20 世纪末以来，能源危机和汽车尾气排放成为 制约传统汽车业发展的 2 大技术问题，而电动汽车可 以实现零排放及能源的合理利用，其动力性指标完全 可以达到内燃机汽车的要求，因此，电动汽车必然成 为 21 世纪重要的新型绿色环保交通工具 [1]。近年来 关于纯电动汽车的研究主要集中在动力电池等能量存 储系统和电驱动系统控制策略的开发方面，在动力电 池和其他技术取得有效突破之前，对动力系统部件的 设计参数进行研究是提高电动汽车性能的重要手段之
c nmax/nN ≤ 1.8 图 2 电动汽车功率平衡图
P/kW
5
动力性能仿真
根据整车布置和设计方案，以广泛应用于电动汽
5.1 动力性能仿真
0 uN umax
ua/(km/h)
车动力性仿真的 ADVISOR 软件进行仿真计算，建立 整车和关键部件（电机、电池和减速器等）的仿真模 型，建立模型的基本步骤包括选择车辆和部件模块， 进行各部件间的机械、电器和信号连接，输入各模块 主要参数等。 动 力 性 仿 真 选 用 美 国 环 境 保 护 署 EPA 制 订 的 城 市 道 路 循 环 UDDS（Urban Dynamometer Driving Schedule）作为道路循环工况，该工况时间为 1 369 s， 距离 11.99 km，要求最高车速为 91.25 km/h，平均车 速 31.51 km/h。仿真的车速情况，如图 3 所示。 （下转第 52 页）
一般电动汽车应具备 30% 的爬坡能力。 由最高车速和电机最高转速对应的电机扭矩决定 的 imax 为 [2]：
(mgf + FW )r imax = TMSmaxη T 式中： FW——最高车速下电动汽车的空气阻力，N； TMS max——电机最高转速下对应的输出转矩，
N·m。 综上，确定驱动电机额定转速 nb=2 500 r/min， 最高转速 nmax=6 000 r/min，额定转矩 Tr=75 N·m，最 大转矩 Tmax=115 N·m。 4.3 减速器挡位的确定 采用交流驱动系统时，需要考虑 2 个主要的动力 与阻力平衡点：一是以常规行驶车速等速平地行驶的 转矩平衡点；二是最高车速时的转矩平衡点。它们对 电动汽车的传动系挡位数的选择产生重要影响。理论 上，应使电动汽车的常规车速落在基频上，以直接挡 获得最高车速，功率平衡点在等功率段上 。电动汽 车功率平衡图，如图 2 所示，图 2 中，Pe 和 (Pf+Pw)/ηT 分别为电机功率和摩擦阻力与空气阻力对应阻功率， nN 为电机基频，uN 为电机基频对应车速，umax 为电机 最高转速对应的车速。
np =
Pe max
式中： P 峰——电机峰值功率，kW； P 额——电机额定功率，kW； λ——电机过载系数。 根据 Pe max 选择驱动电机的峰值功率，文章选择 P 额 =10 kW，P 峰 =30 kW。 2.2 电机最高转速和额定转速选择与匹配 驱动电机的额定转速（nb）和最高转速（nmax） 的 选 取 应 符 合 驱 动 电 机 的 转 矩 转 速 特 性 要 求， 如
[2] 一 。动力系统参数选择或匹配不当，对电动汽车的
速 80 km/h， 最 大 爬 坡 度 30%， 续 驶 里 程 110 km， 0 ～ 60 km/h 加速时间 20 s。相关整车参数，如表 1 所 示。
表 1 电动汽车整车相关参数 基本技术参数 整备质量 /kg 迎风面积 /m2 车轮滚动半径 /m 风阻系数 质量转换系数 传动效率 滚动阻力系数 参数值 1 150 1.6 0.283 0.3 1.04 0.93 0.015
T / e N
wb
整车的动力性能指标要求。 的确定 4.1 最小传动比 （imin） 由电机最高转速和最高行驶车速确定的 imin 为：
ᣁᅾ nb nmax
nmax r umax n 式中： max——电机最高转速，r/min； umax——电动汽车最高车速，km/h。 imin = 0.377
的确定 4.2 最大传动比 （imax）
(Pf+PW)/ηT ig=1 A Pe B
[4]
0
uN
ua/(km/h)
umax
1）电机最高转速和基频能满足 nmax/nN ≥ 2.5， 电机从基频向上调速的范围足够大，此时选择 1 个挡 位即可，其功率平衡图，如图 2a 所示。在设计计算 时，先确定图 2a 中的 B 点和 A 点，再根据 A 点计算 传动系总传动比 iΣ，由于仅选用 1 个挡位，可以计算 出主减速器传动比。此时应注意变频范围也不宜过 大，一般考虑最高车速对应的电机转速在其最高转速 的 90% ～ 95%。 2）电机最高转速和基频不满足 nmax/nN ≥ 2.5， 不够大，此时应考虑增加 1 个挡位，其功率平衡图， 如图 2b 所示，此时需要根据 i∑=i0×ig 合理分配主减 速器传动比和变速器各挡传动比。 3）电 机从 基 频向 上 调 速的 范 围 比 较 窄，满足 nmax/nN ＜ 1.8，增加 1 个挡位后在等功率段车速无法 衔接起来，如图 2c 所示，当车速达到 C 点后，进入 等转矩工作区，经过 D 点和 E 点进入等功率区，也 可以考虑增加 1 个挡位，传动比设计计算方法同 1） 和 2）。 4） 如出现第 3 种情况， 应考虑重新选择电机参数。 文章中 nmax/nN ≥ 2.5，此时选择 1 个挡位即可。
