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純電動垃圾壓縮車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究
2020-03-27 09:47:44· 來源：EDC電驅未來 作者：吳煜鍇
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純電動垃圾壓縮車由驅動電機提供前行動力，電機也是專用機構的動力來源，能夠實現(xiàn)整車零排放，能源利用率高，同時具有運行噪音小，整車動力系統(tǒng)結構簡單等優(yōu)點。
1 純電動垃圾壓縮車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配及選型
在性能仿真前，進行動力系統(tǒng)各個組件的選型和參數(shù)匹配是是關鍵環(huán)節(jié)。各組成部分之間不是獨立的而是相互關聯(lián)的，其中一個組件定型后會給后續(xù)的選型帶來影響。根據(jù)原型車所提供的整車參數(shù)和動力性能指標要求，結合整車在行駛過程中的受力情況分析，對整車動力系統(tǒng)各部件主要參數(shù)進行計算。
1.1 整車參數(shù)及性能指標
所研究的純電動壓縮車是一款重型專用車，以驅動電機為驅動裝置，為了使得整車具有更好的經(jīng)濟性和能源利用率，增加整車后備功率提升動力性能，在整車中采用多檔傳動。
1.2 純電動垃圾壓縮車的受力分析
在正常的行駛過程中，純電動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。純電動垃圾壓縮車電機所提供的行駛驅動力必須克服汽車在行駛過程中所受到的行駛阻力。根據(jù)所學習過的內容對在行駛過程中的純電動垃圾壓縮車進行受力分析，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-滾動阻力；Fi-坡度阻力。
圖1 純電動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)
1.3 純電動垃圾壓縮車驅動電機匹配
可以通過汽車功率平衡方程式，進行電機功率的確定。根據(jù)最高車速，最大爬坡度和0-45km/h的加速性能的要求，對汽車功率平衡方程進行相應的變換分析，得到滿足整車性能的最大功率。
表2 性能指標
（3）①滿足最高車速要求時，i=0，且du/dt=0；
②滿足最大爬坡度要求時，此時的行駛車速為10km/h，du/dt=0；
③滿足加速度要求時，此時i=0，公式轉換為：
（4）取電機的峰值功率近似為Pm≈max{P1 ,P2,P3 }=180kw。并選用響應迅速、效率高和可靠性高的永磁同步電機。電機各參數(shù)如下表所示：
表3 驅動電機參數(shù)
1.4 純電動垃圾壓縮車傳動系傳動比的計算及確定
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)濟型。純電動汽車的變速器不同于傳統(tǒng)汽車需要設置很多檔位，常見的有使用二檔變速器就能達到行駛要求。一般，車輛都以最高檔行駛最為頻繁，車輛的最高檔設為直接檔，傳動比為1，所以此時傳動系的傳動比即為主減速器傳動比。
（5）式中，it-傳動系統(tǒng)總傳動比；ig-變速器傳動比。此時ig=1.0；i0表示主減速器傳動比。
確定傳動比上限即最大傳動比時，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-驅動電機的最高轉矩；αmax-最大爬坡度。經(jīng)計算可以得出itmax=17.2，ig1=2.92。
1.5 純電動垃圾壓縮車車載電池參數(shù)匹配
選用峰值功率足夠大，短時間內能大功率充放電，循環(huán)壽命長，能量密度高的鋰電池。根據(jù)行駛里程165km的要求，來計算車載電池的容量。設定純電動垃圾車滿載，以ua=40 km/h的車速行駛，則此時所需要的運行總功率為：
（7）則純電動垃圾壓縮車滿載行駛165km時，所需要的總的能量為W=P40 t=P40(S/ua)=160kwh?？紤]到可能的車載附件消耗，則總的能量為取為W=180kwh。
2 純電動垃圾壓縮車性能仿真分析
使用仿真軟件Advisor 2002對匹配好的整車動力參數(shù)進行仿真。設置動力電池初始SOC為0.8，在UDDS行駛工況下，進行速度跟隨仿真和動力性能仿真。
圖3 仿真結果
由圖3仿真結果可知，匹配得到的動力系統(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加速時間，均符合設計要求。其中最高車速達到71.2km/h，最大爬坡度達到26.3%和0-45km/h加速時間達到6.2s。仿真全程11.91km，單個工況循環(huán)SOC值下降0.78。在車速較低時，能夠完全達到UDDS工況要求，僅在急加速時仍有缺陷，這主要是設計的整車最大加速度略低于UDDS工況中的最大加速度。
3 結束語
本文對純電動垃圾壓縮車進行了性能仿真，分析了純電動垃圾壓縮車UDDS工況下的動力性能，得知了仿真結果能夠基本符合原型車的性能要求，說明了上文動力系統(tǒng)的匹配設計合理有效。本文設計的車型，驅動電機在整車電子控制系統(tǒng)的控制下，達到了重型車的動力性能標準，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車，其經(jīng)濟性也有了明顯的提升。
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