CN107862325A - 一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法 - Google Patents

一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电动汽车动力***技术领域，具体涉及一种纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，用以解决双基速电机运用到纯电动载货汽车上所带来的参数匹配不足的问题；本发明首先采集纯电动汽车整车参数；然后完成低基速电机额定参数匹配，包括额定功率Pv、额定转速nb、额定转矩Thigh；最后完成高基速电机峰值参数匹配，包括峰值功率Pmax、峰值转矩Tmax、峰值转速nmax；即完成双基速电机参数匹配。提供一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，能够对双基速电机进行参数匹配，提出的纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法简单清晰，具有较强通用性，易于对匹配结果进行校准，大大减少匹配时间、降低匹配成本。

Description

一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法
技术领域
本发明属于电动汽车动力***技术领域，具体涉及一种纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法。
背景技术
目前现有的纯电动载货汽车电机参数匹配基本只适用于单基速电机，而对双基速电机研究不够成熟，而双基速电机参数匹配的合理性与纯电动载货汽车的需求功率，续驶里程和百公里能耗直接相关，最大程度的提高整车的实用性；所以对双基速电机参数匹配方法的研究显得十分重要，能缩短匹配时间，节省匹配费用，缩短整车开发周期，对电动汽车的推广及长远发展都具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，用以解决双基速电机运用到纯电动载货汽车上所带来的参数匹配不足的问题。为实现该目的，本发明采用的技术方案为：
一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.采集纯电动汽车整车参数，包括：整车满载质量m、汽车轴距L、汽车质心至后轴中心线的距离L2、汽车质心高度hg、轮胎滚动半径r、迎风面积A、空气阻力系数CD、滚动系数f、车轮滑移系数μ、传动系总效率ηt、主减速比i、最高车速vmax、经济车速vi、最大爬坡度αmax、最大爬坡车速va，以及0～vmkm/h的加速时间tm、vm与tm均为预设值；
步骤2.低基速电机额定参数匹配：
额定功率的匹配表达式为：
额定转速的匹配表达式：
额定转矩的匹配表达式为：
其中，δ为旋转质量换算系数；
步骤3.高基速电机峰值参数匹配：
根据汽车0～vmkm/h的加速时间tm，得到加速度a与驱动力F的关系式为：
而驱动力F的表达式为：其中，Pmax为峰值功率；
为车速vb为分割点，将加速度a与驱动力F的关系式拆分、并带入电机基速比Ib：可得关系式：
同时，由于电机运行过程中，电机功率和转矩同时达到最大值，即满足关系式：Tmax为峰值转矩，结合上述两个关系式绘制得电机峰值功率、峰值转矩与电机基速比变化曲线图，峰值功率和峰值转矩交点处即得到Ib的取值，进而根据关系式：匹配得峰值转速nmax；
同时，由车轮滑移确定电机峰值参数：驱动轮受到的驱动力为：
驱动转矩为：
其中，μ为车轮滑移系数，L是汽车轴距，Wf为汽车的前轴轴荷，L2为汽车质心至后轴中心线的距离，hg为汽车质心高度；
进而，根据峰值转矩Tmax即可匹配得峰值功率Pmax。
本发明的有益效果在于：提供一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，能够对双基速电机进行参数匹配，提出的纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法简单清晰，具有较强通用性，易于对匹配结果进行校准，大大减少匹配时间、降低匹配成本。
附图说明
图1为本发明适用于纯电动载货汽车的双基速电机参数匹配方法流程图。
图2为本发明实施例中电机峰值功率、峰值转矩与电机基速比变化曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明提供适用于纯电动载货汽车的双基速电机参数匹配方法，纯电动载货汽车的主要零部件有汽车底盘、车身、动力蓄电池、电力驱动控制***等，相比于传统汽车而言主要区别在于用驱动电机代替发动机。纯电动载货汽车主要靠动力电池提供的能量驱动电机将电能转化为机械能传递给传动***，带动车轮转动从而驱动车辆行驶。
双基速电机是纯电动载货汽车的动力核心，其性能与车辆整车性能密切相关。为了高性能地驱动纯电动载货汽车，双基速电机在性能上须达到一定的要求，通常要求其能够频繁起动、加速、减速、停车，转矩控制的动态性能要求高；在低速或爬坡时，转矩要高，而在高速行驶时，转矩要低；其次，电机的调速范围要宽，既要工作在恒转矩区，又要运行在恒功率区，同时在整个调速范围内还得保持较高的运行效率。
由动力性能要求可知，高基速电机的峰值功率必须同时满足整车最高车速、最大爬坡度和加速时间三者的要求，低基速电机的峰值转矩需要满足车辆低速重载行驶和加速起步时的需求。
本实施例中，纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，包括以下步骤：
1、采集纯电动汽车整车参数，包括：整车满载质量m、汽车轴距L、汽车质心至后轴中心线的距离L2、汽车质心高度hg、轮胎滚动半径r、迎风面积A、空气阻力系数CD、滚动系数f、车轮滑移系数μ、传动系总效率ηt、主减速比i、最高车速vmax、经济车速vi、最大爬坡度αmax、最大爬坡车速va；
2、高基速电机和低基速电机的额定参数的确定步骤为：
分析常用行驶工况的车速频次得到汽车速度的高频区间，得到参数匹配四个重要原则：(1)高基速电机应符合稳态功率要求；(2)低基速电机应符合瞬态功率要求；(3)高基速电机的高效区间要基本处于35km/h到55km/h范围内；(4)低基速电机的高效区间要基本处于0km/h到20km/h范围内；根据匹配原则(1)和原则(2)得到稳态功率表达式和瞬态功率表达式，稳态功率确定高基速电机额定参数，瞬态功率确定低基速电机额定参数：
稳态功率表达式：
瞬态功率表达式：
根据原则(3)和原则(4)可得到双基速电机的额定转速表达式：
根据统计平均加速度和平均减速度，进而可以计算出高基速电机的额定转矩：
其中，δ为旋转质量换算系数；
3、根据汽车0～vmkm/h的加速时间tm，得到加速度a与驱动力F的关系式为：
而驱动力F的表达式为：Pmax为峰值功率，以电机基速点对应的车速vb为：
为车速vb为分割点，将加速度a与驱动力F的关系式拆分为两部分：
将车速vb：和电机基速比Ib：带入可得：
根据当满足汽车加速度要求时基速点电机的最大功率Pmax和最大转矩Tmax计算得到电机基速比：
由电机峰值功率、峰值转矩与基速比变化曲线图可知，如图2所示，峰值功率和峰值转矩交点处可得到Ib的取值；
考虑车轮滑移确定电机峰值参数：驱动轮受到的驱动力为：
驱动转矩为：
其中，μ为车轮滑移系数，L是汽车轴距，Wf为汽车的前轴轴荷，L2为汽车质心至后轴中心线的距离，hg为汽车质心高度。
根据以上参数匹配关系，求得最大驱动力、最大电机转矩、最大驱动转矩等低基速电机性能参数；其中高基速电机的额定参数和低基速的峰值参数一般是根据过载系数λ确定，根据经验其取值一般为2—3左右，
本实施例中，双基速电机参数匹配结果如下表所示：
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (1)