2
驱动电机参数选择与匹配
驱动电机是电动汽车行驶的动力源，电机参数匹
动力性、经济性和续驶里程等都将有显著的影响。
1
电动汽车动力系统设计要求
电动汽车的动力性主要取决于动力系统参数匹
配主要包括电机的峰值功率和额定功率、电机的最高 转速和额定转速等。 2.1 电机峰值功率及额定功率的匹配 电机的功率大小直接关系到电动汽车动力性的好 坏。电机功率越大，电动汽车的加速性和最大爬坡度
n SNJO
图 1 驱动电机扭矩转矩特性
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Auto Engineer
技术聚焦 FOCUS
2011 年 5 月
技术看点
(Pf+PW)/ηT A P/kW ig>1 C E D ig=1 B Pe
由最大爬坡度和最大输出扭矩决定的 im + sin α max ) r imax = Ttq maxη T 式中： Ttq max——电机最大输出扭矩，N·m。
Pc =
2 3 1 δ m ua + mgf ua t a + C D Aua t a 3 600t a η T 1.5 21.15 × 2.5 2 ta

式中： r——汽车轮胎滚动半径，m； imax——传动系统最大传动比。
式中： umax——最高车速，km/h； ηT——传动系机械效率； m——电动汽车整备质量，kg； f——滚动阻力系数； CD——空气阻力系数； A——迎风面积，m2； αmax——最大爬坡度，（º）； ui——爬坡车速，km/h； ua——汽车的加速末速度，km/h； ta——汽车加速时间，s。 电机的峰值功率与额定功率的关系为：
Selecting and Matching on Power Train Parameters of Pure Electric Vehicles
Abstract: The parameter selecting and matching of power train has great impacts on dynamic property and fuel economy of electric vehicle. On the basis of theoretic calculation and engineering analysis, parameter matching of motor, battery and gear ratio of drivetrain are conducted. And the impacts on the performance of electric vehicle that the parameters’ selecting and matching would have made are analyzed. ADVISOR simulation results indicate that the selected power train parts can meet the requirements of dynamic performance after matching with electric vehicles, It provides reference for selecting and matching on power train parameters of pure electric vehicles. Key words: Electric vehicle; Power train; Parameter matching; Dynamic simulation
配，包括动力电池、驱动电机及传动系统控制器等部 件。 根 据 设 计 要 求， 文 章 设 计 的 电 动 汽 车 最 高 车 - 36 -
第5期
Feature
FOCUS 技术聚焦
Auto Engineer
越好，但电机的体积和质量也会相应地增加，同时电 机不能经常保持在高效率区工作，降低了电动汽车的 能量利用率，降低了汽车的续驶里程。驱动电机的最 大功率（Pe max）必须满足最高车速时的功率（Pe）、
Auto Engineer
2011(5)
FOCUS 技术聚焦
技术看点
纯电动汽车动力系统参数 选择与匹配
熊明洁 1 胡国强 2 闵建平 2 （1. 武汉理工大学汽车工程学院；2. 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室）
摘要： 动力系统参数选择与匹配对电动汽车的动力性和经济性会产生很大的影响。文章在理论计算和工程分析的基 础上，对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配，分析了纯电动汽车传动系参数的选择对电动汽车性能的 影响。ADVISOR 仿真结果表明，所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求。为纯电动汽 车动力系统参数选择与匹配提供了参考。 关键词： 电动汽车； 动力系统； 参数匹配； 动力性仿真