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纯电动垃圾压缩车动力系统参数匹配与仿真研究

2020-03-27 09:47:44·  来源：EDC电驱未来  作者：吴煜锴  
　
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纯电动垃圾压缩车由驱动电机提供前行动力，电机也是专用机构的动力来源，能够实现整车零排放，能源利用率高，同时具有运行噪音小，整车动力系统结构简单等优点。

1 纯电动垃圾压缩车动力系统的参数匹配及选型

在性能仿真前，进行动力系统各个组件的选型和参数匹配是是关键环节。各组成部分之间不是独立的而是相互关联的，其中一个组件定型后会给后续的选型带来影响。根据原型车所提供的整车参数和动力性能指标要求，结合整车在行驶过程中的受力情况分析，对整车动力系统各部件主要参数进行计算。

1.1 整车参数及性能指标

所研究的纯电动压缩车是一款重型专用车，以驱动电机为驱动装置，为了使得整车具有更好的经济性和能源利用率，增加整车后备功率提升动力性能，在整车中采用多档传动。

1.2 纯电动垃圾压缩车的受力分析

在正常的行驶过程中，纯电动垃圾压缩车在行驶方向作用于汽车的各种外力一般没有变化。纯电动垃圾压缩车电机所提供的行驶驱动力必须克服汽车在行驶过程中所受到的行驶阻力。根据所学习过的内容对在行驶过程中的纯电动垃圾压缩车进行受力分析，建立汽车行驶平衡方程：

 
（1）
 
 
（2）
 
式中，Fj-是加速阻力；Fw-空气阻力；Ff-滚动阻力；Fi-坡度阻力。
 
图1 纯电动垃圾压缩车的基本系统组成
 
图2 汽车受力平衡图
 
表1 整车参数
纯电动垃圾压缩车动力系统参数匹配与仿真研究
 
1.3 纯电动垃圾压缩车驱动电机匹配
可以通过汽车功率平衡方程式，进行电机功率的确定。根据最高车速，最大爬坡度和0-45km/h的加速性能的要求，对汽车功率平衡方程进行相应的变换分析，得到满足整车性能的最大功率。
表2 性能指标
 
 
 
（3）
 

①满足最高车速要求时，i=0，且du/dt=0；

②满足最大爬坡度要求时，此时的行驶车速为10km/h，du/dt=0；

③满足加速度要求时，此时i=0，公式转换为：

 
（4）
 
取电机的峰值功率近似为Pm≈max{P1 ,P2,P3 }=180kw。并选用响应迅速、效率高和可靠性高的永磁同步电机。电机各参数如下表所示：

表3 驱动电机参数
 
1.4 纯电动垃圾压缩车传动系传动比的计算及确定

采用多档传统，可以增加整车的后背功率，提高能源的利用率，有利于整车的经济型。纯电动汽车的变速器不同于传统汽车需要设置很多档位，常见的有使用二档变速器就能达到行驶要求。一般，车辆都以最高档行驶最为频繁，车辆的最高档设为直接档，传动比为1，所以此时传动系的传动比即为主减速器传动比。
 

（5）
 
式中，it-传动系统总传动比；ig-变速器传动比。此时ig=1.0；i0表示主减速器传动比。

确定传动比上限即最大传动比时，得要考虑：最大爬坡度、附着条件和车辆的最低稳定车速。以10km/h的车速在坡度为i=25%（即坡度角α≈14.04°）为前提，带入下式：
 
（6）
 
式中，Ttq_max-驱动电机的最高转矩；αmax-最大爬坡度。经计算可以得出itmax=17.2，ig1=2.92。

1.5 纯电动垃圾压缩车车载电池参数匹配

选用峰值功率足够大，短时间内能大功率充放电，循环寿命长，能量密度高的锂电池。根据行驶里程165km的要求，来计算车载电池的容量。设定纯电动垃圾车满载，以ua=40 km/h的车速行驶，则此时所需要的运行总功率为：

 （7）
 
则纯电动垃圾压缩车满载行驶165km时，所需要的总的能量为W=P40 t=P40(S/ua)=160kwh。考虑到可能的车载附件消耗，则总的能量为取为W=180kwh。

2 纯电动垃圾压缩车性能仿真分析

使用仿真软件Advisor 2002对匹配好的整车动力参数进行仿真。设置动力电池初始SOC为0.8，在UDDS行驶工况下，进行速度跟随仿真和动力性能仿真。

图3 仿真结果

由图3仿真结果可知，匹配得到的动力系统，能够很好的跟随UDDS行驶工况，最高车速、最大爬坡度和0-45km/h加速时间，均符合设计要求。其中最高车速达到71.2km/h，最大爬坡度达到26.3%和0-45km/h加速时间达到6.2s。仿真全程11.91km，单个工况循环SOC值下降0.78。在车速较低时，能够完全达到UDDS工况要求，仅在急加速时仍有缺陷，这主要是设计的整车最大加速度略低于UDDS工况中的最大加速度。

3 结束语

本文对纯电动垃圾压缩车进行了性能仿真，分析了纯电动垃圾压缩车UDDS工况下的动力性能，得知了仿真结果能够基本符合原型车的性能要求，说明了上文动力系统的匹配设计合理有效。本文设计的车型，驱动电机在整车电子控制系统的控制下，达到了重型车的动力性能标准，相比于传统的燃油汽车，其经济性也有了明显的提升。
 
 
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