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瑞彩祥云

作者:陳士剛時間:2019-05-29來源:電子産品世界收藏

  陳士剛

本文引用地址:/article/201905/401024.htm

  (奇瑞新能源汽車技术有限公司,安徽 芜湖 241002)

  摘要:基于某純整車參數,對比當前大功率驅動電機匹配單速比減速器和小功率驅動電機匹配減速器動力性、經濟性和NEDC效率分析。通過對減速器匹配小电机在不同换档车速下的NEDC转速、扭矩分析,其对应的分布集中在小电机高效区,其NEDC效率比大电机匹配单速比減速器包括平均效率、电动效率、发电效率提升约8%;小电机匹配減速器动力性也满足要求,为纯降本、降耗提效提供了一種方法。

  關鍵詞:;雙速比;

  0 引言

  隨著石油資源日趨緊張及環境問題日益嚴重 [1] ,新能源汽車越來越多的普及到人們生活中,其主要由电动机和減速器相匹配以达到驱动整车的作用,纯電動汽車作为新能源汽車行业的主要车型。类似于传统汽油车油耗指标,电耗也是考核电动车性能的一项重要参数,也是衡量新能源汽車补贴的关键指标,国家对电动车整车电耗指标制定了相关的法规政策,如NEDC(欧洲循环工况,New Europe Driving Cycle,简称“NEDC”)能量消耗率、整车能耗限值以及双积分能耗等。整车电耗实际代表了整车各部件的用电消耗量,近年来有很多文献对电动车降耗提效进行了研究。周兵[2] 等基于某行驶工况对纯電動汽車传动系的传动比进行了优化,使得动力因素提高、比能耗降低;王星刚 [3] 通过对纯電動汽車驅動系統的优化及策略分析,对单电机单级減速器和双电机两档減速器的效率分別進行了計算,顯示采用雙電機驅動方案能夠獲得更高的系統效率;章豔 [4] 通过对纯電動汽車的能量回收策略的优化,适当的提高了电机制动起作用的时间及比例有效的延长了整车续航里程、降低了整车电耗;杨磊 [5] 对影响纯電動汽車经济性的能量传递各部件进行分析,包括电机、电控、蓄電池等传递效率;并提出了改善纯電動汽車的能耗经济性措施等。

  本文通过对某纯電動汽車驅動系統由大功率电机匹配单速比減速器方案更改为小功率电机匹配雙速比減速器方案分析,结果显示动力性满足要求、整车分布更趋于电机系统的高效区间,NEDC平均效率提高约8%,降低了整车电量消耗、提升了整车的续航里程,为纯電動汽車降本、降耗提效提供了一種方法。

  1 基本参数

  本文是基于某纯電動汽車搭载的大功率驱动电机匹配单速比減速器,更改由小功率电机匹配雙速比減速器下的动力性、经济性及NEDC效率对比分析,其电动机及減速器参数如表1。雙速比減速器在实际匹配过程中存在换档操作,即在某车速下雙速比減速器由速比一档换到速比二或由速比二切换到速比一,对应的小电机扭矩和转速会做相应的更改,对应的NEDC工況也就是后文所说的换档NEDC工況有变化。

1.png

  基于表1參數,大、小功率電機對應的外特性參數如圖1,可知大電機外特性轉折轉速比小電機的轉折轉速小,這個對整車動力性有影響,在本文的分析中也可彌補小電機動力性偏弱的劣勢。

  2 電動汽車动力性分析

  2.1 电机拐点车速

  大电机匹配单速比減速器时,电机外特性拐点转速对应整车车速为:V 大 =N 折 ×0.307×0.377/S 单V 大 =39.5(km/h)式中,N 折 为转折转速(下同),0.307为轮胎半径,0.377为转化单位的系数(下同)。

  小电机匹配雙速比一级速比时,电机拐点转速为(前提是采用小电机匹配雙速比減速器为1档状态,即未换档):V 小 =N 折 ×0.307×0.377/S 双1V 小 =26.2(km/h)

  2.2 小电机最高车速分析

  大電機按照整車風阻、滑阻參數計算:

  V max =N max ×0.307×0.377/S 单

  V 大max =152(km/h)

  小电机匹配雙速比減速器,电机为最高转速、減速器为二级速比时,按上述公式带入参数计算,最高转速是远远大于V 大max 的。

  经过上述分析,小电机匹配雙速比減速器时在车速上完全能够满足整车定义的最高车速。

  2.3 小电机最大转速分析

  通过大电机匹配单级減速器分析,大电机最高转速时整车最高车速为V 大max ,采用雙速比減速器达到相同最高车速时,減速器实际应为雙速比減速器的二级速比,此时对应的电机转速应为:

  N 双max =V 大max ×S 双2 /0.307/0.377

  N 双max =6913(rpm)

  式中,N 双max 是雙速比匹配的电机需求最大转速最高转速N 双max 对应一级速比时最大车速:

