田國富，馬書新，高峰

　　（沈陽工業大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110870）

      摘要：為實現純電動客車的動力性匹配計算，介紹了電動客車整體布局和參數,并建立了動力總成數學模型。對電機進行了合理的選擇和匹配計算,用MATLAB/Simulink模塊對客車動力性能進行仿真。計算和仿真結果滿足預期要求。

　　關鍵詞：純電動客車;動力性；匹配計算；仿真

　　中圖分類號：U461.2文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.06.025

　　引用格式：田國富，馬書新，高峰. 純電動客車動力性匹配計算與仿真［J］.微型機與應用，2017,36（6）：84-85,88

0引言

　　環境污染和能源危機目前正備受關注，發展電動汽車是緩解兩大問題的有效途徑［1］。隨著國家對研制電動汽車投資補貼的力度加大，各高校企業對電動汽車的研制也逐步增加。而制約電動汽車發展的主要因素是動力系統問題，也就是其續駛能力，所以，研究分析電動汽車的動力性能十分重要。本文著重對某車型的動力性能進行了計算、建模、分析等過程，為后續研究提供幫助。

1電動客車動力總成總體布局

　　圖1所示為本文研究純電動客車動力總成的總體布局。動力系統作為電動汽車的核心區別于傳統汽車在于其以電機為核心［2］。動力系統的功能是把儲存在蓄電池中的化學能轉化為驅動汽車行駛的機械能，并可以通過汽車減速實現再生制動。　

　　驅動電機的作用是將電池中的電能轉化為機械能，由傳動系統或者直接驅動車輪，目前，隨著技術的發展，傳動的電機逐步被無刷電動機（BCDM）、開關磁阻電動機（SRM）等取代［3］。本研究采用的是由北京佩特來電機驅動技術有限公司生產的型號為DDM110的水冷、永磁同步、外轉子、6相、雙繞組電動機。

　　2動力性能評定指標

　　電動汽車的動力性能主要通過加速性能、爬坡性能、最高車速性能這三個要素來評定［4］。選用的電機功率應該同時滿足汽車的最高車速、加速時間和爬坡性能的要求。

　　以最高車速對應消耗的功率為：

　　式中，PV為電動汽車以最高車速行駛消耗的功率，單位kW;ηt為傳動效率；M為整車質量，單位kg；Vmax為最高車速，單位km/h；fr為滾動阻力系數；CD為風阻系數；Af為迎風面積，單位m2。

　　以某車速爬坡對應消耗的功率為［5］：

　　式中，i為坡度，V為汽車行駛速度。

　　某車速在水平路面行駛消耗的功率為［6］：

　　電動機的額定功率應取三者中的最大值：

　　Pe=max{PV,Pi,Pj}(4)

　　汽車加速度的計算公式為：

　　加速時間：

　　汽車爬坡時的形式方程為：

　　Ft=Fi+Fr+Fw(7)

　　式中，Fi為坡道阻力，Fi=Mgsinα；Fr為滾動阻力，Fr=Mgfrcosα,α為坡道角度。

　　根據電機的轉矩可以計算汽車的驅動力是否滿足三個指標。

3動力系統數學模型的建立

　　3.1整車受力分析

　　對整車進行必要的受力分析，建立整車受力數學模型。電動汽車在行駛過程中主要受滾動阻力、空氣阻力、驅動力、加速阻力以及坡道阻力等影響［7］。整車受力分析圖如圖2所示。

　　圖2中，G為汽車重力；Ff為滾動阻力；Fw為空氣阻力；Fj為空氣阻力；Fi為坡道阻力。

　　汽車的行駛方程為［8］：

　　Ft=Ff+Fw+Fj+Fi(8)

　　3.2電動機模型

　　電機是電動汽車動力系統的核心部件，將電池中的化學能轉化為機械能供車輪運轉，本研究采用的是由北京佩特來電機驅動技術有限公司生產的型號為DDM110的水冷、永磁同步、外轉子、6相、雙繞組電動機。

