纯电动客车EQ6120CLBEV动力系统模型建立

纯电动客车EQ6120CLBEV动力系统模型建立

东风牌EQ6120CLBEV型纯电动客车属M3类，采用全承载低入口结构。采用中航锂电（洛阳）有限公司生产的磷酸铁锂电池；湖南南车时代电动汽车股份有限公司生产的水冷交流异步电机JD190A。电动机采用后部纵置，4×2后轮驱动；额定载客人数：82/10-43，78/10-43（空调）。造型为方基调、全景前挡玻璃、小圆角工艺、翻转式前脸结构，前后悬架均采用钢板弹簧结构，车身底架材料选用高强度材料型钢，全车采用CAN总线技术等。

标签：纯电动客车；动力系统；零部件分析

一、纯电动汽车动力系统结构形式

电动汽车（EV）以电动机作为动力牵引装置，并且以化学蓄电池、燃料电池组、超级电容器和飞轮组为相应的动力能源。作为电动车心脏——动力系统，并不是传统意义上的保留其他所有部件，直接将内燃机变换成电动汽车，蓄电池替代燃料箱。但是由于其电机布置的多样性、能量传递的空间跨越性，电动车布置已经名副其实地体现了其灵活性。

由于在电驱动系统灵活性和能源的多样性，使得电动车存在多种可能的结构。以下简单列举三种当前工业生产常用的纯电动车的动力系统结构图。

（1）如下图1所示，其动力系统由驱动电机、变速箱、离合器、差速器和传动轴等部件组成。以电驱动装置代替原始的内燃机，整车动力由驱动电机提供，其原始汽车的基本结构没有发生变化，但是由于动力电源重量问题会造成整车笨重且不能充分发挥驱动电机和能量传递的灵活性。

（2）如下图2所示，由于电机良好的外特性，其扭矩在基速之前保持稳定的大扭矩输出，由于汽车起步时需要克服地面静摩擦力做工，故其起步时需要的大扭矩电动机完全可以满足，并且电动机可以在很大范围转速变化中保持恒功率特性，故此种布置方案省去多速变速器，改为固定档齿轮传动代替，并且缩减了

对离合器的需求，很大程度上是根据电动机的优秀输出特性简化了传动系统。

（3）如下图3所示，该方案省去了固定档齿轮减速器，直接采用低速轮毂电机，并且省去了机械式差速器，采用电子差速方式，极大地精简了电动汽车的动力系统，提高传动效率。如果在城市公交汽车上应用轮毂电机，能极大地降低一级阶梯的高度，方便乘客上下车。但是可能产生的问题是导致汽车的簧下质量增大，并且采用电子式差速对软件的可靠性要求极高，并且增加了汽车电子的成本。

以上三种方案为当前纯电动汽车行业传动系统的常用方案，并且纯电动汽车终将朝着方案（3）发展。本文研究的纯电动客车EQ6120CLBEV采用的是方案（2），其动力传递方向为驱动电机—主减速器—差速器—传动轴—车轮。本方案的优点在于可以在简单的改变原有汽车底盘的情况下，投入大部分的资金和技术到电动机及控制和电池模块的研发。

二、纯电动客车EQ6120CLBEV基本结构

純电动客车的车架和车身设计与传统内燃机汽车并没有很大的区别，但是由于电动优良的动力特性和电动车灵活的能量传输特性使纯电动汽车在动力系统

上拥有很大的布置优势。

电动客车EQ6120CLBEV电驱动系统（如下图4所示）主要包含三部分组成：电机驱动系统、储能系统和电动辅助系统。

整车的加速和制动踏板的控制信号输入整车控制器，通过CAN网络向能量系统和电机驱动系统输出，能量系统和电机传输系统做出反应，由高压电源分配系统向电动辅助系统输出电源，驱动驱动电机运转。同时整车控制器整体控制，通过整车CAN网络进行通信协调，使整车电动辅助系统处于工作状态，将整车行驶信息通过仪表显示提供给驾驶员作为驾驶参考。整车控制器基于驾驶员的加速踏板和制动踏板信号，使能量系统协同工作，控制制动能量回收和能量，同时监控整车能量状态和各系统的工作状态，能在任何一个原件发生故障影响整车工作时，及时切断能量系统的输入和控制电机的运转，极大地保障了电动系统的工作安全性。

三、纯电动客车EQ6120CLBEV动力系统零部件分析

为校核电动汽车动力性及经济性参数，需要构建起整车模型，并且建立完备的动力系统参数及受力方案。

（一）整车模型

由前进方向上的全部作用力决定了汽车的运动特性，（如图3.1所示）其表示了汽车在坡道行驶时汽车所受到的各个方向上的力，驱动轮（后轮）与地面之间相互作用，驱动轮受地面向前的作用力，同时地面给后轮一个向前的作用力（牛顿第三定律）即驱动力Ft，同时前轮作为从动轮，其向前作用时，地面给其一个后的摩擦阻力frf，并且汽车在行驶过程中会受到来自空气阻力Fw，爬坡时会受到爬坡阻力，即客车受到自身重力沿坡道乡下的一个重力作用力的分力作用，并且包括轮胎所收到的滚动摩擦力。

（二）动力电源

EQ6120CLBEV采用中航锂电（洛阳）有限公司生产的能量型磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池现在在电动车上得到广泛应用，同比与其他类型电池，锂电池具有明显的优势，表1将铅酸电池、镍氢电池和锂电池常规参数进行对比分析。

EQ6120CLBEV采用能量型磷酸铁锂电池作为动力源，主要是相对于其他类型锂电池具有安全性高，可反复充电次数高，热稳定性好且成本较低等优点。全车电池单体采用2串186并的型式组装成电池包，放置在城市公交车闲置的行李舱，因此电动车的电池布置比其他类型的电动车更加具有空间优势。

通过对样车和经济性计算，并结合整车现有数据，对动力电源提出如下表2要求。

（三）传动系统

传动系是汽车上核心部件，其功能是将电机产生的动力进行合理转变，并且需满足不同工况对动力的不同需求，最后以高效率传递到车轮。传动系统要实现减速、增扭，并且需要缓冲制动时的反作用力。由于EQ6120CLBEV纯电动客车以电动机自身反转实现倒档功能，并且其传动系需要承受电动机传递的反向扭矩。并且其性能的优劣直接关系到汽车动力传递的平顺性。EQ6120CLBEV传动系采用直驱方式，由于电机的外特性，省去了离合器和变速箱。采用德纳车桥（模型如下图6所示）。

车桥采用锻造工艺制成，主减速器减速比6.43，主减速器最大输入扭矩可达mN?42000，后桥最大载荷为13000Kg。

本文主要先对EQ6120CLBEV进行整车的力学分析，然后对其动力系主要部件驱动电源、传动系和动力电源进行详细介绍。分述了驱动电机工作特性和外特性曲线，并且介绍其工作原理、动力电源的原理、简要的介绍了传动系的功用。

参考文献

[1]吴涛.混合动力清扫车动力系统参数匹配与控制策略研究[D].镇江：江苏大学，2009.

[2]苏涛.基于内置式交流永磁同步电机的混合动力汽车电力驱动的研究[D].镇江：江苏大学，2009.