純電動中型客車動力系統參數匹配及性能的分析

萬俊

摘要：在分析純電動中型客車整車性能指標要求的基礎上，本文對車輛動力系統的參數匹配問題展開了分析，提出了系統電動機、動力電池和傳動系統的參數匹配設計方法。從仿真結果來看，系統動力性能和經濟性能均能滿足要求。

關鍵詞：純電動中型客車；動力系統；參數匹配

引言：

在能源緊缺和環境污染不斷加劇的社會發展背景下，道路交通事業的發展面臨著嚴峻的挑戰。通過燃油客車改造則能得到純電動客車，從而使客車的能源消耗和環境污染得到減少。現階段，純電動中型客車動力系統已經得到了研制，因此還應加強對系統參數匹配和性能分析研究，以便更好的推動道路交通事業的發展。

1純電動中型客車動力系統參數匹配分析

1.1整車性能指標要求

某中型客車為純電動車，是由LS6600C1型普通中型客車改裝得到的試驗車，需要完成動力系統參數匹配設計，并對系統性能展開分析，確定系統能夠滿足車輛設計要求。在車輛改裝的過程中，為降低成本，不對車輛原本裝配的變速器和減速器進行改裝。按照國家規定的電動汽車標準，能夠得到表1所示的整車性能指標要求。

1.2系統參數匹配分析

1.2.1電動機參數匹配

結合系統性能指標要求，在電動機參數匹配設計中，需要明確客車功率全部由電動機提供，所以電動機功率選擇需要滿足汽車最大爬坡、最高車速及加速度時間三個指標的要求[1]。在汽車爬坡過程中，電動機瞬時功率即為峰值功率PN1，利用式（1）可以進行計算，式中αmax為最大爬坡角，v為車速，m為車重，f為滾動阻力系數，ηT為傳動系統效率，Cd為風阻系數，A指的是車輛迎風面積。通過計算可知，在車輛以15km/h的速度和最大爬坡度進行爬坡時，電機峰值功率應達到52.3kW。

（1）

根據最高車速vmax，可以對電動機額定功率PN進行計算，如式（2）。通過計算可知，電機額定功率應達到33.2kW。確定電機額定功率和峰值功率后，需要確定車輛在全力加速時間要求下的功率需求PN2。按照式（3）進行計算，式中δ為汽車旋轉質量轉換系數，通常取1.04，在電機功率達到60.84kW時即能滿足加速性能要求。

1.2.2動力電池參數匹配

在動力電池參數匹配方面，由于電池需要為整車提供驅動電能，所以其形狀、體積等參數均會對車輛行駛性能產生影響。在實際進行參數匹配設計時，還要加強電池類型、能量和電池組電壓參數的選擇[2]。從電池類型上來看，可以選用鉛酸蓄電池，其能力密度較高，同時安全環保，為理想動力源。在確定電池組電壓時，還要結合驅動電動機電壓等級進行電池單體串聯節數和電池組電壓的確定。從電池組能量參數匹配上來看，需要結合汽車行駛里程對汽車需要的能量W進行計算，利用式（4），式中P為純電動驅動需要的功率。通過分析可以發現，在車輛以35km/h平均速度行駛100km時，需要約245kWh的能量，由純電動驅動提供的功率約65kW，蓄電池每塊最大輸出功率為2.8kW，共計24塊。因此，可以選用6-DG-120A型蓄電池，其額定電壓為12V，額定容量為120Ah。

（4）

1.2.3傳動系統參數匹配

傳動系統需要根據汽車動力性要求實現參數匹配，即結合整車最大爬坡度和最高車速分別確定最大傳動比和最小傳動比。結合車速和電動機轉速關系可知，∑imax≤（0.977nmax×R）/vmax，∑i=i0×ig，∑i為總傳動比，nmax指的是電機最高轉速，R指的是車輪半徑，i0和ig分別為減速器和變速器的傳動比。在汽車在最大爬坡度條件下行駛時，電機需要以最大扭矩工作，可以得到最小傳動比imin，如式（5）所示，Fimax指的是最大行駛阻力，Tmax則是電機最大輸出扭矩。通過分析可知，在變速器達到4檔時，能夠滿足車輛行駛的最高車速要求，此時減速器傳動比為6.17，最大傳動比為7.928。而變速器達到4檔時，能夠滿足車輛行駛的最大爬坡度要求。此時，變速器傳動比為5.568，最小傳動比為2.496。

（5）

2純電動中型客車動力系統的性能分析

完成純電動中型客車動力系統參數匹配設計后，需要對系統性能展開分析。采用CRUISE計算機仿真軟件，可以通過搭建整車模型對客車整車動力性能和經濟性能展開分析，確定參數匹配設計結果能否滿足客車性能要求。

2.1動力性能分析

動力性能為決定汽車整體性能的至關重要的因素，作為公共交通工具，純電動中型客車工作效率高低與整車動力性能存在直接關系。從分析結果來看，在車輛達到最大行駛速度78.5km/h時，可以滿足最高車速要求。而從車輛起步到加速至30km/h，需要7.9s，從靜止加速至50km/h，需要19s的時間，可以滿足車輛加速度要求。在行駛速度達到15km/h時，車輛爬坡度可以達到22%，因此可以滿足最大爬坡度要求[3]。中型客車在運營的過程中需要進行頻繁啟停、加速、減速和怠速運行，因此可以確定各個典型工況下車輛行駛情況。而從分析結果來看，在各個工況的行駛過程中，車輛可以保持車速的平穩變化，可以認為傳動比參數得到了合理選擇。

2.2經濟性能分析

不同于傳統內燃機汽車，純電動客車在經濟性能評價上，需要使車輛保持40km/h的速度勻速運行，同時保持750kg的載重，然后對車輛的續駛里程展開評價。從評價結果來看，車輛開始行駛時，電池荷電狀態達到 90%，行駛結束時則為10%，行駛里程為135km，超出了車輛預期的100km續駛里程要求。由此可以確定，車輛的經濟性能可以滿足要求。

結論：

通過分析可以發現，在純電動中型客車改裝設計中，需要結合車輛最大車速、最大爬坡度、加速度時間等指標完成車輛電動機參數、動力電池參數和傳動系統參數的匹配設計，以便使車輛動力性能和經濟性能能夠滿足車輛設計要求。從仿真試驗結果來看，采用該種設計方法得到的試驗車能夠滿足純電動中型客車的性能設計要求。

參考文獻：

[1]童寒川，夏偉.純電動客車動力匹配與仿真研究[J].汽車科技，2017（05）：53-59.

[2]許世維，賀伊琳，劉偉等.純電動中型客車傳動系參數的模型在環優化[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2017，40（04）：453-460.

[3]陳燎，丁猛，盤朝奉.純電動客車動力傳動系統參數優化仿真[J].河南科技大學學報（自然科學版），2016，37（02）：31-37.