当电动汽车处于最大爬坡度时， 设此时的坡 度角为 α max ， 则滚动阻力 F f = mgfcos （ α max ） ， 坡度 则有： 阻力 F i = mgsin（ α max ） ， i g_max ≥
(F
f
+ Fw + Fi ) r T max η t
（ 5）
另外， 根据电机阻力系数， A 为汽 车 迎 风 面 积 力（ N） ， （ m2 ） ， u a 为汽车行驶车速 （ km / h ） ； F i = mgsin （ α ） 为坡度阻力 （ N ） ； F j = δm
图5 功率随坡度、 车速变化曲线
du 为加速阻力 （ N ） ， δ为 dt
du δ ＞ 1， 为 行 驶 加 速 汽车旋 转 质 量 换 算 系 数， dt
第 27 卷
第1 期
重 庆 理 工 大 学 学 报（ 自然科学）
Journal of Chongqing University of Technology（ Natural Science）
2013 年 1 月
Jan． 2013 Vol． 27 No． 1
15 李红朋， 等： 基于工况分析法的电动汽车参数匹配 的次数之和； N a 为该循环工况所包含的所有负荷 功率点在整个时间历程内出现的次数总和 。 间处于过载状态， 应当在设计驱动电机额定功率 时考虑坡度的影响。根据我国高速公路路线设计 规范， 高速公路平原微丘区最大纵坡为 3% ， 山岭 重丘区为 5% 。 可以取 i = 3% 对额定功率进行修 正， 得到 P = 15． 583 7 kW， 取 P norm = 16 kW。 这 样， 电机的额定功率可以覆盖长时间连续运行工 且有一定的余量， 以保证额定 况所需的功率范围， 工况下电机有一定的后备功率。
－2 度（ m·s ） 。
由图 5 可以得到， 电动汽车在实际道路行驶 过程中， 道路纵向坡度对需求功率有较大的影响。 为了保证电动汽车在驾驶过程中不会让电机长时
设传动系统总传动比为 i g ， 根据最高车速与 电机峰值转速的关系， 有：
16 重庆理工大学学报 i g_min ≤ 0 ． 377 N max r u max （ 4） 大小。 （ 9 ） 对加速性能的分析可以得到 根据式（ 8 ） 、 电动 汽 车 0 ～ 50 km / h 加 速 时 间 关 系， 如图 6 所示。
2
传动系统速比分析
驱动电机的额定转速选择是非常重要的， 不
图4
NEDC 循环工况功率分布
仅关系到驱动电机的恒转矩区和恒功率区调速范 围的大小， 还影响电机的效率分布情况， 同时还决 定了驱动电机的峰值扭矩大小， 进而影响电机的 爬坡性能和加速性能。设电机的额定转速为 N norm （ r / min） ， 则有： β = N max N norm （ 2）
［6 ］
市郊工况的试验循环（ NEDC ） 。
。典型工况分析根据所设计车辆运行的
图1 NEDC 循环工况
循环工况进行分析； 特征工况分析包括最高车速、 最大爬坡度、 起步加速性能要求、 超车和长时间上 下坡道等工况分析。 本文首先研究了典型工况下电动汽车负荷功 得到了驱动电机额定功率及峰值功 率分布情况， 率匹配方法。 其次分析了电动汽车特征工况， 得 进一步确定了 到驱动电机和传动系统耦合关系， 传动系统挡位数和速比以及驱动电机的恒功率扩 大系数。 参考车型的基本参数以及整车的设计要求如 表 1 所示。
收稿日期： 2012 － 11 － 02 基金项目： 重庆市自然科学基金重点资助项目（ CSCTjjA60001 ） 作者简介： 李红朋（ 1979 —） ， 男， 湖南安仁人， 硕士， 主要从事车辆动力传动与控制研究 。
14 重庆理工大学学报 虑传动系统速比对汽车动力性能的影响。 对于电 4 － 5］提出以最高车速 文献［ 机额定功率的选择， 对应的功率作为额定功率， 但这只是包含了所有 并没有考虑实际道路 匀速行驶工况所需的功率， 的坡道以及电机在不同转速下的效率问题 。 汽车工况分析的目的是获得车辆的动力功率 需求， 根据车辆的动力和功率需求可以得出整车 对各总成系统的动力性能 和 系 统 功 率 的 最 低 要 特征工 求。工况分析法主要包括典型工况分析、 况分析
doi： 10． 3969 / j． issn． 1674－8425（ z） ． 2013． 01． 003
基于工况分析法的电动汽车参数匹配
1 2 2 李红朋 ， 胡明辉 ， 谢红军 ， 王
斐
2
（ 1． 湖南南车时代电动汽车股份有限公司 ， 湖南 株洲 412007 ； 2． 重庆大学 机械传动国家重点实验室 ， 重庆 400044 ） 摘 要： 分析了电动汽车在给定循环工况下负荷功率的分布情况， 进而对驱动电机的额定
( F + F + F ) u max i g_max f w i ≥ i g_min 3 600 P max η t β
P max × 9 550 N norm
（ 6）
（ 7）
