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1、純電動(dòng) 汽車(chē)仿真,ADVISOR,純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)動(dòng)力系參數(shù)匹配,電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)主要包括電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力電池、傳動(dòng)系和控制系統(tǒng)四部分。電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力匹配的任務(wù)是在滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力性能要求的基礎(chǔ)上合理選擇動(dòng)力總成中各部件參數(shù)，降低改裝成本和提高續(xù)駛里程 。,1、電動(dòng)機(jī)的參數(shù)匹配,電動(dòng)機(jī)是純電動(dòng)汽車(chē)的唯一動(dòng)力源，其性能與電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)性能密切相關(guān)，因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)的選擇及參數(shù)匹配是研究設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。為了高性能地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在性能上須達(dá)到一定的要求，通常要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠頻繁起動(dòng)停車(chē)、加速減速，轉(zhuǎn)矩控制的動(dòng)態(tài)性能要求高；在低速或爬坡時(shí)，轉(zhuǎn)矩要高，而在高速行駛時(shí)，轉(zhuǎn)矩要低；其次，驅(qū)動(dòng)電機(jī)
2、的的調(diào)速范圍要寬，既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運(yùn)行在恒功率區(qū)，同時(shí)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運(yùn)行效率。,1.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型的選擇 適用于電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)可分為兩大類(lèi)，即有換向器電動(dòng)機(jī)和無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)。前者表示它們通常有換向器組件，而后者則無(wú)換向器組件。 主要有以下幾種電機(jī)類(lèi)型；有換向器的直流電動(dòng)機(jī) ；無(wú)換向器直流電動(dòng)機(jī) 中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁電機(jī) 、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 。,純電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩慣量比，盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。在目前所用的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，直流電機(jī)雖然具有良好的控制特性，但由于其自身固有的缺陷，在電動(dòng)汽車(chē)中用的越來(lái)越少。采用鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可
3、靠，大量應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)中，但功率密度和效率一般。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，效率、轉(zhuǎn)矩慣量比也較高，但由于力矩波動(dòng)及噪聲過(guò)大，在電動(dòng)汽車(chē)上用得還不普遍。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有最高的效率、轉(zhuǎn)矩慣量比，在電動(dòng)汽車(chē)中得到了較廣泛的應(yīng)用。,1.2 電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率的匹配,1.電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的基本原則 電動(dòng)機(jī)的功率直接影響整車(chē)的動(dòng)力性。電動(dòng)機(jī)功率越大，電動(dòng)汽車(chē)的后備功率也越大，加速性和最大爬坡度越好，同時(shí)也會(huì)增加電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量，正常行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)不能在高效率區(qū)附近工作，降低了車(chē)輛的續(xù)駛里程。因此，設(shè)計(jì)時(shí)通常依照電動(dòng)汽車(chē)的最高車(chē)速vmax (km/h)、初速度v0、末速度v，加速時(shí)間丁(
4、秒)和最大爬坡度lmax (%)來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率。 首先，根據(jù)最高車(chē)速vmax (km/h)確定的最大功率為； 式中為 傳動(dòng)系總效率，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)， 為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積（ ）,其次，根據(jù)最大爬坡度確定最大功率：,式中最大爬坡角,最后，根據(jù)加速性能來(lái)確定最大功率： 汽車(chē)起步加速過(guò)程可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式表示為： 式中x為擬合系數(shù)，一般取0.5左右； Vm 和Tm分別為車(chē)輛的加速時(shí)間（S） 和車(chē)輛的末速度(km/h) 。,1-2,1-3,假設(shè)車(chē)輛在平直路面上加速，根據(jù)車(chē)輛加速過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程，其瞬態(tài)過(guò)程總功率為： = 1- 4 其中Pall為加速過(guò)程總功率（kw）由加速功率Pj、滾動(dòng)阻尼功
