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作者释:未知

  摘 要戎:电机是纯电动汽车的机械动力输出源课诺玖,电机参数决定了电动汽车的最高车速棚、加速性能哄、最大爬坡度等整车动力性能焙力。本文通过对这三类动力性指标的分析须,设计电机的最高转速了孝朴、峰值功率等参数廖澜慕。其中绿纷,加速性能指标解析使用微分方程的数值解法涎牛坡、单纯形最优化法茸暮、数据线性插值法等多种数学工具的递。最终各指标通过冗余设计获取电机参数确。
  关键词禄孙媒:纯电动汽车;动力性指标;电机参数设计
  中图分类号软:U469.72 文献标识码赎盯霓:J 文章编号疚猫:1005-2550(2018)05-0058-06
  Abstract莽疗: The motor is the mechanical power output source of pure electric vehicle呸墩纹, and motor parameters determine the highest speed陌龟, acceleration performance and maximum climbing degree of the electric vehicle. In this paper擦寝, the maximum speed and peak power of the motor are designed by the analysis of these three kinds of dynamic indexes. Among them食螺, a variety of mathematical tools识胃呛, such as the numerical solution of differential equations澎, the simplex optimization method情逃, the linear interpolation method of data and so on勘村, are used to analyze the acceleration performance. Finally篇, the parameters of the motor are obtained by the redundant design.
  Key Words厕膜: Electric vehicle; power index; motor parameter design
  世界上第一?_电动车诞生于1834年莆,它是由苏格兰人德文博特(Thomas Davenport)发明的案酵,比1886年诞生的第一台内燃机汽车还要早半个世纪祁费揽。到20世纪30年代觅唇典,由于电动汽车自身的不足和内燃机技术的提高滴矫糠,电动汽车逐渐被内燃汽车所取代[1]辟搞墨。然而随着石油能源危机的临近熬,以特斯拉涤份、Leaf为代表的一批纯电动汽车迅速崛起哼售枯,开启了一代电机动力驱动新研究浪潮[2]快幂违。
  电动汽车动力性能是电动汽车重点课题之一上骋闯。该课题研究基于汽车动力性指标对电机进行设计与选型蒋筋。电动汽车动力性能指标有加速性能绥酞、爬坡性能架花魏、最高车速3类指标咳怪,《GBT 18385-2005 电动汽车动力性能试验方法》规定了这三类指标的测试方法[3]涣彭。文献[4]只研究了起步加速性能;文献[5]采用了冗余设计法对汽车的加速性能邦、爬坡性能彻、最高车速进行了研究侥陈隋,但其加速过程只近似为匀加速锹斑,与实际相比误差较大毒频赤。还有众多文献通过仿真软件或者仿真方法觅,对电动汽车电机进行设计选型[6]谁。
  本文基于前人的研究藤烩,更全面地考核电动汽车动力性指标啪五,将爬坡性能鬼,加速时间僵迪溅,最高车速均纳入电动汽车动力性能指标的设计范围入癸堡。使用微分方程直接对电动汽车动力系统建模剿焦哼,使用单纯形最优化法与数据差值法对仿真结果进行处理藏。同时提出了空载吵贺、标准载荷秦淬、满载三种状态进行比较期,观察动力性指标的稳定性;并将设计结果逆推验证各指标值及其达成率讹。
  1 电动汽车的动力性指标
  《GBT 18385-2005 电动汽车动力性能试验方法》定义了纯电动汽车加速性能尼啃炉、最高车速与爬坡性能的试验方法滴躬湍。同时也较全面定义了电动汽车的动力性指标及其细化分类卞茧县。动力性能分为加速性能贫挡戌、最高车速栋递、爬坡性能3类痢监考。
  1.1 加速性能
  加速性能是指电动汽车从速度V1徘歪,加速到速度V2拘,所需的最短时间蜗相瓷。根据V1与V2不同瘦难茨,我们通常关心以下3个加速性能指标嫁:
  1畏拜、0~50km/h加速时间结惧:主要体现汽车起步加速性能龟效。
  2才、0~100km/h加速时间落韦藏:主要体现汽车常用车速区域加速性能另施任。
  3存摹、50~80km/h加速时间赋鬼睹:主要体现汽车超车过程加速性能档。
  本文在设计算法中预留一个自定义加速时间受龋。
  1.2 最高车速
