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純電動(dòng)垃圾壓縮車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究

2020-03-27 09:47:44·  來(lái)源：EDC電驅(qū)未來(lái)  作者：吳煜鍇  
　
前天點(diǎn)擊上方右側(cè)EDC電驅(qū)未來(lái)可訂閱哦！下載方式，詳見文末?。。〖冸妱?dòng)垃圾壓縮車由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供前行動(dòng)力，電機(jī)也是專用機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，能夠?qū)崿F(xiàn)整車零排放，
純電動(dòng)垃圾壓縮車由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供前行動(dòng)力，電機(jī)也是專用機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，能夠?qū)崿F(xiàn)整車零排放，能源利用率高，同時(shí)具有運(yùn)行噪音小，整車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1 純電動(dòng)垃圾壓縮車動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配及選型

在性能仿真前，進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)組件的選型和參數(shù)匹配是是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各組成部分之間不是獨(dú)立的而是相互關(guān)聯(lián)的，其中一個(gè)組件定型后會(huì)給后續(xù)的選型帶來(lái)影響。根據(jù)原型車所提供的整車參數(shù)和動(dòng)力性能指標(biāo)要求，結(jié)合整車在行駛過程中的受力情況分析，對(duì)整車動(dòng)力系統(tǒng)各部件主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

1.1 整車參數(shù)及性能指標(biāo)

所研究的純電動(dòng)壓縮車是一款重型專用車，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，為了使得整車具有更好的經(jīng)濟(jì)性和能源利用率，增加整車后備功率提升動(dòng)力性能，在整車中采用多檔傳動(dòng)。

1.2 純電動(dòng)垃圾壓縮車的受力分析

在正常的行駛過程中，純電動(dòng)垃圾壓縮車在行駛方向作用于汽車的各種外力一般沒有變化。純電動(dòng)垃圾壓縮車電機(jī)所提供的行駛驅(qū)動(dòng)力必須克服汽車在行駛過程中所受到的行駛阻力。根據(jù)所學(xué)習(xí)過的內(nèi)容對(duì)在行駛過程中的純電動(dòng)垃圾壓縮車進(jìn)行受力分析，建立汽車行駛平衡方程：

 
（1）
 
 
（2）
 
式中，F(xiàn)j-是加速阻力；Fw-空氣阻力；Ff-滾動(dòng)阻力；Fi-坡度阻力。
 
圖1 純電動(dòng)垃圾壓縮車的基本系統(tǒng)組成
 
圖2 汽車受力平衡圖
 
表1 整車參數(shù)
純電動(dòng)垃圾壓縮車動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究
 
1.3 純電動(dòng)垃圾壓縮車驅(qū)動(dòng)電機(jī)匹配
可以通過汽車功率平衡方程式，進(jìn)行電機(jī)功率的確定。根據(jù)最高車速，最大爬坡度和0-45km/h的加速性能的要求，對(duì)汽車功率平衡方程進(jìn)行相應(yīng)的變換分析，得到滿足整車性能的最大功率。
表2 性能指標(biāo)
 
 
 
（3）
 

①滿足最高車速要求時(shí)，i=0，且du/dt=0；

②滿足最大爬坡度要求時(shí)，此時(shí)的行駛車速為10km/h，du/dt=0；

③滿足加速度要求時(shí)，此時(shí)i=0，公式轉(zhuǎn)換為：

 
（4）
 
取電機(jī)的峰值功率近似為Pm≈max{P1 ,P2,P3 }=180kw。并選用響應(yīng)迅速、效率高和可靠性高的永磁同步電機(jī)。電機(jī)各參數(shù)如下表所示：

表3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)
 
1.4 純電動(dòng)垃圾壓縮車傳動(dòng)系傳動(dòng)比的計(jì)算及確定

采用多檔傳統(tǒng)，可以增加整車的后背功率，提高能源的利用率，有利于整車的經(jīng)濟(jì)型。純電動(dòng)汽車的變速器不同于傳統(tǒng)汽車需要設(shè)置很多檔位，常見的有使用二檔變速器就能達(dá)到行駛要求。一般，車輛都以最高檔行駛最為頻繁，車輛的最高檔設(shè)為直接檔，傳動(dòng)比為1，所以此時(shí)傳動(dòng)系的傳動(dòng)比即為主減速器傳動(dòng)比。
 

（5）
 
式中，it-傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比；ig-變速器傳動(dòng)比。此時(shí)ig=1.0；i0表示主減速器傳動(dòng)比。

確定傳動(dòng)比上限即最大傳動(dòng)比時(shí)，得要考慮：最大爬坡度、附著條件和車輛的最低穩(wěn)定車速。以10km/h的車速在坡度為i=25%（即坡度角α≈14.04°）為前提，帶入下式：
 
（6）
 
式中，Ttq_max-驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)矩；αmax-最大爬坡度。經(jīng)計(jì)算可以得出itmax=17.2，ig1=2.92。

1.5 純電動(dòng)垃圾壓縮車車載電池參數(shù)匹配

選用峰值功率足夠大，短時(shí)間內(nèi)能大功率充放電，循環(huán)壽命長(zhǎng)，能量密度高的鋰電池。根據(jù)行駛里程165km的要求，來(lái)計(jì)算車載電池的容量。設(shè)定純電動(dòng)垃圾車滿載，以u(píng)a=40 km/h的車速行駛，則此時(shí)所需要的運(yùn)行總功率為：

 （7）
 
則純電動(dòng)垃圾壓縮車滿載行駛165km時(shí)，所需要的總的能量為W=P40 t=P40(S/ua)=160kwh。考慮到可能的車載附件消耗，則總的能量為取為W=180kwh。

2 純電動(dòng)垃圾壓縮車性能仿真分析

使用仿真軟件Advisor 2002對(duì)匹配好的整車動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行仿真。設(shè)置動(dòng)力電池初始SOC為0.8，在UDDS行駛工況下，進(jìn)行速度跟隨仿真和動(dòng)力性能仿真。

圖3 仿真結(jié)果

由圖3仿真結(jié)果可知，匹配得到的動(dòng)力系統(tǒng)，能夠很好的跟隨UDDS行駛工況，最高車速、最大爬坡度和0-45km/h加速時(shí)間，均符合設(shè)計(jì)要求。其中最高車速達(dá)到71.2km/h，最大爬坡度達(dá)到26.3%和0-45km/h加速時(shí)間達(dá)到6.2s。仿真全程11.91km，單個(gè)工況循環(huán)SOC值下降0.78。在車速較低時(shí)，能夠完全達(dá)到UDDS工況要求，僅在急加速時(shí)仍有缺陷，這主要是設(shè)計(jì)的整車最大加速度略低于UDDS工況中的最大加速度。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)純電動(dòng)垃圾壓縮車進(jìn)行了性能仿真，分析了純電動(dòng)垃圾壓縮車UDDS工況下的動(dòng)力性能，得知了仿真結(jié)果能夠基本符合原型車的性能要求，說明了上文動(dòng)力系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)合理有效。本文設(shè)計(jì)的車型，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在整車電子控制系統(tǒng)的控制下，達(dá)到了重型車的動(dòng)力性能標(biāo)準(zhǔn)，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，其經(jīng)濟(jì)性也有了明顯的提升。
 
 
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