基于工況純電動公路車動力系統(tǒng)設計及優(yōu)化

魯飛 陳超杰 夏侃侃

摘要：為了滿足純電動公路車的正常使用，根據(jù)純電動公路車行駛工況有針對性的設計驅動電機的功各項參數(shù)，并且根據(jù)公路車的特殊使用工況，將驅動電機的效率區(qū)間、整機散熱結構以及運行損耗進行合理化優(yōu)化，最終設計可以滿足純電動公路車使用要求的驅動系統(tǒng)。

關鍵詞：純電動公路車 ?工況 ?驅動電機 ?效率區(qū)間 ?散熱結構 ?運行損耗

一、前言

國家率先發(fā)布了《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）》推動公共領域用車的電動化。目前國內市場的公交車電動化占有率已超過80%，新能源公交車的技術狀態(tài)十分的穩(wěn)定。但是純電動公路車由于受到高鐵、里程等因素的影響，電動化發(fā)展較為緩慢。公路版的新能源客車的技術狀態(tài)還是處于不斷摸索和優(yōu)化的狀態(tài)。本文將根據(jù)純電動公路客車的使用工況，有針對性的設計適合純電動公路車使用的驅動系統(tǒng)并且根據(jù)公路客車的使用工況進行優(yōu)化，使得純電動公路車驅動系統(tǒng)滿足純電動公路車城市與城市之間、城市內部之間的運行要求[1]。

二、驅動系統(tǒng)匹配

2.1運行工況分析

2019年發(fā)布的GB38146.2-2019《中國汽車行駛工況第2部分：重型商用車輛》標準，內容明確了中國城市客車行駛工況（CHTC-B）和中國普通客車行駛工況（CHTC-C）的詳細工況數(shù)據(jù)，從工況數(shù)據(jù)中，可以看出：中國普通客車行駛工況（CHTC-C）相比中國城市客車行駛工況（CHTC-B）增加了490s的時長，主要增加的部分是高速運行工況。因此，可以看出CHTC-C工況相比CHTC-B工況要復雜且環(huán)境要惡劣許多。在設計中國普通客車行駛工況（CHTC-C）的驅動系統(tǒng)時需要更加關注持續(xù)高速工況下的能力[2-3]。

2.2驅動電機參數(shù)匹配

驅動系統(tǒng)核心部件就是驅動電機，驅動電機的性能決定著這臺車絕大部分動力性以及安全可靠性。在設計純電動公路車時需要根據(jù)中國普通客車行駛工況（CHTC-C）有針對性的進行設計。驅動電機設計主要參數(shù)主要包括額定功率和峰值功率，額定扭矩和峰值扭矩，額定轉速和峰值轉速[4]。

（1）額定功率是按照持續(xù)最高車速100km/h進行計算。

（2）峰值功率是按照最高車速Pmax1、最大加速度Pmax2和最大爬坡Pmax3取最大值確定的。

（3）根據(jù)發(fā)電式以及參考文獻[5]，確定驅動的最大轉速為3000r/min，額定轉速為1500r/min。

（4）驅動電機的額定扭矩為：

（5）驅動電動的峰值扭矩為：

式中，為最高車速;為系統(tǒng)傳遞效率;為滾動阻力系數(shù);為風阻系數(shù);為迎風面積;為車輛最大總質量;為加速時間;旋轉質量換算系數(shù);為加速末速度;為爬坡速度;為最大爬坡度。

經過計算，驅動電機的各項基本參數(shù)如下表1所示：

三、驅動電機性能提升

3.1提高驅動電機高速區(qū)功率

根據(jù)純電動公路車長期運行在高速公路和部分景區(qū)，驅動電機采用“V+一”磁路設計，通過優(yōu)化電磁方案減少漏磁，充分發(fā)揮高速弱磁性能，使得其高轉速段峰值功率幾乎無衰減，2500rpm轉時仍可輸出180kW功率，更有利于整車持續(xù)運行在高速工況，符合復雜工況路譜運行。

3.2降低額定功率驅動電機溫升

為了降低驅動電機的持續(xù)高速運行的溫度，將機殼結構設計成螺旋水道冷卻水路，最大程度上減少了水道內水阻，流量由原先的50L/min提高到75L/min以上，水道體積提高到了2.93L，且融合全鋁機身結構，在降低自重的情況下提高了電機的散熱能力。同時，優(yōu)化電機定子嵌線工藝，降低電機端部高度約10mm，降低電機直流電阻，從而在電流不變化的情況下降低電機的銅耗，進而降低電機在額定功率下的損耗，另外，螺旋冷卻水路因管道特殊性，在電機溫降方面也有突出表現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示，相比改進前溫降提升30%以上。

3.3驅動電機進行了防泥沙抗凝露設計

（1）使用的透氣閥在7kPa壓強條件下的透氣量可達到2.8L/min以上，有效增大了電機內腔暖流和電機外界冷流之間的滲透速率，可防止電機內部水汽凝結在接線座和旋變處形成冷凝水，真正意義上起到抗凝露作用;

（2）電機出軸端通過設計防護罩結構加強防護，在聯(lián)軸器外圓表面設置擋水環(huán)，擋水環(huán)軸向上與聯(lián)軸器內套的上端面齊平，徑向上與聯(lián)軸器內套外圓之間僅1mm縫隙，整個防護罩固定在前端蓋上，擋水環(huán)的作用則為切斷了電機外部泥沙、水流進入油封室的路徑，有效保護了電機油封不被受損，進而阻止了泥沙、水流進入電機內部。電機本體所有其他如蓋板內的密封件，均通過密封墊、密封圈、密封膠予以達到完全密封效果，電機本體達到IP69最高防護等級。

四、總結

1、根據(jù)純電動公路車的行駛工況，有針對性的設計出驅動電機可以滿足高速以及景區(qū)場景的運行。其中確定的驅動電機額定功率為120kW、峰值功率245kW、額定轉速1500r/min、峰值轉速3000r/min、額定扭矩760Nm、峰值扭矩2800Nm。

2、通過提高驅動電機高速區(qū)功率、降低額定功率驅動電機溫升和提高驅動電機防護等級等措施提高驅動電機的可靠性，降低驅動電機的故障率。

參考文獻

[1]李耀華，李忠玉，茍琦智等.基于聚類分析的城市公交線路工況構建[J].重慶交通大學學報 （自然科學版），2019，38（1）：83-88.

[2]張德平.某款純電動客車驅動電機設計及仿真分析[J].客車技術與研究，2017，39（ 6）：9-12.