  最高车速分为瞬时最高车速与30min最高车速宽案宠。标准中只规定了30min最高车速的测试方法葡垢。但未规定汽车瞬时最高车速的试验方法诺骇软。汽车的30min最高车速不仅与电机的特性有关怠,还与电池的容量有关睛挝,电池必须能够提供汽车持续行驶30min的最高车速而不出现电池限功率或掉电状态卫少。通常情况下己拟,都不会以电池的容量极限作为设计极限粒势。而是以电机能够持续30min稳定输出功率并保持不过热为设计条件晶。汽车的最高车速酵显阔,则以5min最高车速的电机输出功率为设计依据峡排乱。
  综上靶韧噶,本文对最高车速指标的定义有两个搏川:
  1挟茅商、5min最高车速耪恢:体现汽车瞬时最高车速能力耍残。
  2辨伴股、30min最高车速健:体现汽车持续行驶最高车速能力透螺茎。
  1.3 爬坡性能
  标准中定义了坡道起步能力与坡度车速怯。其试验方法如下定义拴罚:
  1患稍催、汽车坡道起步能力吭:电动汽车在坡道上能够起动且 1min内向上行驶至少10 m的最大坡度理。表现了汽车的坡道起步能力授。本文定义坡道起步能力使用5km/h车速下的最大爬坡能力等效么。
  2锭琅譬、坡度车速何:电动汽车在给定坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速凳闭。表现了汽车在行驶过程中最大的爬坡性能贸星死。设计时缔,通常以20km/h或50km/h的车速作为最大爬坡能力的参考朗慈。   2 电机特性及其与各指标的关系
  汽车的动力性主要与电机的外特性有关锯姥。不同的指标适应于不同的外特性哄围毒。?机外特性与各指标的关系如图1所示币:
  电动汽车V1~V2km/h加速时间与车速对应下的转速伯骇逢,修正加速性能理论线所围成的区域面积相关通派峰。汽车瞬时最高车速与修正加速性能理论线与电机最高转速交点相关酣倾。汽车30min最高车速匆,与电机允用30min过载线和电机最高转速交点相关阔。汽车坡道停车起步性能与电机最大扭力相关插妇籍,汽车坡道车速性能与电机允用5min过载线相关露圣奖。
  依据以上特性模赊,建立量化关系胃杠,即可通过汽车最高车速捎、爬坡性能斑陡、加速时间这三类动力性指标设计出电机参数肖良独。
  3 最高车速与爬坡性能设计
  根据电机的外特性素,应首先根据汽车的最高车速确定电机的最高转速祈聪耗,再依据能量守恒定律建立平衡方程温煽父,直接求算出指标所对应的电机功率斑溪藩。最高车速指标通常只泻?核5min最高车速与30min最高车速飘孤。
  对于爬坡性能钡,使用电机端力矩等效法列方程求解搪边。最高车速与爬坡性能均存在理论解稼,不需要使用微分方程与插值牢谢灸、优化等数学工具车。最大爬坡度则通常取5km/h与50km/h两个车速点豆咀,前者设计汽车坡道起步能力刷粮翟,后者设计汽车行驶过程稳定爬坡能力凄囱。
  本文中传动系统传动比iGB举例为常数共范。目前来看激,纯电动汽车的减速器均以单速比为主朵。多速比情况该值视为与车速相关的函数磋铆。
  4.3 使用单纯形法优化求解
  对于不同车速加速度段指标纺溅,在式(13)中设置v1奖情榔,v2即可佩。本文基于(13)式设计电机的不同指标功率有如下4项懂坦邪:P0~50鸽疤,P50~80芭,P0~100鲍,Pv1~v2凉妨。
  该最优化问题只有 待优化参数拧臼炒,因此使用二分法掇疯、最速下降法斧挥漂、单纯形优化法等优化工具都是可行的藉鸵办。本文发现使用单纯形法解该问题速度更快谎,且MATLAB中自带该函数科齐。因此本文选择使用单纯形法求解该优化问题呐刷。
  5 设计实例
  重新依据公式(1)~(12)逆向计算出真实指标与目标指标的偏差剩唉,作为指标达成度时练。达成度越大的指标说明初始指标定义过高;达成度越小的指标为100%讽,说明该指标是当前定义的所有指标中动力系统最难以达成的指标抒锰。
  5.1 已知参数
  纯电动汽车设计阶段睦灵泉,首先根据市场调研结果对车身参数与动力性指标进行初步定义邢。表1所示举例为某车型的市场调研阶段定义的动力性能指标揽,表2所示举例为该车型整车及动力总成已知参数炽纷姥。基于以上公式在MATLAB中编制设计程序浓孔,设计结果如下喇郸。
  5.2 设计结果
  经过设计盼藏,被测电机的最高转速为8900rpm岁环填,峰值功率为57kW骚,峰值扭力为155Nm滑。设计MAP如图2所示敲汐。空载础脓酶,标准载荷裳钞,满载的动力性参数对比如表3所示米:
  6 结论
  电动汽车动力性指标与驱动电机参数的关系研究具有冗余设计的特点品窖逢。将设计指标定义全面捎,各指标设计求算更合理昆羞谰,才能获得更高精度的设计结果其。本文总结了电动汽车的加速性能指标访舞盖、爬坡性能指标祁扛凹、最高车速指标伎肉柯,并研究了各类指标的设计方法佳悼。实践证明筷,该方法有效可靠赫请棘,应用于电机选型设计阶段呕熄摔。当电机选型确定并在市场上找到对应的电机供应商以后九付戳,为下一步汽车动力性经济性仿真开发工作提供更精确的电机参数馅缎。
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