5、率Pf與空氣阻力功率Pw組成；dt為設(shè)計(jì)過(guò)程的迭代步長(zhǎng)，單位秒，為滿(mǎn)足計(jì)算精度要求，步長(zhǎng)通常取為0.1秒。 車(chē)輛在加速過(guò)程的末時(shí)刻，點(diǎn)擊輸出最大功率，因此，加速過(guò)程最大功率要求Pall-max為：,1-5,Pall-max=Pmax3=,根據(jù)上述由動(dòng)力性三項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算各自最大功率，動(dòng)力源總功率P必須滿(mǎn)足上述所有的設(shè)計(jì)要求，即：,1-6,將整車(chē)參數(shù)代入上述公式并按照整車(chē)動(dòng)力性要求，計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的峰值功率，計(jì)算過(guò)程如下： 整車(chē)通過(guò)改型為電動(dòng)客車(chē)后，質(zhì)量估算：,1-7,即，新車(chē)質(zhì)量原車(chē)整備質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量變速器質(zhì)量發(fā)動(dòng)機(jī)附件質(zhì)量+電池質(zhì)量+電機(jī)質(zhì)量+乘員質(zhì)量。估算電動(dòng)機(jī)、電池和乘客等質(zhì)量后，計(jì)算得到
6、veh_mass。,首先將不同的車(chē)速值代入式（1-1），得到最高車(chē)速與電動(dòng)機(jī)最大功率需求的關(guān)系曲線(xiàn)。再根據(jù)性能指標(biāo)最高車(chē)速，進(jìn)而得到 Pmax1。 其次將不同的坡度值代入式（1-2），并假設(shè)車(chē)速 vi ，計(jì)算得到車(chē)輛最大爬坡度與電動(dòng)機(jī)功率需求的關(guān)系曲線(xiàn)。再根據(jù)最大爬坡度要求、車(chē)速，最終得到Pmax2 。 最后將不同的加速時(shí)間與加速末速度代入式（1-5），計(jì)算得到車(chē)輛加速性能與電動(dòng)機(jī)功率需求的三維關(guān)系曲線(xiàn)。 考慮一定的電動(dòng)機(jī)后備功率（約 20%），計(jì)算得 Pmax3 。,綜合考慮上述動(dòng)力性指標(biāo)（最高車(chē)速、最大爬坡度和加速性）要求，根據(jù)式（1-6）確定電動(dòng)機(jī)峰值功率為,電動(dòng)機(jī)的額定功率可根據(jù)峰值功
7、率由下式求出：,（1-8 ）,式中 Pm ax電機(jī)峰值功率； P額 電機(jī)額定功率；電機(jī)過(guò)載系數(shù)。 （電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)一般取為 23 ）,1.3 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速及最高轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對(duì)電動(dòng)機(jī)成本、制造工藝和傳動(dòng)系尺寸有很大的影響。轉(zhuǎn)速在 6000r/min 以上的為高速電機(jī)，以下為普通電機(jī)。前者成本高、制造工藝復(fù)雜而且對(duì)配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用于電動(dòng)轎車(chē)或 100kw 以上大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，很少在純電動(dòng)客車(chē)上使用。因此應(yīng)采用最高轉(zhuǎn)速不大于 6000r/min 的低速電機(jī)。,電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值也稱(chēng)為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ，隨 值的增大，電動(dòng)機(jī)可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得較
8、大的轉(zhuǎn)矩，有利于提高車(chē)輛的加速和爬坡性能。但 值的過(guò)多增加會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)工作電流的增大，增大了逆變器的功率損耗和尺寸。因此 值一般取 24，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速應(yīng)該在 15003000r/min 之間選取。,注意事項(xiàng)： 對(duì)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，選擇額定轉(zhuǎn)速時(shí)則應(yīng)主要考慮縮短啟、制動(dòng)時(shí)間以提高生產(chǎn)率。啟、制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)、短主要取決于電動(dòng)機(jī)的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速，應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。從電動(dòng)機(jī)制造角度講，同樣功率的電動(dòng)機(jī)若額定轉(zhuǎn)速越高，其電磁轉(zhuǎn)矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機(jī)的功率因數(shù)及效率比低速電機(jī)都高。若能選擇轉(zhuǎn)速愈高的電動(dòng)機(jī)，則經(jīng)濟(jì)性愈好，但若由此而引起電動(dòng)機(jī)與
9、被拖動(dòng)機(jī)械間的轉(zhuǎn)速相差過(guò)大時(shí)，所需裝設(shè)減速裝置的傳動(dòng)級(jí)數(shù)就越多，這就會(huì)加大設(shè)備成本及傳動(dòng)的能量損耗。,1.4 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇與電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池組電壓密切相關(guān)。在相同輸出功率條件下，電池組電壓高則電流小，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)和開(kāi)關(guān)等電器元件要求較低，但較高的電壓需要數(shù)量較多的單體電池串聯(lián)，引起成本及整車(chē)質(zhì)量的增加和動(dòng)力性的下降并且難于布置。 電動(dòng)機(jī)額定電壓一般由所選取的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)決定，并與電動(dòng)機(jī)額定功率成正比，電動(dòng)機(jī)的額定電壓越高電動(dòng)機(jī)的額定功率越大?？紤]上述結(jié)果確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓范圍為 300350V。,由于電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中所遇到的阻力隨車(chē)速的變化而變化，變化范圍很寬，單靠電動(dòng)機(jī)的力矩變化無(wú)法滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的行駛性能要求。為了滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的行駛性能，同時(shí)也使驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內(nèi)工作以減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池組的負(fù)荷，電動(dòng)汽車(chē)在電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間需要安裝減速器和變速器。,2 傳動(dòng)系的參數(shù)匹配,
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