摘 要：電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)就是選擇電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)類型、功率、效率、轉(zhuǎn)速、峰值功率等的選擇直接影響電機(jī)成本及整車成本，甚至影響電池選型及電池PACK等。本文將從動(dòng)力計(jì)算的角度，并綜合考慮各種電機(jī)的特性的前提下探討了在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)時(shí)如何進(jìn)行電機(jī)的選型設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；電動(dòng)機(jī)；性能參數(shù)

1 概述

純電動(dòng)汽車的心臟是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電氣與機(jī)械是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)部分，純電動(dòng)車輛只有一個(gè)動(dòng)力元件即電動(dòng)機(jī)，功率轉(zhuǎn)化器起著調(diào)節(jié)能量源之間能量流動(dòng)的作用，電機(jī)的性能決定著電動(dòng)汽車的性能，確定電機(jī)類型與參數(shù)并選擇合適的電機(jī)對(duì)開發(fā)整車至關(guān)重要，本文主要對(duì)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)階段的電機(jī)選擇進(jìn)行探討，以提高電動(dòng)汽車的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。

2 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的選擇

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)應(yīng)性能優(yōu)越，一般而言應(yīng)具備瞬時(shí)功率大，過載能力強(qiáng)，加速性能優(yōu)越，較長(zhǎng)的使用壽命等特點(diǎn)。此外，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍應(yīng)較寬，特別是恒轉(zhuǎn)矩區(qū)與恒功率區(qū)。電動(dòng)機(jī)還應(yīng)滿足在不同環(huán)境下長(zhǎng)期工作的條件，結(jié)構(gòu)不應(yīng)復(fù)雜，便于維修，價(jià)格適中。驅(qū)動(dòng)電機(jī)決定著電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能，電動(dòng)汽車在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：①性能高，重量輕、尺寸小；②電磁輻射?。虎蹆r(jià)格適中，維修方便；④寬轉(zhuǎn)速，高效率。當(dāng)前電動(dòng)汽車的主流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)是常見的交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中異步電機(jī)工作高效區(qū)范圍小，功率因數(shù)低，同等功率下所需逆變器容量大，但其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，調(diào)速范圍寬且無(wú)需使用昂貴的稀土資源等優(yōu)點(diǎn)，因此在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也有應(yīng)用。而永磁同步電機(jī)雖然采用了稀土永磁體成本高，調(diào)速范圍相對(duì)較窄，但其具有效率高，功率密度大，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，也不失為一款節(jié)能選擇。而開關(guān)磁阻電機(jī)因其控制系統(tǒng)復(fù)雜，存在較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)以及噪聲，因此目前還處于研發(fā)階段，技術(shù)尚未成熟。

3 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能參數(shù)確定

3.1 最高車速下，電機(jī)的額定功率

P=

mgf+U（1）

在（1）式中，P是電機(jī)的額定功率，單位是KW；η是電機(jī)的傳動(dòng)系效率；C是風(fēng)阻系數(shù)，m是電動(dòng)車的最大車重，單位是Kg；f是滾動(dòng)摩擦系數(shù)；A是電動(dòng)汽車的迎風(fēng)面積，單位是m2，Umax則是電動(dòng)汽車的最高車速，單位是km/h。

3.2 電機(jī)的額定/最高轉(zhuǎn)速的確定

電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般是根據(jù)在車輛持續(xù)工作時(shí)速度，采用如下公式折算： n=（2）

在（2）公式中，n為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min；i是電機(jī)的傳動(dòng)比；i是電機(jī)的主減速比；μ是電機(jī)的常規(guī)車速，單位是km/h；r是滾動(dòng)車輪半徑，單位是m。同理，在計(jì)算電機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)只需將最高車速代入時(shí)（2）計(jì)算即可。根據(jù)計(jì)算得到的最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速即可確定電機(jī)的速比，然后根據(jù)速比大小選用適用的電機(jī)。

3.3 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為額定功率 在按照以上步驟確定電機(jī)的類型，以及額定功率和轉(zhuǎn)速后，采用如下所示公式即可得到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩：M=（3）

此后需根據(jù)電機(jī)額定點(diǎn)校核電機(jī)效率和高效區(qū)范圍，以確保電機(jī)工作時(shí)處于效率較高的特性區(qū)域內(nèi)，從而提高能量利用率，增加車輛續(xù)航里程。

3.4 電機(jī)爬坡扭矩的計(jì)算 假設(shè)電動(dòng)汽車勻速爬坡，電動(dòng)汽車所受阻力項(xiàng)中無(wú)加速阻力，則電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)滿足：Ft=Ff+Fw+Fi（4）

在公式（4）中，F(xiàn)t為電動(dòng)汽車所受阻力；Ff為電動(dòng)汽車行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力；Fw位電動(dòng)汽車行駛時(shí)的空氣阻力；Fi為電動(dòng)汽車行駛時(shí)的坡道阻力。由電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)力關(guān)系，可得：

M=（5）

3.5 電機(jī)加速扭矩的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電動(dòng)汽車需滿足一定的加速性能，則電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)滿足：Ft=Ff+Fw+Fa（6）

在公式（6）中，F(xiàn)a為電動(dòng)汽車行駛的加速阻力，其余參數(shù)含義同式（5）。將按（6）計(jì)算得到的加速牽引力代入式（5）即可得到電機(jī)在滿足加速性能的條件下所需的最大扭矩。電動(dòng)機(jī)性能有連續(xù)工作性能與短時(shí)工作性能之分，根據(jù)電機(jī)的額定值可以確定電機(jī)的連續(xù)工作特性曲線。根據(jù)電機(jī)的爬坡轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，則可得到電機(jī)的短時(shí)工作特性曲線，并確定出電機(jī)的過載倍數(shù)，然后再根據(jù)過載倍數(shù)要求確定所選電機(jī)的類型及最大外特性參數(shù)。由公式（1）-（6）可得：電動(dòng)汽車的最高車速應(yīng)根據(jù)用電機(jī)的額定工況計(jì)算；電動(dòng)汽車的最大爬坡度和加速性計(jì)算應(yīng)以用電機(jī)的短時(shí)工作性能曲線為根據(jù)，計(jì)算結(jié)果取大值；電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定電動(dòng)汽車的續(xù)航車速，根據(jù)公式（2）即可求得；電機(jī)連續(xù)工作性能曲線的等功率段為電動(dòng)汽車最高車速功率的平衡點(diǎn)位置。根據(jù)以上初步分析和計(jì)算即可得到電動(dòng)汽車電機(jī)類型的初步參數(shù)要求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行電機(jī)設(shè)計(jì)后可進(jìn)一步根據(jù)電機(jī)的效率Map和整車的工況進(jìn)行仿真分析，并進(jìn)一步優(yōu)化，最終確定電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)。

4 結(jié)論

電動(dòng)汽車的核心部分即電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的選型對(duì)電動(dòng)汽車整車設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)整車性能設(shè)計(jì)要求，確定電機(jī)的基本參數(shù)，然后根據(jù)整車速比和過載能力要求確定電動(dòng)機(jī)種類，最后進(jìn)行優(yōu)化分析。此外，電機(jī)在選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需充分考慮底盤結(jié)構(gòu)件對(duì)電機(jī)的接口尺寸、可靠性和散熱能力的要求，因這些參數(shù)同整車布置，動(dòng)力系統(tǒng)布置和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相關(guān)，本文將不再展開論述。

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作者簡(jiǎn)介：程波，男，1974/7月，重慶市江津區(qū)人，漢族，重慶瑞馳汽車實(shí)業(yè)有限公司，主要從事電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成開發(fā)與研究。