小型纯电动车辆（六）

1小型纯电动车辆（六）清华大学电动车辆研究室朱家琏编写版权所有凡转载务请注明出处目录§1小型电动车和电动工程车概述§2小型电动车的一般结构§3四轮小电动车的安全设计标准§4小型电动车驱动电机参数的确定§5电动牵引车驱动电机参数的确定§6电动车辆的起步加速过程计算§6电动车辆的起步加速过程计算§6电动车辆的起步加速过程计算现考虑水平路面上总质量为m的车辆起步加速过程。假定：z起步加速过程中蓄电池电压是保持恒定的。z地面附着情况良好，车轮无打滑现象，轮胎牵引力完全由电机输出转矩决定。车速变化时电机转速和转矩随之变化，故轮胎牵引力也随车速变化。据式（9－3）车辆在水平路面加速行驶时，电机转矩和车辆加速度的关系为：Te=(m*g*f+Cd*A*V2/21.5+m*dV/dt)*r/（i0*ηt*ηe）由此式可得车辆的加速度j：j=dV/dt=（Te*（i0*ηt*ηe）/r－mg*f－Cd*A*V2/21.5）/m(6－1)如果已知车辆的总质量m、总减速比i0、机械传动效率ηt、空气阻力系数和迎风面积Cd*A、电机在不同转速时的转矩Te和效率ηe等参数，就可以计算不同车速时的加速度j(dV/dt)。据式dt=dV/j可得加速时间的计算公式：t=∫1/j*dV如果车辆的驱动电动机经速比为ig的变速箱及速比为i0的驱动桥带动车轮，则轮胎切线牵引力F(V)为：2式中：r－为轮胎动力半径，mTD(n)－为电动机输出力矩，它是电动机转速n的函数，可由制造厂提供的特性曲线得到。驱动电机功率为：P（n）＝T（n）·(2π·n／60)／1000＝T·n／9550(kW)作为一个例子，表6－1给出一个用于中、大型电动车75kW典型的感应电机参数，图6一2和图6－2是它的力矩、功率与转速的特性曲线和效率曲线。表6一1连续功率连续力矩尖峰功率尖峰力矩效率昀大转速重量与尺寸75kW@55°C,300V150Nm@55°C120kW@300V240Nm@55°C93%peak(7,000rpm,70Nm)rpm12,500rpm82kg/25l从效率曲线图看，连续力矩150Nm时的转速大约为4900rpm，此时功率为75Kw，此工作点落在92％的效率区，电动机允许在此工作点连续运转。从图8一36看，尖峰功率点与尖峰力矩点不在同一点上，相应的效率也都低于连续工作点，电动机在这两点只允许短时工作。对于车辆起步过程，因为时间较短，电动机可以沿图9一35曲线工作。图8一35中示出力矩与转速的关系，由一个有两个台阶的折线和一条曲线组成，在电机转速小于nc时近似为恒力矩特性，当电机转速大于nc时近似为恒功率特性，这样的特性正好适合车辆工作的需要。为了简化计算，考虑两台阶相差不大，我们用它们的平均线来代替，根据图中试验数据对曲线段进行拟合（例如，可以拟合成指数曲线C*n－B，C及B是拟合常数），于是电动机特性可表达如下：当nnc时：TD（n）＝TDmax当nnc时：TD（n）＝C*n－BrnVFiiTgD/**)()(0=3图6－1电机的功率、转矩图图6－2电机的效率特性因为F(n)=TD(n)*ig*i0/r，故：当nnc时：P(n)＝TDmax*ig*i0/rN而当nnc时：P(n)＝C*n－B*ig*i0/rN这里电动机转速n可由车速求出：因为V＝0.377*n*r/3.6*ig*i0m/s故n=V*3.6*ig*i0/0.377*rrpm电动机转速为nc时相应的车速Vc为：Vc=0.377*nc*r/3.6*ig*i0m/s为了对车辆起步加速过程求解，可利用Matlab－simulink工具表达以上各式，如图6－3所示。由图可以看到：驱动马达在车轮上产生的车轮驱动力矩减去行驶阻力等于使车辆加速的车辆驱动力，该车辆驱动力被车辆质量m除，即为车辆加速度，于是我们对加速度积分一次可得车辆行驶速度，再对车辆速度积分一次可得到车辆行驶距离。运行这个十分简单的仿真程序，就很容易就得到：车辆加速度－时间曲线、车辆速度－时间曲线（图8－38）、车辆行驶距离－时间曲线以及车辆起步加速过程中驱动电机的功率－时间曲线（图3－39）。4图6－3图6－4车辆速度－时间曲线图6－5加速过程中驱动电机的功率－时间曲线