纯电动汽车动力性计算(G)

参数
传动系统总效率 电动机及其控制效率 蓄电池平均放电效率
蓄电池总能量EB
主减速器传动比i0
数值
ηT = 0.92
η mc
=
0.90
ηq = 0.95
150AH
5.0
根据动力系统控制策略,驱动电机的最大功率Pmax 必须满足最高车速时的功率要
求Pe ;必须满足加速、爬坡时的功率Pa、Pc 要求;即Pmax ≥ max Pe、Pa 、Pc .
某纯电动汽车动力性分析计算及优化
某电动汽车动力输出装置如图：
参数
数值
整车满载总质量/kg 迎风面积 A/m2
1500 1.955
空气阻力系数CD 滚动阻力系数 f
0.29 0.015
车轮滚动半径Rr /m 旋转质量换算系数δ
0.283 1.29
车辆基本参数如上表所示. 一、驱动电机参数选择 (1)驱动电机功率
二、传动系参数选择 传动系速比的设计必须遵守以下原则：必须保证车速不低于设计的最高车速；必 须保证汽车的最大爬坡度要求；当汽车以最常用的速度行驶时，应尽可能地使电机工 作于高效率区.
(1)传动系最小传动比的设计
设传动系的传动比i∑，主传动比为i0，变速器的传动比为ig，则有i∑ = i0ig。最小
传动比imin 应从满足汽车行驶最高车速的要求出发，车速与电机转速的关系如公式
大爬坡度;D1max —一档最大动力因数;D0max —直接档最大动力因数的计算值.
5.5 优化数学模型的建立
根据上述,可得到优化问题的模型如下：
minf x … X ∈ {gi X = [X1, X2]T
x =
,i = [ig 1 ,
1,2,3,4}
i0 ]T
.
采用 matlab 编程,选用求解约束问题极小值的复合形法进行求解.
=
0.377
nm Rr i∑
=
0.377
nm
∗ 0.283 5
=
0.0213nm
式中，������a为车速（km/h）;nm 为电机转速（r/min）.
-3-
滚动阻力：
空气阻力：
Ff = Gf = 1500 ∗ 9.8 ∗ 0.015 = 220.5
动力因素:
Fw
=
CDA������a2
21.15
-5-
取汽车原地起步连续换档的加速时间作为目标函数,优化中要求加速时间尽量小.
即:
T=
������1 0
δ0Ga
3.6[Ft0−(Ff +Fw
)]
dv
+
������2 ������1
δ1Ga
3.6[F t 1 −(F f
+Fw
)]
dv.
式中:Fti
—汽车牵引力;������i
—汽车换挡的换挡车速；δ i
1 + f2
}
d������a dt
=
g （D
δ
−
f）
利用 matlab 作如下驱动力—行驶阻力平衡图，以及功率平衡图.Ⅰ档稳定车速为
21.3km/h.Ⅱ档稳定车速为 63.9km/h.最大车速为 120km/h.
-4-
利用 matlab 作如下爬坡度曲线图，得最大爬坡度为Ⅰ档在速度为 15km/h 时，i 大小为 24.3%.
Tmax
≥ 1 G（f cos αmax +sin αmax ）Rr = 120NM.
ηT
imax
选定主电机额定功率/最大功率:24kw/40kw;额定转速/最高转速:3000/6000(转/
分);额定转矩/最大转矩:76NM/120NM;额定电压:180V.
电动机转矩特性曲线如图：
Tm =
76NM（nm ≤ 3000） 114 − 0.0127nm （nm ≤ 6000）
结合此电动汽车动力输出装置，设计各齿轮齿数z1 = 50, z2 = 25, z3 = 100, i1H =
-2-
1 + z3 = 3.
z1
①、减速传动：电动机动力由太阳轮 1 输入，当滑接齿套 5 处于Ⅰ状态时，行星
架 2 和齿圈 3 分离，齿圈 3 与变速器壳体 6 闭锁，转速为零，整个装置由行星架 2 输
−
0.00000182������a2
爬坡度：
D − f 1 + f2 − D2
i = tan⁡{arcsin
1 + f2
}
加速度：
d������a dt
=
g （D
δ
−
f）
②、直接档传动(Ⅱ档).
