一種純電動汽車提升NEDC效率的驅(qū)動系統(tǒng)分析

　　陳士剛

　?。ㄆ嫒鹦履茉雌嚰夹g(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241002）

　　摘要：基于某純電動汽車整車參數(shù)，對比當前大功率驅(qū)動電機匹配單速比減速器和小功率驅(qū)動電機匹配雙速比減速器驅(qū)動系統(tǒng)動力性、經(jīng)濟性和NEDC效率分析。通過對雙速比減速器匹配小電機在不同換檔車速下的NEDC轉(zhuǎn)速、扭矩分析，其對應的效率MAP分布集中在小電機高效區(qū)，其NEDC效率比大電機匹配單速比減速器包括平均效率、電動效率、發(fā)電效率提升約8%；小電機匹配雙速比減速器動力性也滿足要求，為純電動汽車降本、降耗提效提供了一種方法。

　　關(guān)鍵詞：電動汽車；驅(qū)動系統(tǒng)；雙速比；NEDC工況；效率MAP

　　0 引言

　　隨著石油資源日趨緊張及環(huán)境問題日益嚴重 ^[1] ，新能源汽車越來越多的普及到人們生活中，其驅(qū)動系統(tǒng)主要由電動機和減速器相匹配以達到驅(qū)動整車的作用，純電動汽車作為新能源汽車行業(yè)的主要車型。類似于傳統(tǒng)汽油車油耗指標，電耗也是考核電動車性能的一項重要參數(shù)，也是衡量新能源汽車補貼的關(guān)鍵指標，國家對電動車整車電耗指標制定了相關(guān)的法規(guī)政策，如NEDC（歐洲循環(huán)工況，New Europe Driving Cycle，簡稱“NEDC”）能量消耗率、整車能耗限值以及雙積分能耗等。整車電耗實際代表了整車各部件的用電消耗量，近年來有很多文獻對電動車降耗提效進行了研究。周兵^[2] 等基于某行駛工況對純電動汽車傳動系的傳動比進行了優(yōu)化，使得動力因素提高、比能耗降低；王星剛 ^[3] 通過對純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化及策略分析，對單電機單級減速器和雙電機兩檔減速器的NEDC工況效率分別進行了計算，顯示采用雙電機驅(qū)動方案能夠獲得更高的系統(tǒng)效率；章艷 ^[4] 通過對純電動汽車的能量回收策略的優(yōu)化，適當?shù)奶岣吡穗姍C制動起作用的時間及比例有效的延長了整車續(xù)航里程、降低了整車電耗；楊磊 ^[5] 對影響純電動汽車經(jīng)濟性的能量傳遞各部件進行分析，包括電機、電控、蓄電池等傳遞效率；并提出了改善純電動汽車的能耗經(jīng)濟性措施等。

　　本文通過對某純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)由大功率電機匹配單速比減速器方案更改為小功率電機匹配雙速比減速器方案分析，結(jié)果顯示動力性滿足要求、整車NEDC工況分布更趨于電機系統(tǒng)的高效區(qū)間，NEDC平均效率提高約8%，降低了整車電量消耗、提升了整車的續(xù)航里程，為純電動汽車降本、降耗提效提供了一種方法。

　　1 基本參數(shù)

　　本文是基于某純電動汽車搭載的大功率驅(qū)動電機匹配單速比減速器，更改由小功率電機匹配雙速比減速器下的動力性、經(jīng)濟性及NEDC效率對比分析，其電動機及減速器參數(shù)如表1。雙速比減速器在實際匹配過程中存在換檔操作，即在某車速下雙速比減速器由速比一檔換到速比二或由速比二切換到速比一，對應的小電機扭矩和轉(zhuǎn)速會做相應的更改，對應的NEDC工況也就是后文所說的換檔NEDC工況有變化。

　　基于表1參數(shù)，大、小功率電機對應的外特性參數(shù)如圖1，可知大電機外特性轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速比小電機的轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速小，這個對整車動力性有影響，在本文的分析中也可彌補小電機動力性偏弱的劣勢。

　　2 電動汽車動力性分析

　　2.1 電機拐點車速

　　大電機匹配單速比減速器時，電機外特性拐點轉(zhuǎn)速對應整車車速為：V 大 =N 折 ×0.307×0.377/S 單V 大 =39.5（km/h）式中，N 折 為轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速（下同），0.307為輪胎半徑，0.377為轉(zhuǎn)化單位的系數(shù)（下同）。

　　小電機匹配雙速比一級速比時，電機拐點轉(zhuǎn)速為（前提是采用小電機匹配雙速比減速器為1檔狀態(tài)，即未換檔）：V 小 =N 折 ×0.307×0.377/S 雙1V 小 =26.2(km/h)

　　2.2 小電機最高車速分析

　　大電機按照整車風阻、滑阻參數(shù)計算：

　　V max =N max ×0.307×0.377/S 單

　　V 大max =152(km/h)

　　小電機匹配雙速比減速器，電機為最高轉(zhuǎn)速、減速器為二級速比時，按上述公式帶入?yún)?shù)計算，最高轉(zhuǎn)速是遠遠大于V 大max 的。

　　經(jīng)過上述分析，小電機匹配雙速比減速器時在車速上完全能夠滿足整車定義的最高車速。

　　2.3 小電機最大轉(zhuǎn)速分析

　　通過大電機匹配單級減速器分析，大電機最高轉(zhuǎn)速時整車最高車速為V 大max ，采用雙速比減速器達到相同最高車速時，減速器實際應為雙速比減速器的二級速比，此時對應的電機轉(zhuǎn)速應為：