1.一种适用于纯电动载货汽车双基速电机参数匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.采集纯电动汽车整车参数，包括：整车满载质量m、汽车轴距L、汽车质心至后轴中心线的距离L2、汽车质心高度hg、轮胎滚动半径r、迎风面积A、空气阻力系数CD、滚动系数f、车轮滑移系数μ、传动系总效率ηt、主减速比i、最高车速vmax、经济车速vi、最大爬坡度αmax、最大爬坡车速va，以及0～vmkm/h的加速时间tm、vm与tm均为预设值；
步骤2.低基速电机额定参数匹配：
额定功率的匹配表达式为：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>v</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>v</mi> <mi>a</mi> </msub> <mrow> <mn>3600</mn> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mi>g</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>cos&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>m</mi> <mi>g</mi> <mi>f</mi> <mi> </mi> <msub> <mi>sin&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </msub> <msubsup> <mi>Av</mi> <mi>a</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mn>21.15</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
额定转速的匹配表达式：
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额定转矩的匹配表达式为：
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其中，δ为旋转质量换算系数；
步骤3.高基速电机峰值参数匹配：
根据汽车0～vmkm/h的加速时间tm，得到加速度a与驱动力F的关系式为：
<mrow> <mi>m</mi> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub> <mi>v</mi> <mi>m</mi> </msub> </munderover> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>v</mi> </mrow> <mi>F</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub> <mi>t</mi> <mi>m</mi> </msub> </munderover> <mi>d</mi> <mi>t</mi> </mrow>
而驱动力F的表达式为：其中，Pmax为峰值功率；
为车速vb为分割点，将加速度a与驱动力F的关系式拆分、并带入电机基速比Ib：可得关系式：
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>m</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>m</mi> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mrow> <mn>0.377</mn> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>rn</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mi>i</mi> </mfrac> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </munderover> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>v</mi> </mrow> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>max</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>0.377</mn> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>rn</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mi>i</mi> </mfrac> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mi>g</mi> <mi>f</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </msub> <msup> <mi>Av</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mn>21.15</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>m</mi> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mrow> <mn>0.377</mn> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>rn</mi> <mi>max</mi> </msub> </mrow> <mi>i</mi> </mfrac> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> </mrow> <msub> <mi>v</mi> <mi>m</mi> </msub> </munderover> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>v</mi> </mrow> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>max</mi> </msub> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>t</mi> </msub> </mrow> <mi>v</mi> </mfrac> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mi>g</mi> <mi>f</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>C</mi> <mi>D</mi> </msub> <msup> <mi>Av</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mn>21.15</mn> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
同时，由于电机运行过程中，电机功率和转矩同时达到最大值，即满足关系式：Tmax为峰值转矩，结合上述两个关系式绘制得电机峰值功率、峰值转矩与电机基速比变化曲线图，峰值功率和峰值转矩交点处即得到Ib的取值，进而根据关系式：匹配得峰值转速nmax；
同时，由车轮滑移确定电机峰值参数：驱动轮受到的驱动力为：
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>m</mi> <mi>g</mi> <mi>&amp;mu;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>fh</mi> <mi>g</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <mi>L</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;mu;h</mi> <mi>g</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
驱动转矩为：
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其中，μ为车轮滑移系数，L是汽车轴距，Wf为汽车的前轴轴荷，L2为汽车质心至后轴中心线的距离，hg为汽车质心高度；
进而，根据峰值转矩Tmax即可匹配得峰值功率Pmax。
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