驱动力：
行驶速度：
F
=
Tm i∑ηT Rr
=
Tm
∗ 5 ∗ 0.92 0.283
=
16.25Tm
������a
Pe
=
1 ηT
Pc
=
1 ηT
mℊf 3600
������max
+
CDA
76140
������m3 ax
= 22kw.(������max 为最高车速 120km/h).
mℊf cos αmax 3600
������a
+
mℊ
sin α max 3600
������a
+
CDA
76140
������a3
= 37kw.
Ff = Gf = 1500 ∗ 9.8 ∗ 0.015 = 220.5
动力因素:
Fw
=
CDA������a2
21.15
=
0.29 ∗ 1.955������a2
21.15
=
0.0268������a2
D
=
F − Fw
G
=
48.76Tmax − 0.0268������a2 1500 ∗ 9.8
=
0.0033Tmax
—非稳定工况时发动机特性
变化及惯性影响回转质量系数.
5.3 经济性目标函数的建立
本文选用等速(汽车平均车速)行驶工况下充满电的续航里程作为经济性评价指
标,建立经济性目标函数.
S = . EB∗103∗3600∗ηT∗ηmc∗0.8ηq
F
5.4 优化目标函数模型的建立
优化数学模型,权衡考虑汽车动力性、经济性能这两个相对矛盾指标,进行双目标
5.6 优化结果
在 matlab 中编制计算程序,对整车传动系参数进行优化。变速器传动比优化前后
对比,如表 1 所示。根据优化后的参数改进传动系,并进行整车性能优化。优化后的整
车性能对比,如表 2 所示。
档位
优化前 优化后
表 1 传动系参数优化结果
Ⅰ档（ig1） 3.0
2.7
主减速比（i0） 5.0
-7-
=
0.29 ∗ 1.955������a2
21.15
=
0.0268������a2
D
=
F − Fw
G
=
16.25Tmax − 0.0268������a2 1500 ∗ 9.8
=
0.0011Tmax
−
0.00000182������a2
爬坡度：加速度：来自D − f 1 + f2 − D2
i = tan⁡{arcsin
Fw
=
CDA������a2
21.15
=
0.29∗1.955������a2
21.15
=
0.0268������a2
=
67N.
F驱 = Ff + Fw = 220.5 + 67 = 287.5N.
续航里程数为：S = EB∗103∗3600∗ηT∗ηmc∗0.8ηq = 27∗1000∗3600∗0.92∗0.9∗0.8∗0.95 = 212km.
①、减速传动(Ⅰ档).
驱动力：
行驶速度：
F
=
Tm
i∑
η
T
Rr
=
Tm
∗ 15 ∗ 0.92 0.283
=
48.76Tm
������a
=
0.377
nm Rr i∑
=
0.377
nm
∗ 0.283 15
=
0.0071nm
式中，������a为车速（km/h）;nm 为电机转速（r/min）. 滚动阻力：
空气阻力：
优化.
f(x) = ω1f(x1) + ω2f(x2).
式中:ω1、ω2—分别为动力性、经济性加权因子;f(x1)—动力性目标函
数,T = f(x1);f(x2)—经济性目标函数,S = f(x2).
5.5 整车基本性能要求约束条件
g1 = ������a∗max − ������amax ≤ 0
g2 g3
(上式中取������a = 15km/h,最大爬坡度αmax = 20o ).
-1-
根据Pmax 选择驱动电机的峰值功率,本文选择驱动电机额定功率为 24kW,峰值功
率 40kW。
(2)驱动电机转矩、转速
最大转矩Tmax 的选择需要满足汽车起动转矩和最大爬坡度的要求,同时结合传动
系最大传动比imax 和最大爬坡度αmax 来确定。
= =
αa∗max D1∗max
− −
αamax D1max
≤ ≤
0.
0
g4 = D0∗max − D0max ≤ 0
式中:������a∗max —所求的最高车速;αa∗max —所求的最大爬坡度;D1∗max —所要求的一档
最大动力因数;D0∗max —所要求的直接档最大动力因数值;������amax —最高车速;αamax —最