　　N 雙max =V 大max ×S 雙2 /0.307/0.377

　　N 雙max =6913(rpm)

　　式中，N 雙max 是雙速比匹配的電機需求最大轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速N 雙max 對應一級速比時最大車速：

　　V max1 =N 雙max ×0.307×0.377/S 單

　　V max1 =57(km/h)

　　即電機最高轉(zhuǎn)速降至N 雙max 時，能夠保證最高車速V 大max ，軸承最高轉(zhuǎn)速可降低至N 雙ma ；且采用雙速比減速器時，一級速比整車車速達到V max1 時必須換檔，才能滿足最高車速要求；

　　2.4 小電機額定功率

　　此款純電動車定義的最高30 min車速為V 額 時，此時整車車速穩(wěn)定維持平衡時的功率即為整車額定功率，即通常定義的電機額定功率要滿足此功率，本文只計算了整車狀態(tài)下的功率。

　　其中滿載載荷力為：

式中，V 額 =120（km/h)F 滿 為根據(jù)整車工況滑阻曲線擬合的公式，V 額 為整車額定車速，故P 額 = F 滿 * V 額=27.9(kw)

　　通 過 上 述 計算，對比小功率電機額定功率是能夠滿足整車需求的。

　　2.5 小電機輪邊扭矩分析

　　參照表1的參數(shù)，大、小電機匹配單雙速比減速器時的整車輪邊扭矩計算分布如圖2（圖2為換檔車速為40 km/h的輪邊扭矩）。

　　如右圖2可知，在兩檔減速器換檔前小電機匹配的輪邊扭矩時大于大電機匹配的輪邊扭矩，在換檔后扭矩有小幅下降，換檔前后扭矩經(jīng)確認是滿足整車動力性能的（本文不再詳細介紹）。

　　由上述分析可知，采用小電機匹配雙速比減速器時電機功率降低、轉(zhuǎn)速降低，其對應的電機成本必然有所下降。

　　3 NEDC工況效率分析

　　3.1 NEDC工況分析

　　（1）換檔車速

　　通過上述分析，小電機匹配雙速比減速器滿足整車性能，達到最高換檔車速V max1 前必須換檔，本文基于換檔車速分別為40 km/h、45 km/h，50 km/h時對NEDC的效率分析；

　　（2）NEDC工況圖

　　3為大電機匹配單級減速器時整車NEDC仿真工況，根據(jù)NEDC仿真工況，篩選出車速40 km/h、45km/h、50 km/h時的換檔點。圖4為NEDC仿真工況換算出來的電機扭矩、轉(zhuǎn)速圖，在整車NEDC循環(huán)工況時包含電動和發(fā)電兩種模式，所以在本文換檔分析時，換檔點即代表一級速比換檔二級速比，也代表二級速比往一級速比換檔。

　?。?）換檔后NEDC工況

　　根據(jù)大電機匹配單速比減速器方案的NEDC工況，并結(jié)合換檔輪邊扭矩、整車車速相等原則，分別計算車速40 km/h、45 km/h，50 km/h時對應的轉(zhuǎn)速和扭矩。

　　輪邊扭矩相等：

　　整車車速相等：

　　式中、代表匹配雙速比減速器時電機對應轉(zhuǎn)速。如圖3所示，得到三種換檔車速下的電機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速NEDC曲線。

　　3.2 NEDC效率MAP分布

　　根據(jù)換檔前、后的NEDC轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩曲線以及兩款電機系統(tǒng)效率MAP，并采用MATLAB軟件進行數(shù)據(jù)分析如圖6所示。結(jié)果顯示，小電機匹配雙速比減速器時的NEDC扭矩在系統(tǒng)效率上更趨向于高效區(qū)，在電動區(qū)域部分效率點更是趨于92%。

　　3.3 NEDC效率分析

　　根據(jù)上述章節(jié)選取的三個換檔轉(zhuǎn)速點轉(zhuǎn)換成的

NEDC工況，對應的電機轉(zhuǎn)速/扭矩曲線與大、小電機系統(tǒng)效率采用MATLAB進行插值處理，對電動模式和發(fā)電模式分別進行效率計算，結(jié)果如表2所示。

　　4 結(jié)論

　　本文通過對小功率電機匹配雙速比減速器方案與大電機匹配單速比減速器對比分析可知，小電機匹配雙速比減速器一方面可降低驅(qū)動系統(tǒng)成本，一方面對整車效率有一定提升。通過選取不同換檔車速對應的電機NEDC轉(zhuǎn)速/扭矩曲線，采用MATLAB分別對NEDC效率與電機系統(tǒng)效率MAP進行計算，結(jié)果顯示為電動、發(fā)電效率均提高，平均效率提升約有8%，尤其是發(fā)電效率提升較明顯。通過此方案為整車將能耗、提升續(xù)航里程以及成本控制提供一種方法。

　　參考文獻

　　[1] 新能源汽車技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景分析[J]. 劉雙源. 山東工業(yè)技術(shù). 2017(06)

　　[2] 基于行駛工況的純電動汽車比能耗分析及傳動比優(yōu)化[J]. 周兵,江清華,楊易,王繼生. 中國機械工程.

　　2011(10)

　　[3] 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化及分析策略[J]. 王星剛. 汽車與配件. 2012(50)

　　[4] 純電動汽車制動能量回收評價方法研究[D]. 章艷.武漢理工大學 2015

　　[5] 純電動汽車能耗經(jīng)濟性分析[J]. 楊磊. 上海汽車. 2007(08)

　　作者簡介：

　　陳士剛，男，（1987.9-）天津理工大學 機械工程專業(yè)，碩士，工程師，主要研究方向：新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)。

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第6期第61頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處