济挡曲线，所述第一经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线重合，所述第二经济挡曲线上相应的转矩T’小于与其相配的处于所述能耗等高曲线图中高转速区的同一条能耗等高曲线的在低转速区延伸的转矩T。该方式中，如不考虑山路行驶、爬大坡，只需满足平路行驶要求时，则低转速区可以更注重经济性，选择图中的曲线1、2、3(曲线1平行于X轴，爬坡性能与经济性折中；曲线2沿着能耗等高线的梯度曲线下降，经济性能最优；曲线3高于曲线1，可以保证一部分的爬坡性能)；而高转速区为了保证平路行驶中高速超车具备一定动力性，可选择能耗系数略高的曲线。根据经济挡曲线，进而选择相应的驱动电机的实际转矩T’、转速N’。
当然，所述经济挡曲线也可以分成多段如图5所示的第三实施方式，即将第二实施的电机转速的低转速区和高转速区分的更细，可以根据电机转速分段或者车速分段，每一段根据设计要求选择相应的能耗曲线，只需要所述经济挡曲线的电动机转矩高于所述阻力曲线，以确保经济挡下保证整车具备一定的后备功率即可。
以某款纯电动汽车为例，其采用两段式划分经济挡曲线，低速范围(0-0.3倍的最高转速范围)选用图4中曲线3作为第一段经济挡曲线，该曲线零速下与纵轴标相交于最大转矩的0.7,曲线另一端的纵坐标值为最大转矩的0.5倍，低转速下采用这种曲线既可以保证爬坡、起步的性能，也可以防止堵转故障的发生，同时具备一定的经济性；0.3倍最高转速至最高转速的经济挡曲线为沿着能耗系数0.6的曲线，这条曲线在保证动力性的同时，也将中高速区的能耗控制在能耗系数0.6以内。全转速区的总能耗系数都将控制在0.6以内，这样就做到了整车每公里电耗的可控性。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种纯电动汽车的能耗优化方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、以纯电动汽车的驱动电机外特性图作为基础，绘制阻力曲线图；
S2、以步骤S1的所述阻力曲线图作为基础形成效率等高曲线图，根据效率等高曲线图绘制能耗等高曲线图；
所述步骤S2具体包括，
S21、选择效率等高曲线图中某一具体数据点，读取其转速N、转矩T、及其对应的效率η；
S22、计算该数据点的驱动电机工作时且不考虑馈电情况下的总耗电功率P,P＝(N·T/9550)/η；
S23、计算驱动电机在当前转速N下的整车车速V，
式中：r为车轮半径，i0为主减速比，ig为变速箱速比；
S24、计算纯电动汽车于该驱动电机在当前转速N、转矩T下的每公里能耗P’，P'＝(P*t)/(V*t)＝C*T/η，其中t为时间，C＝i0ig/(0.377*9550*r)是常数；
S25、将效率等高曲线图中所有数据点的每公里能耗进行归一化处理，同时将转速N、转矩T也做归一化处理，将归一化后所有的转速、转矩及对应能耗点绘制成能耗等高曲线图；
S3、在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，并根据该经济挡曲线选择相应的驱动电机的实际转矩T’、转速N’；
所述步骤S3具体包括，在所述能耗等高曲线图中选择经济挡曲线，以经济挡曲线为界限，划分经济性区和动力性区；经济挡曲线以下为经济区，经济挡以上为动力性区，并在经济区和动力性区根据策略选择不同的驱动电机的实际转矩T’、转速N’；
所述经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线重合；
所述经济挡曲线分为两段式，分别为处于电机的高转速区的第一经济挡曲线和处于电机的低转速区的第二经济挡曲线，所述第一经济挡曲线与所述能耗等高曲线图中的其中一条能耗等高曲线重合，所述第二经济挡曲线上相应的转矩T’小于与其相配的处于所述能耗等高曲线图中高转速区的同一条能耗等高曲线的在低转速区延伸的转矩T。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的能耗优化方法，其特征在于：所述步骤S1中，将所述纯电动汽车的整车的驱动阻力F总通过下列公式1、2、3换算为驱动电机的转速N、转矩T，绘制成阻力曲线，
F总＝Ff+Fw………………………………………… (1)
T＝T总/(i0igη)＝F总r/(i0igη)………………………………………(2)
N＝Vi总/(0.377×r)…………………………………………(3)
式中：F总为总的驱动阻力；Ff为滚动阻力；Fw为空气阻力；
T总为总驱动阻力矩；i0为主减速比；ig为变速箱速比；η为驱动系统总效率；T为驱动电机的驱动转矩；r为车轮滚动半径；
N为驱动电机转速；V为车速。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车的能耗优化方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述经济挡曲线的电动机转矩高于所述阻力曲线，以确保经济挡下保证整车具备一定的后备功率。
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