功率进行了匹配。考虑到实际道路具有一定的坡度， 因而对驱动电机的额定功率进行修正， 以 满足汽车在实际行驶过程中的功率需求 。根据对特征工况的分析， 得到电动汽车驱动电机的峰 值功率以及恒功率扩大系数匹配原则 ， 确定了传动系统挡位数及速比大小 。 关 键 词： 电动汽车； 参数匹配； 工况分析法 文献标识码： A 文章编号： 1674 － 8425 （ 2013 ） 01 － 0013 － 05 中图分类号： U462． 2
就整个 NEDC 循环工况而言， 整车在 100 ～ 120 km / h 加速末时刻电动汽车需求功率达到最大
－2 值， 为 34． 340 7 kW， 加速度为 1 m·s ， 加速时间
可 以 初 步 设 计 电 机 的 峰 值 功 率 P max = 为 20 s， 35 kW。 在 NEDC 循环工况中， 负荷功率为 0 ～ 8 kW， 占整个循环工况的概率为 74． 93% ， 这主要是由 0 ～ 70 km / h 的各等速行驶工况、 加速运行工况需 求功率组成； 电动汽车以 0 ～ 70 km / h 运行时各工 况所需时间占据整个试验循环时间的 84． 51% 。 所以， 本文采用 70 km / h 等速行驶所需功率作为 额定功率。考虑到实际工况中道路有一定的纵向 坡度， 图 5 为功率随坡度、 车速度变化曲线。
［8 ］ ［7 ］
。 本文选择 一样，
i g 为传动系统总的传动比， η t 为驱动 矩（ N·m） ， r 为车轮半径 （ m ） ； F f = mgfcos （ α ） 为滚 系统效率， m 为整车质量（ kg） ， g 为重力加速度， 动阻力（ N） ， f 为滚动阻力系数， α 为坡度； F w = C D Au2 a 为空气阻 21 ． 15
Study on the Electric Vehicle Parameters Matching Based on the Conditions Analysis
LI Hongpeng1 ，HU Minghui2 ，XIE Hongjun2 ，WANG Fei2
（ 1． Hunan CSR Times Electric Vehicle Co． Ltd，Zhuzhou 412007 ，China； 2． The State Key Laboratory of Transmission，Chongqing University，Chongqing 400044 ，China） Abstract： The distribution of required power when electric vehicle drive on driving cycle was analyzed ，and the motor’ s rated power was matched． Then，taking the road slope into consideration，the drive motor’ s rated power was modified to meet the power requirement． Based on the analysis results of individual driving cycle，the matching rule between motor peak output power and constantpowerexpanding coefficient was obtained，and the transmission system and ratio values were determined． Key words： electric vehicle； parameters matching； conditions analysis 随着全球环境的不断恶化与资源压力的不断 各国对纯电动汽车的研究越来越重视。 我 增加， “十二五规划 ” 中明确指出， 纯电动汽车是我 国在 国未来汽车发展的方向。 驱动电机作为纯电动汽 其性能参数对整车的动力性和 车的唯一动力源， 经济性有很大的影响； 另外， 传动系统参数也对电 动汽车的动力性能有着至关重要的影响。 所以， 驱动电机和传动系统参数的合理匹配具有非常重 1 － 2］ 提出采用汽车动力性所要 要的意义。文献［ 3］ 求的峰值功率作为电机的峰值功率 ， 文献［ 提出 根据电机的额定功率乘以过载系数来确定电机的 但这样选择的电机峰值功率并没有考 峰值功率，
表1 整车参数 整备质量 / kg 满载质量 / kg 空气阻力系数 迎风面积 / m 车轮半径 / m 滚动阻力系数 旋转质量换算系数 最高车速 / （ km·h 0 ～ 50 km·h
－1 －1 2
利 用 Matlab / Simulink 建 立 电 动 汽 车 整 车 模 型， 如图 2 所示。 采用后向仿真得到电动汽车在 不同时刻的负荷功率， 仿真结果如图 3 所示。