纯电动环卫车动力传动系统参数匹配及仿真优化（一）
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目录
第1章 绪 论
1.1 选题的背景及意义
1.2 纯电动环卫车动力传动系统构型
1.3 整车性能仿真与速比优化研究现状
1.3.1 整车性能仿真研究现状
1.3.2 动力传动系统多挡化研究现状
1.3.3 速比优化研究现状
1.4 主要研究内容
第 2 章 电驱动桥式纯电动环卫车参数匹配
2.1 纯电动环卫车整车性能设计指标
2.1.1 整车性能需求分析
2.1.2 整车性能设计指标
2.2 中央电机驱动桥参数匹配与选型
2.3 驱动电机参数匹配与选型
2.3.1 驱动电机参数匹配
2.3.2 驱动电机选型
2.4 动力电池参数匹配与选型
2.4.1 动力电池参数匹配
2.4.2 动力电池选型
2.5 电驱动桥式纯电动环卫车底盘总布置
2.6 本章小结
第 3 章 电驱动桥式纯电动环卫车动力性和经济性仿真分析
3.1 软件介绍
3.2 整车模型的搭建
3.2.1 整车模型的搭建
3.2.2 模型参数设置
3.3 仿真计算与结果分析
3.3.1 仿真计算任务设定
3.3.2 仿真及结果分析
3.4 本章小结
第 4 章 四挡AMT 纯电动环卫车动力性和经济性仿真及对比分析
4.1 四挡AMT 纯电动环卫车参数匹配
4.1.1 驱动电机参数匹配与选型
4.1.2 四挡AMT 和驱动桥参数匹配与选型
4.2 四挡AMT 纯电动环卫车换挡规律设计
4.2.1 换挡规律分类
4.2.2 动力性换挡规律设计
4.2.3 经济性换挡规律设计
4.2.4 综合换挡规律设计
4.3 四挡AMT 与电驱动桥式纯电动环卫车对比分析
4.3.1 150kW 驱动电机整车动力性和经济性仿真分析
4.3.2 100kW 驱动电机整车动力性和经济性仿真分析
4.3.3 仿真结果对比
4.4 本章小结
第 5 章 四挡AMT 纯电动环卫车速比优化
5.1 传动系统优化数学模型的建立
5.1.1 优化目标的确定
5.1.2 优化变量的选择及优化范围
5.1.3 优化约束条件的建立
5.2 基于- 的速比优化
5.2.1 软件介绍
5.2.2 优化算法的选择
5.2.3 联合仿真优化模型的建立
5.2.4 优化过程及结果
5.3 优化前后整车性能对比分析
5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
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2.1 纯电动环卫车整车性能设计指标
2.1.1 整车性能需求分析
纯电动汽车经济性能水平最直观的便是用单次充电续驶里程或能量消耗率来进行表征，这在我国对于纯电动汽车的续驶里程和能量消耗测算方法国标中已有规定。国标中，单次充电续驶里程是指纯电动汽车按标准充电至满电状态，然后在某一运动工况需求下行驶，所能达到的单次充电**行驶里程，单位为km。根据《GBT 18386-2017 电动汽车 能量消耗率和续驶里程 试验方法》规定，对于本次开发的总质量为 的纯电动环卫车，等速法为实车在道路上进行40km/h 的等速试验，工况法为在底盘测功机上采用C-WTVC 工况进行试验。
通过前期市场调研，得知市场对8 吨纯电动环卫车的经济性需求为：半载40km/h 等速工况单次充电续驶里程不低于300km，而对C-WTVC 工况续驶里程暂时没有具体要求。
2.1.2 整车性能设计指标
整合市场对8 吨纯电动环卫车的动力性和经济性需求，可以得出整车动力性和经济性设计指标要求，如表2.1 所示。
本次开发的纯电动环卫车整车基本参数如表2.2 所示。
2.2 中央电机驱动桥参数匹配与选型
由于开发的8 吨纯电动环卫车选用电驱动桥驱动方式，故首先需要匹配一款适用于该车的中央电机驱动桥。目前选用的是电驱动桥，其公司主要电驱动桥产品如表2.3 所示。
从表2.3 中可以看出，项目开发的总质量为 的纯电动环卫车，可以选用其5t 中央电机驱动桥。5t 中央电机驱动桥的内部含有三级减速，减速比分别为1.875、2.087、3.455，各级减速效率均为99%，故总减速比为13.52，总效率为97%。采用电机和电驱动桥集成式方案，电机输出的动力直接传递给驱动桥，能提高整个系统效率，而且降低了动力传动系统的重量，实现了轻量化。
中央电机驱动桥传动系齿轮全部采用斜圆柱齿轮快霸机器人，能实现正反两个方向传动力矩一致，能提高传动系电制动能力，制动能量回收率高。5t 中央电机驱动桥三维图如图2.1 所示无人机器人，主要技术参数如表2.4 所示。
2.3 驱动电机参数匹配与选型
与传统车相似，纯电动环卫车的动力性主要有三个方面的评价指标，即：最高车速、**爬坡度和加速时间。在匹配驱动电机时，以这三个动力性指标为约束条件，并根据表2.2 的整车基本参数，以及表2.4 中的5t 中央电机驱动桥速比，来计算驱动电机的基本参数需求，基本参数主要包括：峰值功率、额定功率、峰值转矩、额定转矩、峰值转速、额定转速。
2.3.1 驱动电机参数匹配
（1）驱动电机峰值功率的选择
