电动汽车电机选择与及设计

电动汽车

电动汽车电机选择与设计

学院：机械与车辆学院指导教师:

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摘要：

介绍了轮毂电机相对于燃油汽车和单电机集中驱动系统的优势，比较了各种电动汽车用电机的基本性能，选择不同性能的电机满足现状电动汽车的性能、结构需要，并对电动汽车的动力驱动——轮毂电机、以及涉及动力模块上结构、功能上的设计。

关键词：电动汽车；驱动系统；轮毂电机

概述

全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大，世界能源问题越来越突出，电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置，由于传统汽车的技术成熟，人们对汽车的性能要求已经达到一个比较高的程度。在对于电动汽车普及方面上，这是一个很大的障碍。但是，新能源汽车的开发发展是必然的，应当冲破旧思想的束缚，大胆创新，将电动汽车的优势充分体现是如今比较重要的一步。

早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车，轮毂电机式电动汽车具有以下优点：

（1）动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制，以及各电动轮之间的差速要求，省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等；在电机所安装的位置同时可见，整车的结构变得简洁、紧凑，车身高降低，可利用空间大，传动效率高。

（2）容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。

（3）底架结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。若能将底架承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。

（4）若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导人线控四轮

转向技术(4WS)，实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。

1.电动汽车基本参数参数确定

1.1 该电动汽车基本参数要求，如下表：

参数

数值 参数 数值

最大总质量（kg ）

1400 轮胎半径（m ） 0.33 迎风面积（㎡）

2.50 传动效率 0.90 风阻系数

0.33 最高车速（km/h ） 100

1.2 动力性指标如下：

（1）最大车速max 100a u km ≥；

（2）在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%（3度）；

（3）在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12% （6.8度）；

（4）原地起步至100km/h 的加速时间35t s ≤；

（5）最大爬坡度i ≥12%（16度）；

（5）0到75km/h 加速时间25t s ≤；

（6）具备2~3倍过载能力[7]。

2.电机参数设计

一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区，即电动机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区(1～5min),即电动机的峰值功率。

2.1 以最高车速确定电机额定功率

根据虽高车速计算电机功率时，不考虑加速阻力和坡道阻力，电

机功率N P 应满足：

2max max 360021.15a D a N T u C A u P m g f η⎛⎫⋅⋅=⋅⋅⋅+ ⎪⎝⎭ （1）

20(1/19400)a f f u =+ （2）

式中：N P ——电机输出功率，kw ；

T η——传动系效率，取0.9；

m ——最大车重，取1400kg;

0f ——滚动摩擦系数，取0.014；

D C ——风阻系数，取0.33；

A ——迎风面积，取2.50㎡；

max a u ——最高车速，取100km/h 。

根据（1）（2）式，可以计算出满足最高车速时，电机输出额定功率为21.023kw[3]。

2.2 根据要求车速的爬坡度计算

()

sin 3600a f w N T u F F G P αη⋅++=（3）

根据公式（4），其中在车速a u =60km/h 时爬坡度i ≥5%可得： ()20.014160/1940014009.8cos 3227.4

f F =⨯+⨯⨯⨯=（N ） 2

0.33 2.560140.421.15w F ⨯⨯==（N ）

()140.4277.414009.80.0526020.9536000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据公式（4），其中在车速a u =40km/h 时爬坡度i ≥12%可得： ()20.014140/1940014009.8cos 12203.38f F =⨯+⨯⨯⨯=（N ）

2

0.33 2.54062.4121.15w F ⨯⨯==（N ）

()62.41203.3814009.80.1184023.30736000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据（4）式，可以计算出满足车速为60km/h 时，爬坡度为5%，电机输出额定功率为20.95kw ，满足车速为40km/h 时，爬坡度为12%，电机输出额定功率为23.307kw[3][5]。

2.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率

根据公式（4），其中在车速a u =20km/h 时爬坡度i ≥28%（16度）可得：

()20.014120/1940014009.8cos 16188.395

f F =⨯+⨯⨯⨯=（N ） 2

0.33 2.52015.60221.15w F ⨯⨯==（N ）

()188.39515.60214009.80.2762024.63436000.9N P ++⨯⨯⨯==⨯（kw ）

根据（4）式，可以计算出满足车速为20km/h 时，爬坡度为28%，电机输出额定功率为24.634kw ，在这里假定额定功率为25kw 。

2.4 根据额定功率来确定电机的最大功率

电机的最大功率可以由下式计算得出：

max N P P λ

=⨯ （4）

式中：max P ——电机最大功率，kw ； λ——电机过载系数，一般取2~3。

根据式（3），可计算得max P =50~75kw ，所以初步假设电机的峰值功率为75kw 。由于选用的是轮毂电机，所以每个电机设定为：峰值