純電動(dòng)物流車動(dòng)力系數(shù)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)*

楊浩，稅永波

純電動(dòng)物流車動(dòng)力系數(shù)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)*

楊浩，稅永波

（重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520）

純電動(dòng)汽車具有節(jié)能減排、傳動(dòng)效率高、噪音污染少的優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于物流車上。文章基于純電動(dòng)物流車的組成結(jié)構(gòu)對其動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)匹配。該方法以最高車速、最大爬坡度、加速時(shí)間作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，對電機(jī)、變速器、電池進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。將所得參數(shù)與工程余量相結(jié)合，引入了安全系數(shù)，為純電動(dòng)物流車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了一種有效的方法。

純電力物流車；參數(shù)匹配；安全系數(shù)

1 前言

電動(dòng)汽車對降低環(huán)境污染與節(jié)省燃料方面有至關(guān)重要的作用。隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展，物流車在交通運(yùn)輸中的占比日益增大，因此純電動(dòng)物流車引起了較多學(xué)者的關(guān)注。文獻(xiàn)[1]建立了一種以最高車速和爬坡性能指標(biāo)來確定電機(jī)參數(shù)匹配的方法。文獻(xiàn)[2]基于兩檔變速器對傳動(dòng)比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[3]基于純電動(dòng)廂式物流車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了匹配與優(yōu)化。文獻(xiàn)[4]建立了電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)和控制策略，提出了一種動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配方法。文獻(xiàn)[5]以整車性能作為優(yōu)化目標(biāo)，對純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配進(jìn)行了研究。以上方法在車輛動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配方面取得了一定進(jìn)展，但較少考慮工程余量。因此，本文主要基于純電動(dòng)物流車的動(dòng)力性，對電機(jī)、變速器、電池的主要參數(shù)進(jìn)行匹配。結(jié)合工程實(shí)際，引入了安全系數(shù)，為純電動(dòng)物流車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了一種有效的方法。

2 純電動(dòng)物流車結(jié)構(gòu)分析

純電動(dòng)物流車的動(dòng)力傳動(dòng)部分主要基于傳統(tǒng)車的底盤平臺開發(fā)所建，其核心是將蓄電池和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合作為動(dòng)力源來代替了發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣純電動(dòng)物流車以蓄電池和充電系統(tǒng)作為能源系統(tǒng)，變速器和電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)成了純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)的核心部分，簡化了汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力傳動(dòng)路線。本文以某款純電動(dòng)物流車開發(fā)為例，其整車基本參數(shù)如表1[6]，所設(shè)計(jì)的整車性能參數(shù)如表2。根據(jù)動(dòng)力性能指標(biāo)結(jié)合工程實(shí)際，來確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比、動(dòng)力電池的參數(shù)，從而提供一種可用于工程實(shí)際的有效設(shè)計(jì)方法。

表1 整車基本參數(shù)表

表2 整車設(shè)計(jì)性能指標(biāo)數(shù)表

3 純電動(dòng)汽車電機(jī)參數(shù)的選擇

3.1 電機(jī)最大功率的匹配

汽車的動(dòng)力性在一定程度上取決于所輸出的功率，不同的工況所依賴的功率取值不同。而汽車的最高車速、最大爬坡度、加速時(shí)間可以表征汽車的動(dòng)力性[7]。因此，用以這三個(gè)參數(shù)可以確定電動(dòng)機(jī)的最大功率。

當(dāng)汽車在水平路面上以最高車速行駛，在考慮空氣阻力的條件下，其最大輸出功率應(yīng)該滿足下式：

式中umax為最高車速；ηT=96%動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率；m為汽車總質(zhì)量；g=10為重力加速度；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)、CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積。

當(dāng)汽車以恒定速度爬坡時(shí)，其輸出功率應(yīng)該滿足最大爬坡度，即下式成立：

式中ui為汽車爬坡時(shí)的車速，amax為最大爬坡角。

當(dāng)汽車以較高車速進(jìn)行超車時(shí)，所需要的加速時(shí)間越短，表明汽車的動(dòng)力性越好。因此，汽車所輸出的最大功率應(yīng)滿足超車工況的加速時(shí)間。

式中ua為加速末時(shí)的車速，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，一般取值為1.05，t為加速時(shí)間。

綜合以上工況，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率應(yīng)該滿足以上三種工況，因此應(yīng)取其最大值，即：

