純電動(dòng)物流車動(dòng)力系數(shù)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車對(duì)降低環(huán)境污染與節(jié)省燃料方面有至關(guān)重要的作用。隨著電子商務(wù)的迅速發(fā)展，物流車在交通運(yùn)輸中的占比日益增大，因此純電動(dòng)物流車引起了較多學(xué)者的關(guān)注。

本文主要基于純電動(dòng)物流車的動(dòng)力性，對(duì)電機(jī)、變速器、電池的主要參數(shù)進(jìn)行匹配。結(jié)合工程實(shí)際，引入了安全系數(shù)，為純電動(dòng)物流車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了一種有效的方法。

2 純電動(dòng)物流車結(jié)構(gòu)分析

純電動(dòng)物流車的動(dòng)力傳動(dòng)部分主要基于傳統(tǒng)車的底盤平臺(tái)開發(fā)所建，其核心是將蓄電池和電動(dòng)機(jī)相結(jié)合作為動(dòng)力源來(lái)代替了發(fā)動(dòng)機(jī)。這樣純電動(dòng)物流車以蓄電池和充電系統(tǒng)作為能源系統(tǒng)，變速器和電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，構(gòu)成了純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)的核心部分，簡(jiǎn)化了汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力傳動(dòng)路線。本文以某款純電動(dòng)物流車開發(fā)為例，其整車基本參數(shù)如表1[6]，所設(shè)計(jì)的整車性能參數(shù)如表2。根據(jù)動(dòng)力性能指標(biāo)結(jié)合工程實(shí)際，來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比、動(dòng)力電池的參數(shù)，從而提供一種可用于工程實(shí)際的有效設(shè)計(jì)方法。

表1 整車基本參數(shù)表

表2 整車設(shè)計(jì)性能指標(biāo)數(shù)表

3 純電動(dòng)汽車電機(jī)參數(shù)的選擇

3.1 電機(jī)最大功率的匹配

汽車的動(dòng)力性在一定程度上取決于所輸出的功率，不同的工況所依賴的功率取值不同。而汽車的最高車速、最大爬坡度、加速時(shí)間可以表征汽車的動(dòng)力性[7]。因此，用以這三個(gè)參數(shù)可以確定電動(dòng)機(jī)的最大功率。

當(dāng)汽車在水平路面上以最高車速行駛，在考慮空氣阻力的條件下，其最大輸出功率應(yīng)該滿足下式：

（1）

式中umax為最高車速；ηT=96%動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)效率；m為汽車總質(zhì)量；g=10為重力加速度；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)、CD為空氣阻力系數(shù)；A為迎風(fēng)面積。

當(dāng)汽車以恒定速度爬坡時(shí)，其輸出功率應(yīng)該滿足最大爬坡度，即下式成立：

（2）

式中ui為汽車爬坡時(shí)的車速，amax為最大爬坡角。

當(dāng)汽車以較高車速進(jìn)行超車時(shí)，所需要的加速時(shí)間越短，表明汽車的動(dòng)力性越好。因此，汽車所輸出的最大功率應(yīng)滿足超車工況的加速時(shí)間。

（3）

式中ua為加速末時(shí)的車速，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，一般取值為1.05，t為加速時(shí)間。

綜合以上工況，電動(dòng)機(jī)的最大輸出功率應(yīng)該滿足以上三種工況，因此應(yīng)取其最大值，即：

?（4）

在實(shí)際工程中，為防止電機(jī)過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)，引入安全系數(shù)λ1，這樣可得理想的最大峰值功率為：

?（5）

式中λ1的取值為1~1.1。由以上分析可得以下匹配參數(shù)，如表3所示。

表3 純電動(dòng)物流功率參數(shù)匹配表

3.2 傳動(dòng)比的匹配

以往的純電動(dòng)物流車較多采用一個(gè)固定檔位，這不利用車輛在多種工況下行駛。因此，開發(fā)具有兩檔變速器的物流車成為研究熱點(diǎn)。多個(gè)檔位應(yīng)該在合理的參數(shù)匹配范圍內(nèi)。本文基于表4的數(shù)據(jù)，給出傳動(dòng)比參數(shù)匹配方法如下：

表4 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

參考文獻(xiàn)[3]的研究成果，其傳動(dòng)比的取值可分別由式（6）確定。

（6）

式中i為變速器傳動(dòng)比，nmax為最大轉(zhuǎn)速，為r車輪半徑，F(xiàn)u為車輛受到的最大行駛阻力，Tmax為電動(dòng)機(jī)輸出的最大轉(zhuǎn)矩。由以上分析可得以下匹配參數(shù)，如表5所示。

表5 純電動(dòng)物流傳動(dòng)比參數(shù)匹配表

3.3 動(dòng)力電池的匹配

動(dòng)力電池是純電動(dòng)物流車的能源裝置，其電量的多少?zèng)Q定了續(xù)航里程，由根據(jù)峰值功率決定的電池最大放電功率模型。[5]

（7）

Pbmax為動(dòng)力電池的最大放電功率；Pemax為電機(jī)峰值功率；Pimax為電動(dòng)附件峰值功率；ηb為動(dòng)力電池放電效率。將電機(jī)峰值功率170.07kw，結(jié)合文獻(xiàn)[4]，可得ηb=94%，Pimin取值為6.2kw，這樣可得動(dòng)力電池的最大放電功率為187.73kw。

在實(shí)車應(yīng)用，為滿足有效的續(xù)航里程，引入安全系數(shù)λ2，這樣可得理想的動(dòng)力電池功率的取值范圍為：

?（8）

式中λ2的取值一般為1~1.1。這樣可得動(dòng)力電池的放電功率其取值范圍為表6。

表6 動(dòng)力電池參數(shù)匹配表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于純電動(dòng)物流車的組成部分，對(duì)電機(jī)、變速器、電池的參數(shù)進(jìn)行了匹配。從動(dòng)力性的角度分析了所確定參數(shù)應(yīng)該滿足的取值范圍，將工程余量引入到參數(shù)匹配中，確定了相應(yīng)的安全系數(shù)，使所設(shè)計(jì)的參數(shù)不僅滿足車輛動(dòng)力性的理論需要，更能符合工程實(shí)際，為純電動(dòng)物流車的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配提供了一種有效的方法。

審核編輯 ：李倩