电机具有一定的过载能力，可以在短时间内以峰值功率运行，所以纯电动汽车常以电机的峰值功率作为纯电动汽车的后备功率无人扫地机，后备功率过大会导致电机的功率浪费，并导致电机长期处于低效率区运行，降低系统效率，导致经济性能下降；过小则会导致不能满足汽车的动力性能要求[40]。在《GB/T 18385-2005 电动汽车动力性能试验方法》中，将最高车速、加速时间、**爬坡度作为车辆动力性的评价指标。因此驱动电机的峰值功率应同时满足车辆的最高车速、加速时间、**爬坡度的要求，取三者中的**值，转化为表达式为
（a）最高车速
最高车速是指在特定试验条件下能够实现的最高平均车速，是考察纯电动汽车高速行驶能力的重要指标。最高车速对应的电机峰值功率主要考虑汽车行驶过程中的滚动阻力和空气阻力，即最高车速对应的驱动电机功率需求为
（b）加速时间
汽车从某一车速加速至另一车速所需的时间体现了其加速性能的优良，加速时间是衡量汽车加速性能的一个重要指标。总质量为 的纯电动环卫车，属于N2 类车辆，即至少有4 个车轮，或有3 个车轮，且厂定**总质量超过3.5t洗地机，但不超过12t 的载货车辆。根据《GB/T 18385-2005 电动汽车动力性能试验方法》规定，N2 类纯电动汽车应进行0-30km/h 加速性能试验以及30-50km/h 加速性能试验。其中0-30km/h 的加速时间体现了纯电动汽车在起步过程中的加速能力，30-50km/h 的加速时间则反应了纯电动汽车在中等车速行驶过程中的超车能力。在本文中，综合对比市面上现有纯电动专用车的加速性能，本次项目开发的纯电动环卫车暂定加速性能要求为0~50km/h 加速时间不大于10s。车辆0~50km/h 加速时间不大于10s 对应的驱动电机需求功率为
（c）**爬坡度
爬坡能力所表征的是车辆在某一恒定车速下所能克服的坡度。根据市场调研，对开发的纯电动环卫车爬坡度要求为：在10km/h 的车速下，**爬坡度不低于20%。满足车辆**爬坡度要求对应的驱动电机需求功率为
（2）驱动电机额定功率的选择
驱动电机的额定功率，是指电机在额定运行条件下，转轴上输出的机械功率。如果电机额定功率过大，当电机负荷过小时，就相当于大马拉小车，此时经济性较差；如果电机额定功率过小，就会造成电机很多时候都在过载运行，这时电机的温升会急剧上升，甚至烧毁电机[42]。
电机额定功率主要根据最高车速所对应的需求功率来选择。与加速和爬坡工况的区别在于，在实际行驶工况中，车辆经常以最高车速匀速行驶，而加速和爬坡的时间相对来说较短，所以当车辆以最高车速行驶时，驱动电机应该处于额定功率运行状态[43]。所以通常以车辆的最高设计车速所需功率来设定驱动电机额定功率的下限值。则驱动电机额定功率
（3）驱动电机额定转速的选择
驱动电机的额定转速对应车辆的常用车速，开发的纯电动环卫车的行驶车速较低，根据市场调研得知环卫车的常用车速为40km/h，则驱动电机额定转速
（4）驱动电机峰值转速的选择
驱动电机的峰值转速应满足最高车速的需求，且具有100r/min 的冗余量，峰值转速nmax
代入数据，得nmax≥8375 r/min。
（5）驱动电机额定转矩的选择
电机的额定转矩和额定功率、额定转速相关，额定转矩计算公式为
（6）驱动电机峰值转矩的选择
纯电动环卫车的**爬坡度要求直接决定了驱动电机的峰值转矩需求，根据整车动力性设计指标里的**爬坡度要求，即在10km/h 车速下的**爬坡度不低于20%，可得驱动电机峰值转矩。
综上可得，驱动电机基本参数的最低需求匹配结果如表2.5 所示。
注：表中所计算得到的参数已初步圆整。
2.3.2 驱动电机选型
驱动电机的性能直接影响纯电动环卫车的整车动力性和经济性，因此驱动电机的选型显得尤为重要。具有较高的可靠性、耐久性、适应性是纯电动汽车对驱动系统的基本要求[45]。目前，直流电机、永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机是纯电动汽车上广泛应用的电机类型，因此，有必要对不同类型电机的性能进行对比分析，选择适用于纯电动环卫车上的驱动电机。四种类型驱动电机比较如表2.6 所示。
从表2.6 可以看出，相较于其他三种类型的电机，永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高，因此本文选用永磁同步电机。根据表2.5 的驱动电机参数匹配结果，可对市面上现有的驱动电机进行选型。由于对驱动电机的最高转速需求较高，没有现成的直驱电机可供选择，故针对纯电动环卫车的需求开发一款永磁同步直驱电机。最终电机厂家制定的电机技术方案如表2.7 所示，驱动电机型号为-40A-RA2，其三维图如图2.2 所示。
电机驱动电机的转矩-转速、功率-转速特性特性曲线如图2.3 所示，驱动电机平面、三维效率Map 图分别如图2.4、图2.5 所示。
由图2.5 可以看出，该款驱动电机的**工作效率为96%。经统计，该款驱动电机效率不低于80%的区域占总工作区的百分比不低于85%。
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未完，待续
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