在實(shí)際工程中，為防止電機(jī)過載運(yùn)轉(zhuǎn)，引入安全系數(shù)λ1，這樣可得理想的最大峰值功率為：

式中1的取值為1~1.1。由以上分析可得以下匹配參數(shù)，如表3所示。

表3 純電動(dòng)物流功率參數(shù)匹配表

3.2 傳動(dòng)比的匹配

以往的純電動(dòng)物流車較多采用一個(gè)固定檔位，這不利用車輛在多種工況下行駛。因此，開發(fā)具有兩檔變速器的物流車成為研究熱點(diǎn)。多個(gè)檔位應(yīng)該在合理的參數(shù)匹配范圍內(nèi)。本文基于表4的數(shù)據(jù)，給出傳動(dòng)比參數(shù)匹配方法如下：

表4 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

參考文獻(xiàn)[3]的研究成果，其傳動(dòng)比的取值可分別由式（6）確定。

式中i為變速器傳動(dòng)比，nmax為最大轉(zhuǎn)速，為r車輪半徑，F(xiàn)u為車輛受到的最大行駛阻力，Tmax為電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩。由以上分析可得以下匹配參數(shù)，如表5所示。

表5 純電動(dòng)物流傳動(dòng)比參數(shù)匹配表

3.3 動(dòng)力電池的匹配

動(dòng)力電池是純電動(dòng)物流車的能源裝置，其電量的多少?zèng)Q定了續(xù)航里程，由根據(jù)峰值功率決定的電池最大放電功率模型。[5]

（7）

Pbmax為動(dòng)力電池的最大放電功率；Pemax為電機(jī)峰值功率；Pimax為電動(dòng)附件峰值功率；b為動(dòng)力電池放電效率。將電機(jī)峰值功率170.07kw，結(jié)合文獻(xiàn)[4]，可得ηb=94%，Pimin取值為6.2kw，這樣可得動(dòng)力電池的最大放電功率為187.73kw。

在實(shí)車應(yīng)用，為滿足有效的續(xù)航里程，引入安全系數(shù)λ2，這樣可得理想的動(dòng)力電池功率的取值范圍為：

式中λ2的取值一般為1~1.1。這樣可得動(dòng)力電池的放電功率其取值范圍為表6。

表6 動(dòng)力電池參數(shù)匹配表

4 結(jié)束語

本文基于純電動(dòng)物流車的組成部分，對電機(jī)、變速器、電池的參數(shù)進(jìn)行了匹配。從動(dòng)力性的角度分析了所確定參數(shù)應(yīng)該滿足的取值范圍，將工程余量引入到參數(shù)匹配中，確定了相應(yīng)的安全系數(shù)，使所設(shè)計(jì)的參數(shù)不僅滿足車輛動(dòng)力性的理論需要，更能符合工程實(shí)際，為純電動(dòng)物流車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了一種有效的方法。

[1] 孫永正,李獻(xiàn)著,鄧俊.插電式串聯(lián)混合動(dòng)力轎車的選型匹配與仿真[J].汽車工程, 2010,32 (12): 1016-1020,1025.

[2] 王瑞敏,張帆.純電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)選型和基于AVL Cruise的性能仿真[J].移動(dòng)電源與車輛, 2010(4):8-12.

[3] 劉沛,尹成龍,楊愛喜,等.基于純電動(dòng)廂式物流車動(dòng)力系統(tǒng)匹配與優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,41(06):752-756.

[4] 趙強(qiáng),曲萬達(dá),張國棟,等.純電動(dòng)牽引力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真[J].汽車技術(shù),2017(9):53-57.

[5] 楊峰.純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與優(yōu)化:[學(xué)位論文].長沙:湖南大學(xué),2013.

[6] 徐克,陳子順,劉芳,等.純電動(dòng)物流車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究[J].機(jī)械工程師,2018(10):9-13.

[7] 余志生主編.汽車?yán)碚?北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

Parameter Matching Design Based On Dynamic Coefficient oFPure Electric Logistics Vehicle*

Yang Hao, Shui Yongbo

( Chongqing Technology and Business Institute, Chongqing 401520 )

Pure electric vehicles have the advantages of energy saving, high transmission efficiency and low noise pollution, so they are widely used in logistics vehicles.This paper is based on the composition of pure electric logistics vehicles to match the parameters of their power system.The method is designed with the highest speed, maximum ramp and acceleration time as parameters. Combining the obtained parameters with the engineering margin, the safety factor is introduced, which provides an effective method for matching the power system parameters of pure electric logistics vehicles.

Pure electric logistics vehicle;Parameter matching;Safety factor

U469.7

A

1671-7988(2019)18-06-03

U469.7

A

1671-7988(2019)18-06-03

楊浩，就職于重慶工商職業(yè)學(xué)院。

重慶工商職業(yè)學(xué)院2018年度科研項(xiàng)目（NDYB2018-19）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.002