  V max1 =N 双max ×0.307×0.377/S 单

  V max1 =57(km/h)

  即电机最高转速降至N 双max 时,能够保证最高车速V 大max ,轴承最高转速可降低至N 双ma ;且采用雙速比減速器时,一级速比整车车速达到V max1 时必须换档,才能满足最高车速要求;

  2.4 小电机额定功率

  此款纯电动车定义的最高30 min车速为V 额 时,此时整车车速稳定维持平衡时的功率即为整车额定功率,即通常定义的电机额定功率要满足此功率,本文只计算了整车状态下的功率。

  其中滿載載荷力爲:

1559615384854062.png1559615384731114.png

1559615371236410.png


式中,V 额 =120(km/h)F 满 为根据整车工况滑阻曲线拟合的公式,V 额 为整车额定车速,故P 额 = F 满 * V 额=27.9(kw)

  通 过 上 述 计算,对比小功率电机额定功率是能够满足整车需求的。

  2.5 小电机轮边扭矩分析

  参照表1的参数,大、小电机匹配单雙速比減速器时的整车轮边扭矩计算分布如图2(图2为换档车速为40 km/h的轮边扭矩)。

  如右图2可知,在两档減速器换档前小电机匹配的轮边扭矩时大于大电机匹配的轮边扭矩,在换档后扭矩有小幅下降,换档前后扭矩经确认是满足整车动力性能的(本文不再详细介绍)。

  由上述分析可知,采用小电机匹配雙速比減速器时电机功率降低、转速降低,其对应的电机成本必然有所下降。

  3 NEDC工況效率分析

  3.1 NEDC工況分析

  (1)換檔車速

  通过上述分析,小电机匹配雙速比減速器满足整车性能,达到最高换档车速V max1 前必须换档,本文基于换档车速分别为40 km/h、45 km/h,50 km/h时对NEDC的效率分析;

  (2)NEDC工況图

  3为大电机匹配单级減速器时整车NEDC仿真工况,根据NEDC仿真工况,筛选出车速40 km/h、45km/h、50 km/h时的换档点。图4为NEDC仿真工况换算出来的电机扭矩、转速图,在整车NEDC循环工况时包含电动和发电两种模式,所以在本文换档分析时,换档点即代表一级速比换档二级速比,也代表二级速比往一级速比换档。

  (3)换档后NEDC工況

  根据大电机匹配单速比減速器方案的NEDC工況,并结合换档轮边扭矩、整车车速相等原则,分别计算车速40 km/h、45 km/h,50 km/h时对应的转速和扭矩。

  輪邊扭矩相等:

8.png

  整車車速相等:

9.png

  式中、代表匹配雙速比減速器时电机对应转速。如图3所示,得到三种换档车速下的电机转矩、转速NEDC曲线。

  3.2 NEDC分布

  根据换档前、后的NEDC转速、转矩曲线以及两款电机系统效率MAP,并采用MATLAB软件进行数据分析如图6所示。结果显示,小电机匹配雙速比減速器时的NEDC扭矩在系统效率上更趋向于高效区,在电动区域部分效率点更是趋于92%。

  3.3 NEDC效率分析

  根據上述章節選取的三個換檔轉速點轉換成的

10.png

NEDC工況,对应的电机转速/扭矩曲线与大、小电机系统效率采用MATLAB进行插值处理,对电动模式和发电模式分别进行效率计算,结果如表2所示。

  4 结论

  本文通过对小功率电机匹配雙速比減速器方案与大电机匹配单速比減速器对比分析可知,小电机匹配雙速比減速器一方面可降低驅動系統成本,一方面对整车效率有一定提升。通过选取不同换档车速对应的电机NEDC转速/扭矩曲线,采用MATLAB分别对NEDC效率与电机系统效率MAP进行计算,结果显示为电动、发电效率均提高,平均效率提升约有8%,尤其是发电效率提升较明显。通过此方案为整车将能耗、提升续航里程以及成本控制提供一种方法。

  參考文獻

  [1] 新能源汽車技术现状与发展前景分析[J]. 刘双源. 山东工业技术. 2017(06)

  [2] 基于行驶工况的纯電動汽車比能耗分析及传动比优化[J]. 周兵,江清华,杨易,王继生. 中国机械工程.

  2011(10)

  [3] 纯電動汽車驅動系統优化及分析策略[J]. 王星刚. 汽车与配件. 2012(50)

  [4] 纯電動汽車制動能量回收评价方法研究[D]. 章艳.武汉理工大学 2015

  [5] 纯電動汽車能耗经济性分析[J]. 杨磊. 上海汽车. 2007(08)

  作者簡介:

  陳士剛,男,(1987.9-)天津理工大学 机械工程专业,硕士,工程师,主要研究方向:新能源汽車电驅動系統。

  本文來源于科技期刊《電子産品世界》2019年第6期第61頁,歡迎您寫論文時引用,並注明出處



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