　　圖3永磁同步電動機的機械特性此類永磁同步電機與其他交流電機相比，效率高、力矩慣量比高、能量密度高，是個環保低碳的電機。

　　該型電機的機械特性如圖3所示，當采用矢量控制法在額定轉速以下恒轉矩運轉時，定子電流相位領先β角，增加了轉矩并產生弱磁作用，使額定轉速點增高，增大了調速范圍。

　　電機的轉矩方程式為：

　　式中，T為電機的轉矩；p為微分算子，p=ddt；Ea為感應電動勢的有效值；Ia為感應電流的有效值；φ為磁通勢的相位差角。

　　3.3變速箱模型

　　變速箱是連接電動機和傳動軸用來改變傳動比的裝置，擴大傳動調節范圍，以滿足汽車在不同環境下的動力需求，本研究采用機械變速器，空擋時斷開轉矩傳遞，掛擋時傳遞轉矩。

　　變速箱空擋時的數學模型為［9］:

　　變速箱掛擋時的數學模型為［10］：

　　式中，Tti為變速箱的輸入轉矩；Tto為變速箱的輸出轉矩；Tmo為電機輸出轉矩；Jai為變速箱輸入軸轉動慣量；Jao為變數箱輸出軸轉動慣量；Jti為變數箱輸入轉動慣量；Jto為變數箱輸出轉動慣量；ωti為變數箱輸入轉速；ωto為變數箱輸出轉速；ig為變數箱檔位傳動比；ηt為變數箱傳動效率；ωto1為空擋時變數箱輸入轉速；a′為汽車加速度。

4動力性能參數匹配計算與仿真

　　本研究參考BJ6123EVCA車型，主要參數如表1所示。

　　本研究采用的電機為北京佩特來電機驅動技術有限公司生產的型號為DDM110的水冷、永磁同步、外轉子、6相、雙繞組電動機。其主要參數如表2所示。在MATLAB/Simulink環境下對系統的動力系統進行了仿真計算，圖4為動力系統仿真模型。

　　仿真結果如表4所示，由此可以看出，匹配計算和仿真結果滿足預期要求。

5結論

　　針對電動汽車的動力性能要求，對純電動客車進行動力性匹配計算。介紹了電動客車整體布局和參數,并建立了動力總成數學模型。對電機進行了合理的選擇和匹配計算,用MATLAB/Simulink模塊對客車動力性能進行仿真。結果表明，汽車的動力性能參數均符合預期要求。

　　參考文獻

　　［1］ 康云龍.電動汽車最新技術［M］.北京：機械工業出版社，2008.

　　［2］ 徐國凱，趙秀春，蘇航.電動汽車驅動與控制［M］.北京：電子工業出版社，2010.

　　［3］ 付主木.電動汽車運用技術［M］.北京：機械工業出版社，2014.

　　［4］ 李興虎.電動汽車概論［M］.北京：北京理工大學出版社，2002.

　　［5］ 趙軒.電動汽車控制策略研究［D］.西安：長安大學，2012.

　　［6］ 王峰，方宗德，祝小元.純電動汽車新型動力傳動裝置的匹配仿真與優化［J］.汽車工程，2011，33（9）：805-809.

　　［7］ 陳識為.純電動公交車電傳動系統研究［D］.成都：西南交通大學，2012.

　　［8］ Fu Zhumu, Liu Leipo, Gao Aiyun, et al. Robust dynamic output feedback H∞ control for uncertain switched singular systems［J］. Przeglad Elektrotechniczny, 2012,88(3b)00332097:34-38.

　　［9］ JEFFERSON C M,BARANARD R H. Hybrid vehicle propulsion［M］. Southampton ,UK: WIT Press,2002.

　　［10］ 黃立培.電動機控制［M］.北京：清華大學出版社，2003.