純電動(dòng)大巴車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配計(jì)算

閉志宏 韋滿(mǎn)麗 莫天福 莫飛娜 梁楷 王凌瑋

【摘 要】隨著全球經(jīng)濟(jì)對(duì)石油資源的依賴(lài)越來(lái)越嚴(yán)重，能源危機(jī)成為全球性的問(wèn)題。面對(duì)越來(lái)越緊張的能源供需關(guān)系，汽車(chē)行業(yè)作為傳統(tǒng)的能源消耗體系，急需解決當(dāng)前行業(yè)面臨的危機(jī)。因此，尋求新能源汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展與突破已成為各車(chē)企占領(lǐng)行業(yè)制高點(diǎn)的重要工作。文章介紹一款采用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的8 m純電動(dòng)大巴車(chē)的直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車(chē);動(dòng)力系統(tǒng);匹配計(jì)算

【中圖分類(lèi)號(hào)】U469 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）11-0047-03

新能源可減緩或者替代對(duì)傳統(tǒng)石油資源的依賴(lài)，近年來(lái)動(dòng)力電池材料技術(shù)、電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得電動(dòng)汽車(chē)成為未來(lái)新能源汽車(chē)的主要發(fā)展方向[1]。隨著各地都在打造具有地方特色的旅游經(jīng)濟(jì)，純電動(dòng)大巴車(chē)將成為中短途的城郊交通工具的首選，這是因?yàn)槭褂眉冸妱?dòng)大巴能減少空氣污染、噪聲污染等。文章介紹某型號(hào)8 m大巴車(chē)匹配純電直驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和匹配計(jì)算。

1 純電動(dòng)直驅(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本方案所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

本方案所采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求如下?；跐M(mǎn)足整車(chē)的扭矩及轉(zhuǎn)速等動(dòng)力需求情況下，整車(chē)的動(dòng)力總成系統(tǒng)應(yīng)符合結(jié)構(gòu)緊湊及布置合理，車(chē)輛行駛過(guò)程中盡量降低噪音和振動(dòng)[2]。？譺駕駛員觸發(fā)制動(dòng)信號(hào)后，整車(chē)控制系統(tǒng)必須具備能量回收的功能[3]。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須具備各路況油門(mén)狀態(tài)下輸出平順的需求扭矩，以便實(shí)現(xiàn)車(chē)輛在駕乘過(guò)程的舒適性。車(chē)輛駕駛路況為城市至景區(qū)，路況較復(fù)雜。

基于以上幾點(diǎn)要求，結(jié)合匹配的直驅(qū)方案的大巴車(chē)型使用路況，對(duì)爬坡度要求比較高，車(chē)輛最高速達(dá)到100 km/h的要求，選型的驅(qū)動(dòng)直驅(qū)系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)：①電機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速均能滿(mǎn)足車(chē)輛的日常使用要求，下直驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所占的安裝空間緊湊，易于安裝，總成成本相對(duì)較低。②采用后置直驅(qū)的傳動(dòng)方式，減少傳動(dòng)過(guò)程中的能量損失，且傳動(dòng)系少了變速箱，機(jī)械傳動(dòng)效率完全由所選配的驅(qū)動(dòng)電機(jī)決定，完全能夠?qū)崿F(xiàn)整車(chē)高效的驅(qū)動(dòng)目的。③直驅(qū)動(dòng)力方案的可靠性和舒適性方面具備更大的優(yōu)勢(shì)，如帶變速箱方案的車(chē)輛在行車(chē)過(guò)程出現(xiàn)升降擋時(shí)會(huì)有明顯的頓挫感，采用直驅(qū)的方案就不存在升降擋的情況，規(guī)避了車(chē)輛行駛過(guò)程中的頓挫情況。

以車(chē)型為8 m的純電動(dòng)大巴車(chē)為例，其整車(chē)參數(shù)見(jiàn)表1。設(shè)計(jì)動(dòng)力要求如下：最大爬坡度為20%;最大車(chē)速Vmax≥100 km/h;0～50 km/h加速時(shí)間t≤20 s;續(xù)駛里程S≥285 km。

2 驅(qū)動(dòng)系參數(shù)配型選擇

2.1 主減速器傳動(dòng)比配型選擇

考慮純電動(dòng)大巴車(chē)的應(yīng)用環(huán)境，所選的主減速應(yīng)該具備高車(chē)速區(qū)域所需求的傳動(dòng)比，同時(shí)兼具良好的加速和爬坡能力。目前，客車(chē)行業(yè)各車(chē)型所用的主減速器的傳動(dòng)比在3.5～6.7，因此在設(shè)計(jì)階段初步設(shè)定最高轉(zhuǎn)速為n（按10%的最大余量）選擇電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速。

i的選擇應(yīng)先滿(mǎn)足車(chē)輛的最高行駛車(chē)速V的要求，即

上式中：n為電機(jī)峰值轉(zhuǎn)速，設(shè)定為3 500 r/min。

基于理論計(jì)算出i的值為5.87，配型主減速器后，5.86比較接近，且經(jīng)過(guò)計(jì)算公式反算匹配5.86的主減速器是完全能夠滿(mǎn)足該車(chē)型的設(shè)計(jì)要求。

2.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型

純電動(dòng)汽車(chē)選配的電機(jī)應(yīng)該有較高的高效區(qū)寬度和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，根據(jù)整車(chē)的設(shè)計(jì)要求，電機(jī)功率的選擇必須滿(mǎn)足汽車(chē)的加速要求和最大爬坡、最高車(chē)速及額定電量范圍內(nèi)的最大續(xù)航里程的巡航車(chē)速。所選的電機(jī)為永磁同步電機(jī)，電機(jī)的傳動(dòng)效率為0.94。車(chē)輛在最高巡航速度100 km/h行駛，所需的電機(jī)額定功率可按如下公式計(jì)算：

由上面公式可以推導(dǎo)出，該車(chē)型在滿(mǎn)載的狀態(tài)下，要滿(mǎn)足100 km/h的定速巡航，爬坡度為零的理想狀態(tài)，需要額定125 kW。各關(guān)系如圖2、圖3所示。

滿(mǎn)載狀態(tài)下，爬坡設(shè)計(jì)為20%，車(chē)速為20 km/h，推算出電機(jī)的峰值扭矩最低值為2 545 N·m，峰值功率為169 kW。各關(guān)系如圖4、圖5所示。

綜合上述的計(jì)算取值，電機(jī)的參數(shù)應(yīng)取額定功率為120 kW，峰值功率為170 kW，即可滿(mǎn)足該車(chē)型在城鄉(xiāng)路況下的舒適性駕駛要求。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于8 m車(chē)型的純電動(dòng)大巴車(chē)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用純電直驅(qū)的方案，通過(guò)系統(tǒng)的理論計(jì)算，現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本能夠滿(mǎn)足車(chē)輛的動(dòng)力需求，具有較高的可行性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]（美）lqbal Husain.純電動(dòng)及混合動(dòng)力汽車(chē)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].第2版.林程，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2]毛正松，林永發(fā)，王皓，等.新能源公交車(chē)純電動(dòng)力總成系統(tǒng)匹配技術(shù)研究[J].傳動(dòng)技術(shù)，2018，32（3）：14-18.

[3]林劍健.插電式混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配計(jì)算[J].機(jī)電技術(shù)，2013（4）：123-125.