纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究2013.3.31全解

纯电动城市客车动力系统参数匹配及仿真研究

汤峰邱静

(安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，安徽合肥 230051)

摘要：在分析纯电动城市客车的基本技术参数和设计要求，进行驱动系统结构型式以及驱动体统电机基础选型，对驱动电机主要参数分析计算并确定选型，建立动力系统数学模型，通过仿真试验验证动力系统设计与电机选型方案的可行性。

关键词：纯电动城市客车；动力系统；蓄电池；参数匹配；仿真

A Study on the Parameters Matching and Simulation

of Power System For Pure Electric City Bus

Tang Feng Qiu Jing

(Faculty of Machinery and Automobile Engineering， Anhui Communications Vocational and Technical College，Anhui Hefei，230051，China)

Abstract:According to the analysis of the technical parameters and design requirements for pure electric city bus,Structure of the drive system and motor parameters are being matched,Calculating and determining the main parameters of the drive motor,Establish mathematical model of the power system,To verify the feasibility of design about the power system and Motor selection through the simulation result.

Keywords:Pure electric city bus;Power system;Battery;parameter matching; Simulation

0 引言

纯电动城市客车具有零污染有害气体排放、能量利用的效率高、废弃热量排放少、声噪小、制动能回馈利用高等诸多方面的优点，其在城市公交、大巴等公共交通领域具有极强的开发应用意义[1]。纯电动城市客车动力系统的驱动电机、动力蓄电池的基础选型在研究过程中往往是凭开发设计人员的经验来确定，开发周期较长。通过对动力系统进行分析计算，并确定其参数，用仿真建模来验证参数的合理性能够大大的缩短研发周期[2]。

1 整车基本参数要求与基础选型

根据实际纯电动城市客车设计要求，整车基本参数要求如下表1所示。

表1 整车技术参数要求

整车参数

最高车速

80km/h 轴数

2

驱动型式 4×2后轮驱动 轮胎规格 275/70R22.5 轮胎数 6 整备质量 13800 kg 最大总质量 18000 kg 外部 尺寸 参数

车辆长

12m 车辆宽 2.5m 车辆高 3.150m 轴距

6.1m 轮距（前/后） 2.096/1.840m 前悬/后悬 2.620/3.280m 通过 性参 数

最小转弯直径

≤21.7m 最小离地间隙(㎜) ≥0.16m 接近角 ≥7° 离去角 ≥7° 主减速比

5.63

采用原有的公交车后桥，通过驱动电机直接连接将动力传递至到后桥，由驱动电机的无级变速功能实现整车的自动变速，省掉变速箱环节，降低了成本的同时并大大减少了整车故障率，并因此能够缩短新车型的研发时间[3]

。驱动系统结构形式如图1所示。

图1 驱动系统结构形式

综合考虑直流电机、交流异步电机、永磁电机、开关磁阻电机的优点与可靠性，选用三相交流异步电机作为整车的动力源，选用磷酸铁锂电池作为车辆的储能元件[4]

。

2电机主要参数的匹配

2.1最高车速约束条件下的电机需求功率

综合考虑纯电动客车在城市工况下的行驶条件，50%以上时间是以50Km/h 以下的车速行驶，电机功率的选择应平衡于电机工作效率与期望最高车速的权重。

根据客车设计经验公式[5]

：

)36007614036003600(113

T dt

du mu Au C Giu Gfu P a a

D a a m δη+++=

其中，单级减速主减速器96.0=T

η

；

车辆满载工况下G=18000Kg ×9.8N/kg ； 一般城市路面滚动阻力系数取f=0.020； 最高车速h Km u a /80=； 设车辆在平坦的路况下取i=0； 空气阻力系数取7.0=D C ； 迎风面积A=62

m ； 加速度

0=dt

du

。 因此求得在满载情况下最高车速时车辆的需求功率=e P 110.9KW ，考虑到电机过载能力以及城市工况下的实际车速应低于理论设计最大车速80km/h,实际选择的电机功率取经验参数0.9 ，则电机所需实际功率可选择额定功率为100KW 。当半载荷且最高车速时车辆的实际所需功率为=e P 104KW ，0.9 ×e P =93.6KW ，此时选取的电机额定功率满足要求[6]

。

2.2起步加速时间约束条件下的电机需求功率 根据汽车理论计算公式[5]

：

3

22a v 5

132)(2t δM 2f f D a f r v b f m V A C V gf M V V P ρ+++=

其中，旋转质量系数δ取1.05；

车辆的总质量v M (kg)，按设计参数取180000；

期望起步加速时间a t 在满载加速时间从0-50km 所需的时间取25s ； 相应电机基速下车速b V （m/s ），设基速为950rpm,对应的车速8.9m/s ； 车辆加速后的终速f V （m/s ）13.89m/s,此时对应电机为1478rpm ； 一般城市里面工况下轮胎的滚动阻力系数r f 取0.020； 空气密度a ρ取1.202kg/3

m ； 滚动半径r 取0.505m 。

第一项表示用于加速车辆质量的功率；第二项和第三项分别表示克服轮胎滚动阻力和空气阻力所需的平均功率。

满足加速时间的需求功率在不同的载荷下，求得满载时=满2m P 137.6KW ，半载时

=半2m P 125KW 。

选取100KW 电机的过载能力系数为2.5，即短时间过载功率为额定功率的2.5倍，过载时间最大可为1min ，即在250KW 功率下运行1min ，因此选择该款额定功率为100KW 电机即可满足要求。

2.3爬坡度为15%时电机需求扭矩