電動(dòng)汽車動(dòng)力性能分析與計(jì)算

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電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車之間的主要差別是采用了不同的動(dòng)力源，它由蓄電池提供電能，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛。電動(dòng)汽車的能量供給和消耗，與蓄電池的性能密切相關(guān)，直接影響電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程，同時(shí)影響電動(dòng)汽車行駛的成本效益。

電動(dòng)汽車在行駛中，由蓄電池輸出電能給電動(dòng)機(jī)，用于克服電動(dòng)汽車本身的機(jī)械裝置的內(nèi)阻力，以及由行駛條件決定的外阻力。電動(dòng)汽車在運(yùn)行過(guò)程中，行駛阻力不斷變化，其主電路中傳遞的功率也在不斷變化。對(duì)電動(dòng)汽車行駛時(shí)的受力狀況以及主電路中電流的變化進(jìn)行分析，是研究電動(dòng)汽車行駛性能和經(jīng)濟(jì)性能的基礎(chǔ)。

1、電動(dòng)汽車的動(dòng)力性分析

1.1電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力

電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩M，經(jīng)過(guò)減速齒輪傳動(dòng)，傳到驅(qū)動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩Mt，使驅(qū)動(dòng)輪與地面之間產(chǎn)生相互作用，車輪與地面作用一圓周力F0，同時(shí)，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生反作用力Ft.Ft與F0大小相等方向相反，F(xiàn)t方向與驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)方向一致，是推動(dòng)汽車前進(jìn)的外力，將其定義為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力。有：電動(dòng)汽車機(jī)械傳動(dòng)裝置是指與電動(dòng)機(jī)輸出軸有運(yùn)動(dòng)學(xué)聯(lián)系的減速齒輪傳動(dòng)箱或變速器、傳動(dòng)軸及主減速器等機(jī)械裝置。機(jī)械傳動(dòng)鏈中的功率損失包括：齒輪嚙合點(diǎn)處的摩擦損失、軸承中的摩擦損失、旋轉(zhuǎn)零件與密封裝置之間的摩擦損失以及攪動(dòng)潤(rùn)滑油的損失等。

1.2電動(dòng)汽車行駛方程式與功率平衡

電動(dòng)汽車在上坡加速行駛時(shí)，作用于電動(dòng)汽車的阻力與驅(qū)動(dòng)力始終保持平衡，建立如下的汽車行駛方程式：以電動(dòng)汽車行駛速度va乘以(2)式兩端，考慮機(jī)械損失，再經(jīng)過(guò)單位換算之后可得：或由（4）、（5）兩式可以看出，電動(dòng)汽車在行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率與體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)輪上的阻力功率始終保持平衡。將(4)變換可得：式中PM為電動(dòng)機(jī)的輸出功率。

用曲線圖表示上述功率關(guān)系，將電動(dòng)機(jī)的輸出功率、汽車經(jīng)常遇到的阻力功率與對(duì)應(yīng)車速的關(guān)系歸置在x-y坐標(biāo)圖上得到電動(dòng)汽車功率平衡圖如圖1所示。利用功率平衡可定性分析電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中的有關(guān)動(dòng)力性問(wèn)題，另外，根據(jù)功率平衡能看出電動(dòng)汽車行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率，所以經(jīng)濟(jì)性分析中也常用到它。

1.3電動(dòng)汽車動(dòng)力性能計(jì)算

與內(nèi)燃機(jī)汽車相似，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)有三種，即最高車速、最大加速能力和最大爬坡度。

汽車的最高車速是指汽車在無(wú)風(fēng)的條件下，在水平良好硬路面上所能到達(dá)的最高速度。電動(dòng)汽車的最高車速計(jì)算：滿足(7)式的最大值即為反映車輛動(dòng)力性的指標(biāo)Vamax。

汽車的加速能力用汽車原地起步的加速能力和超車加速能力表示，通常采用汽車加速過(guò)程中所經(jīng)過(guò)的加速時(shí)間和加速距離作為評(píng)價(jià)汽車加速性的指標(biāo)。電動(dòng)汽車的加速時(shí)間計(jì)算為：汽車的爬坡能力是指汽車在良好道路上以最低行駛車速上坡行駛的最大坡度。電動(dòng)汽車爬坡度的計(jì)算：2、電動(dòng)汽車主電路的負(fù)載電流分析

電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中，所需的阻力功率隨時(shí)都在變化，電動(dòng)機(jī)的輸出功率也將隨阻力功率的變化而變化。電動(dòng)汽車主電路中傳遞的電功率也是在不斷變化，但與所需的阻力功率始終保持平衡。通常，電動(dòng)汽車在運(yùn)行過(guò)程中，主電路中的電流變化較大，主電路電流的大小不僅影響系統(tǒng)的散熱與正常工作，而且直接影響蓄電池的放電性能與使用壽命，同時(shí)影響一次充電后的續(xù)駛里程。

當(dāng)采用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)汽車的主電路是指給電動(dòng)汽車行駛提供所需能量的電路，即動(dòng)力蓄電池組到控制器和逆變器之間的直流電路，以及逆變器與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)之間的交流電路，如圖2所示。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，我們?cè)诜治鲋麟娐返呢?fù)載電流時(shí)總是假定蓄電池的端電壓以及逆變器的輸出電壓保持不變。電動(dòng)汽車在平路上等速行駛時(shí)所需的功率換算至電機(jī)輸出軸為：假定電動(dòng)汽車主電路的電壓保持不變，根據(jù)圖2即可計(jì)算電動(dòng)汽車等速行駛工況的主電路負(fù)載電流。

電動(dòng)汽車主電路中的直流電路的負(fù)載電流為（假設(shè)逆變器的效率為ηMI，電動(dòng)機(jī)的效率為ηM）：電動(dòng)汽車主電路中交流電路的負(fù)載電流為：同樣，可以計(jì)算電動(dòng)汽車在加速行駛時(shí)的主電路的負(fù)載電流或在坡道上等速爬坡時(shí)主電路的負(fù)載電流。

3、結(jié)論

通過(guò)以上分析可以看出，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性與其行駛過(guò)程中的能量消耗密切相關(guān)，因此，應(yīng)當(dāng)通過(guò)提高動(dòng)力蓄電池的性能、降低滾動(dòng)阻力和空氣阻力的能耗等措施來(lái)提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能。

另外，由于行駛時(shí)電動(dòng)汽車主電路電流的大小直接影響蓄電池的放電性能與使用壽命，同時(shí)影響一次充電后的續(xù)駛里程，因此在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車時(shí)，應(yīng)綜合考慮電池的質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電壓和額定電流、加速性能、續(xù)駛里程及安全性能等因素，通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化來(lái)改進(jìn)電動(dòng)汽車的性能和降低成本。

作者單位：任國(guó)軍（山東理工大學(xué)，交通與車輛工程學(xué)院，淄博,255049）

楊久青（東營(yíng)技術(shù)學(xué)院，東營(yíng)，257097）

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