山东德州学院汽车工程学院 胡乃永 于士军 张琦

1 引言

电动汽车是未来取代燃油汽车，成为人们代步工具的首要选择车型，具有广阔的发展前景。电动汽车驱动系统的设计目的是使电动汽车的动力性满足要求，即：最高车速vmax（km/h）、加速时间tf（s）、最大爬坡度imax满足设计要求。我国的电动汽车大多是建立在传统汽车的基础上改进而来。因此，本文将根据电机特性及实际应用来介绍电动汽车驱动系统参数设计[1]时的流程。

2 电动汽车动力性能的分析

2.1 行驶阻力

由于电动汽车在行驶过程中受到阻力，根据力的平衡关系建立电动汽车的行驶方程式：

式中，Ft为驱动力；ΣF为行驶阻力之和。

驱动力Ft是驱动电机的转矩Tm经传动系传到驱动轮上得到的。

2.2 电机功率

对汽车行驶方程式两边同时乘以电动汽车行驶的速度va，经过整理得：

在设计中一般通过最高车速来选择驱动功率。当电动汽车在水平路面上匀速行驶时，汽车仅受空气阻力Fw和滚动阻力Ff。此时，电动汽车的电机功率应大于等于最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。

电动汽车的瞬时功率Pm满足的车辆爬坡要求为：

2.3 最高车速

电动汽车设计中，最高车速计算公式为:

式中，imin表示最小传动比；nm(r/min)表示驱动电机工作转速；Ft(N)表示电动汽车的驱动力；nmax(r/min)表示驱动电机最高转速；vmax为车辆的最高车速。

2.4 加速时间

电动汽车加速时间计算方式，如下：

式中，v1（km/h） 表示起始车速；vn（km/h）表示额定转速对应的车速；v2（km/h）表示终止车速。

2.5 最大爬坡度

电动汽车的爬坡能力，计算公式为：

2.6 传动比

式中，ig表示变速器的传动比；i0表示主减速器的传动比。

当汽车爬较大坡时，汽车的车速较低，空气阻力可以忽略不计，此时电动汽车最大驱动力为：

在设计汽车传动系时，为了避免汽车在松软地面上行驶时可能对汽车造成损害，itmax应保证汽车在极低车速下稳定行驶。若最低车速为vamax，则传动系最小传动比应为：

3 电动汽车驱动系统参数设计

整体性能设计要求：

（1）最高车速 vmax≧100km/h；

（2）最大爬坡度imax≧30%；

（3）100m加速时间 tf≦16s；

（4）续驶里程S≧140km。

3.1 电机的选定

在最高车速为100km/h时，由公式（3），计算得Pm=16.6kw。当坡度较大时，驱动电机的输出主要用于克服阻力做功。由公式（4）可以计算出不用状态下电动汽车对电机的需求，如图1所示，当车速为40km/h，爬坡度为30%时，由公式（4）计算可得Pm=40.3kw。

图1 坡度为30%时驱动电机功率

选择20kw永磁同步驱动电机，主要参数如下:

名称 单位额定电压 270V额定功率 22kw瞬时最大功率 48kw额定转速 3500r/min最高转速 5500r/min额定扭矩最大扭矩71.8Nm 240Nm

本次设计的电动汽车主要应用于城市道路，坡度一般最大10°在左右。

3.2 传动比

由公式（9）计算得变速器1挡传动比ig1=1.7，最小传功比由公式（10）计算得imin=4.5，驱动电机最高转速比一般都大于或等于2，考虑到所用电机应结构较简单且电机可控性较好，故本次设计采用减速比为4.1的主减速器。

3.3 加速时间

根据公式（6）100m加速时间:tf=6.75+7.13=13.88s

式中，6.75s表示恒转矩加速时间；7.13s表示恒功率区加速时间。

4 结束语

驱动系统的匹配设计是电动汽车整体设计的第一步，也是电动汽车设计中非常重要的一步。本文根据理论应用对电动汽车驱动系统的参数进行了设计与计算。结果表明，用锂离子电池作为电动汽车的能源，可以满足最高车速、加速时间、最大爬坡度以及续驶里程等的设计要求。

[1]查鸿山,宗志坚,刘忠途等.纯电动汽车动力匹配计算与仿真[J].中山大学学报,2010年.

[2]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社,2009.

[3]陈全世.先进电动汽车技术[M].化学工业出版社,2007.

[4]姜辉.电动汽车传动系统的匹配及优化[J].哈尔滨工业大学,2006

[5]陈清泉,孙逢春,祝贺光等.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社,2004.