低速電動(dòng)車動(dòng)力配置分析及優(yōu)化建議

低速電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)工作組在標(biāo)準(zhǔn)草案中提出了以下動(dòng)力性能和能量消耗指標(biāo)：最高車速、爬坡性能、起步加速性能、續(xù)行里程、能量消耗量及測(cè)量方法。下圖為會(huì)議PPT原圖片：

本期周報(bào)將通過(guò)車輛的力學(xué)模型，給出滿足參數(shù)條件下的動(dòng)力配置計(jì)算方法，并對(duì)各參數(shù)變化之間的相互影響進(jìn)行分析，從而給出配置優(yōu)化的方向及建議。

1、模型建立

常見低速電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)布置簡(jiǎn)圖如下：

低速電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)，由動(dòng)力電池提供能量，在控制系統(tǒng)的作用下，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，經(jīng)傳動(dòng)系到達(dá)車輪，使驅(qū)動(dòng)輪與地面之間產(chǎn)生相互作用力。車輛行駛時(shí)的受力狀況如圖所示。

當(dāng)車輛正常運(yùn)行時(shí)，受到阻礙其運(yùn)動(dòng)的阻力的作用。這些阻力通常包括輪胎滾動(dòng)阻力、空氣阻力、爬坡阻力及加速阻力等。因此，汽車在運(yùn)行過(guò)程中的行駛方程式可表示為：

F=Fr+Fw+Fg+Fj

2、參數(shù)計(jì)算

(1)電機(jī)功率確定

電機(jī)的最大功率Pmax,必須同時(shí)滿足最高車速時(shí)功率Pe，最大爬坡度時(shí)功率Pa，和滿足加速時(shí)間的功率Pc三者的要求，即Pmax≥max[Pe,Pa,Pc]。

其中各參數(shù)意義及取值如下：

計(jì)算過(guò)程以無(wú)風(fēng)條件為準(zhǔn)

(2)電池組容量確定

動(dòng)力電池的容量主要是由續(xù)駛里程決定，其計(jì)算公式如下：

Cb一動(dòng)力電池組的容量，Ah;

L一續(xù)駛里程，km;

e一單位距離消耗的能量，kJ/km;

Ub一動(dòng)力電池模塊的工作電壓，v;

DOD一放電深度。

(3)傳動(dòng)比的確定

a. 最小傳動(dòng)比的確定

由電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定的i_min為：

nmax——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，r/min;

Vmax——電動(dòng)汽車最高車速，km/h。

b. 最大傳動(dòng)比的確定

由最大爬坡度和最大輸出扭矩決定的i_max為：

T_max ——電機(jī)最大輸出扭矩，N·m;

α—— 最大爬坡度

由最高車速和電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電機(jī)扭矩決定的i_max為：

Fw——最高車速下電動(dòng)汽車的空氣阻力，N;

TMmax——電機(jī)最高轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩，Nm。

3. 實(shí)例分析

以市場(chǎng)常見的一款低速車型為例，其車型參數(shù)如下：

設(shè)計(jì)指標(biāo)：

(1) 最高車速≥55km/h;

(2) 最大爬坡度為15%(12km/h);

(3) 0～40km/h加速時(shí)間小于12s。

計(jì)算可得：電機(jī)功率P>7.3kW，可選擇7.5kw交流電機(jī)。典型選擇型號(hào)及參數(shù)見下表：

計(jì)算對(duì)應(yīng)傳動(dòng)比分別為i={10.93,6.6,4.4｝，可在常見低速車后橋速比中選擇i=8的型號(hào)。

4. 參數(shù)分析

(1)各參數(shù)變化對(duì)續(xù)行里程的影響分析：

可以看出電池組容量對(duì)續(xù)駛里程的影響最為明顯，其次是傳動(dòng)系傳動(dòng)比、整車質(zhì)量、滾動(dòng)阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)。這主要是因?yàn)槔m(xù)駛里程與電池組容量有直接的關(guān)系，電池組容量越大，電池組所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應(yīng)延長(zhǎng)，但電池組的重量增加，整車的整備質(zhì)量增加，導(dǎo)致行駛阻力也增加，反過(guò)來(lái)又影響續(xù)駛里程。

也就是說(shuō)，通過(guò)電池容量的增加也是有臨界點(diǎn)的，超過(guò)了就沒(méi)有正面作用了。比如在車上再備一組電池，這樣做經(jīng)濟(jì)性非常差，電能大部分都消耗到電池的自重上去了。因此不少小車型，因?yàn)橹亓啃?，即使少裝電池，續(xù)行里程也可和大車型持平。對(duì)于低速電動(dòng)車來(lái)講，尺寸超過(guò)3600mm后，經(jīng)濟(jì)性就會(huì)降低。從這一個(gè)方面講，標(biāo)準(zhǔn)將尺寸限制在3500mm，還是有合理性的。

當(dāng)電池容量相同的情況下，車身越輕的，里程會(huì)越遠(yuǎn)。所以如何把車做的“又輕又結(jié)實(shí)”，是下一步低速電動(dòng)車一個(gè)重點(diǎn)的技術(shù)升級(jí)方向。需要研究盡量通過(guò)輕量化去提高續(xù)駛里程。?所以說(shuō)，隨著后期競(jìng)爭(zhēng)的加劇，廠家的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)力會(huì)越來(lái)越重要。

滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響：滾動(dòng)阻力系數(shù)與路面的種類行車速度以及輪胎的構(gòu)造、材料、氣壓等有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)子午線輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)較小。有不少車為了好看，選擇寬胎，實(shí)際從效率上講，選擇窄一點(diǎn)的輪胎型號(hào)對(duì)續(xù)行里程是很有利的。

(2)各參數(shù)變化爬坡度的影響分析：

從上圖可以看出，在對(duì)爬坡度的影響中，傳動(dòng)系傳動(dòng)比的影晌最為明顯，.其次是整車質(zhì)量、電池組容量。滾動(dòng)阻力系數(shù)和空氣阻力系數(shù)對(duì)爬坡度沒(méi)有影響。

采用較大的傳動(dòng)比可以獲得較好的爬坡性能，但這樣會(huì)降低最高車速。

(3)行駛工況的影響

行駛工況對(duì)低速電動(dòng)車的續(xù)駛里程影響很大。對(duì)于恒速行駛，電流隨車速的增加而增加，每公里消耗的電能隨車速的升高增加，而電池的放電容量則隨車速的升高而減小，故其續(xù)駛里程隨行駛車速的升高而減少。根據(jù)計(jì)算分析，低速電動(dòng)車車速為32km/h時(shí)的續(xù)駛里程接近最大值，因此，低速電動(dòng)車的經(jīng)濟(jì)車速在32km/h左右。

標(biāo)準(zhǔn)指定采用40km/h等速法測(cè)試?yán)锍?。?duì)于多工況道路實(shí)驗(yàn)，由于頻繁起步、加速和減速，電池經(jīng)常處于大功率和大電流放電狀態(tài)，電池的有效容量大幅下降，致使純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程明顯比恒速行駛時(shí)減小，行駛工況越復(fù)雜，加速度越大，低速電動(dòng)車的續(xù)駛里程越小。因此，采用恒速工況來(lái)考察低速電動(dòng)車的續(xù)駛里程，會(huì)和實(shí)際里程有較大差異。而對(duì)用戶來(lái)講，合理的駕駛方式是用小的加速度加速，盡量保持中低速蛩儺惺弧