崔夢謙 李金勇
天津科斯特汽車技術(shù)有限責(zé)任公司 天津市 301709
動力系統(tǒng)是汽車的動力來源,對汽車的性能有著決定性的影響,本文對純電動廂式運輸車動力系統(tǒng)的匹配過程做了簡要總結(jié)。
動力系統(tǒng)主要由以下零部件組成:
(1)驅(qū)動電機(jī);
(2)減速箱;
(3)動力電池。
(1)在汽油車基礎(chǔ)上,用純電動驅(qū)動系統(tǒng)取代燃油動力系統(tǒng);
(2)開發(fā)減速箱,中置后驅(qū)改為后置后驅(qū);
(3)轉(zhuǎn)向助力改為電動系統(tǒng)(電動液壓泵);
(4)增加電動水泵;
(5)增加電動真空泵;
表1 車速與電機(jī)功率對應(yīng)關(guān)系
(6)改制原汽油車車身以安裝純電系統(tǒng)零部件;
(7)改制原車線束。
(1)30min最高車速,85km/h;
(2)加速性能,0-50km/h,小于10s;
(3)爬坡能力,大于15%;
(4)保證車輛在純電池驅(qū)動時,60km/h勻速行駛里程不小于200km。
電機(jī)的選擇需要考慮整車性能的需求,功率既不能選的過大也不能選的過小,功率太小,純電動汽車動力不足,不能達(dá)到預(yù)期的性能要求;功率選的過大,則會造成整車效率偏低且車輪容易打滑。總之,電機(jī)的選擇應(yīng)能夠同時滿足對最高車速,加速性能和爬坡性能的要求。同時,電機(jī)的尺寸和重量也需要方便電動汽車的布置與配重要求。
由于純電動車需要滿足整車的性能指標(biāo),所以,根據(jù)最高車速和加速度兩個方面初步選擇驅(qū)動電機(jī)。
車速與驅(qū)動電機(jī)功率的對應(yīng)關(guān)系見表1。
根據(jù)設(shè)計目標(biāo)及表1初步確定驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)見表2:
表2 初步確定驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)
三元鋰電池持續(xù)放電≤3C;最大為5C,放電時間不超過3分鐘。初選單體容量為25.5Ah的電池,成組方案為25.5Ah 6并,9 6串,電池組3 C放電時功率為159kW。動電機(jī)額定功率為40kW,最大功率為80kW。25.5Ah6并,96串電池滿足驅(qū)動電機(jī)的要求。
減速箱用于轉(zhuǎn)變驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速,以適應(yīng)汽車在起步、加速、行駛以及克服各種道路障礙等不同行駛條件下對驅(qū)動車輪牽引力及車速為的不同要求的需要。用減速箱轉(zhuǎn)變驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的必要性在于電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變化特性的特點是具有相對小的對外部載荷改變的適應(yīng)性。
為保證減速箱具有良好的工作性能,對減速箱提出如下設(shè)計要求:
(1)此減速箱為 一級 減速箱,速比為1.8;
(2)最大輸入轉(zhuǎn)矩:250Nm,最大輸入轉(zhuǎn)速:6000rpm;
(3)最大輸出轉(zhuǎn)矩:450Nm,最大輸出轉(zhuǎn)速:2778rpm;
(4)布局:輸入輸出端再同一側(cè)(可參考上面動力傳動鏈布局圖)
(5)中心距:245mm
(6)減速箱輸入軸與電機(jī)輸出軸連接方式:花鍵連接;
(7)減速箱殼體與電機(jī)殼體連接方式:端面連接;
(8)潤滑方式為油池潤滑;
(9)噪聲要求:符合手動機(jī)械變速箱的噪聲標(biāo)準(zhǔn);
(10)工作環(huán)境溫度:-40℃~45℃。
表3 初步確定動力電池的參數(shù)
汽車整備質(zhì)量m1(kg):2030
汽車滿載質(zhì)量m2(kg):3030
汽車試驗質(zhì)量m3(kg):2530
空氣阻力系數(shù)CD:0.55
汽車迎風(fēng)面積A(m2):3.83
滾動阻力系數(shù)f 0.02
傳動效率ηT =0.9
車輪滾動半徑r(m):0.317
后橋主減速比:4.556
減速箱減速比:1.8
計算機(jī)仿真可快速、準(zhǔn)確的計算車輛的動力性,提高了動力性匹配的效率。
本文使用matlab軟件對車輛動力性進(jìn)行建模與仿真,分析、確定車輛動力系統(tǒng)各零部件的參數(shù)是否滿足車輛動力性要求。
(1)30分鐘最高車速
按電機(jī)額定功率,30分鐘最高車速可達(dá)到93.85 km/h,如圖1所示。
圖1 功率和車速對應(yīng)關(guān)系
按電機(jī)最高轉(zhuǎn)速最高車速為87km/h,
滿足設(shè)計要求(≥85 km/h)。
(2)最大爬坡度
滿載最大爬坡度:16%,如圖2所示。
(3)加速時間
0-50km/h加速時間為9.5s,如圖3所示。
(4)60km/h勻速行駛續(xù)駛里程:
53.6*0.8*0.95/11.5*60=212.5km
注:
(1)動力電池能量為53.6kwh;
(2)可使用電量為80%(SOC剩余20%);
(3)低壓(12V)電氣系統(tǒng)耗電5%;
(4)60km/h勻速行駛需求功率為11.5kw。
圖2 爬坡度和電機(jī)轉(zhuǎn)矩對應(yīng)關(guān)系
圖3 加速時間和車速對應(yīng)關(guān)系
5)30分鐘最高車速:87 km/h,滿足設(shè)計要求(≥85 km/h);
6)最大爬坡度:16%,滿足設(shè)計要求(>15%);
7)0-50km/h加速時間為9.5s,滿足設(shè)計要求(≤10s);
8)6 0 k m/h勻速行駛,續(xù)駛里程212km,滿足設(shè)計要求(≥200km);
(1)驅(qū)動電機(jī)參數(shù)滿足車輛動力性能要求;(2)減速箱參數(shù)滿足車輛動力性能要求;(3)動力電池參數(shù)滿足車輛動力性能要求。