应用AMT的电动大客车加速性能分析

应用AM T的电动大客车加速性能分析X张立新1,韩　冰2(1.辽宁省交通高等专科学校,沈阳　110122;2.北京理工大学,北京　100081) 摘　要:在电动大客车的研制过程中应用了AMT技术,本文介绍了电动大客车AM T的工作原理和换挡规律,建立了电动大客车的电机、电池及动力传动系统的数学模型,对电动大客车加速性能进行了仿真分析与道路试验。

通过对仿真与道路试验结果进行比较,表明AM T技术在电动大客车上的应用取得了良好效果。

关键词:电动客车;AM T;加速性能 车辆动力系统在车辆加速或爬坡工况需要减速增扭,对于纯电动车辆,电机直接输出的扭矩无法满足要求,必须在电机和车轮之间串联减速器。

由于车辆有高速行驶工况要求,固定速比的减速器无法同时满足上述要求且不能使动力系统具有较高的平均工作效率,这时就需要安装多挡变速器。

近年来,随着AM T自动变速技术的迅速发展,使其在电动车辆上的安装有了可能。

电动大客车安装的就是AM T 五挡自动变速器。

1　电动大客车A MT的工作原理图1是一种纯电动车辆AM T的原理图。

驾驶员踩下油门或者制动踏板,把信号输送到电机控制器,电机控制器通过CAN总线通讯把信号传给ECU, ECU同时接收变速箱输出轴和电机的转速传感器传来的速度和加速度信号,并据此判断是否应该换挡。

换挡时,ECU向变速操纵执行机构发送信号,进行换挡;同时ECU向电机控制器发送信号,改变电机转速,以减少换挡前后的冲击。

图1　纯电动车辆A M T原理图2.2　表2可看出使用粉煤灰生产时,3天强度、7天强度没有明显提高,28天强度提高较大约2M Pa多,强度的提高使我们可以适当增加混合材掺加量约2%。

那么,使用粉煤灰比使用板岩可节约2.1246元/吨水泥,每年可节约资金为:2.1246×70×10000= 148.72万元/年。

2.3　从表3可以看出,两种配料的区别为:板岩配料比粉煤灰配料熟料的CaO含量低,体现在率值上,则是KH偏低;体现在矿物组成上C3S含量偏低, C2S含量偏高;由于SM相近,则熟料中硅酸盐矿物合量基本相等。

3　原料耗用原材料比较表3原材料比较硅砂铁粉石灰石粉煤灰板岩生料原料成本(元/吨)单价(元/吨)57.777912.9811.524/粉煤灰配料比例 5.002876/16.45板岩配料比例 4.80 1.8082.86/10.5417.48 从表3可以看使用板岩比使用粉煤灰每吨生料在原料成本上可降低1.03元/吨。

那么,使用板岩比使用粉煤灰每年可节约资金为:1.03×75×1.55×10000=119.74万元/年。

4　易磨性比较使用粉煤灰比使用板岩时,立磨的衬板、辊套磨损要小,从测量立磨的衬板、辊套磨损数据分析:使用板岩时磨损3.94mm/10万吨生料,使用粉煤灰时为5.17m m/10万吨生料。

按立磨的衬板、辊套磨损至15m m报废计算:则一套衬板可磨混合料生料241万吨;可磨粉煤灰生料184万吨.则使用板岩时立磨的衬板、辊套使用周期为2年,那么使用粉煤灰为1. 6年。

则每年立磨的衬板、辊套使用粉煤灰比使用板岩每年可节省资金近5万元。

5　生产控制及管理方面由于粉煤灰中碱含量低,硫含量较高,且烧失量较大,使生料中硫碱比失调,因此使用粉煤灰配料生产熟料工艺事故明显较多,运转操作难度增大,如结球、结皮、堵料、结雪人等,这也是使用粉煤灰使用的突出问题,要求技术人员专业技术水平要高,生产经验要丰富。

总体来看,使用粉煤灰比使用板岩每年直接费用可节约:100.33万元/年。

55　2008年第4期 内蒙古石油化工X收稿日期:2007-12-242　电动大客车A MT 换挡规律换档规律是指两排档间自动换档时刻随控制参数变化的规律,它关系到动力传动系统各总成潜力的挖掘与整体最优性能的发挥,直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性及对环境的适应能力,故它是自动变速器控制系统的核心内容。

换档规律应该是单值的,即对输入变量的每一组合,仅存在唯一的输出状态:要么升档或降档,要么维持现状。

换档规律按照换挡控制参数的不同,可以分为单参数(通常为车速)换挡规律,双参数(通常为车速及油门开度)换挡规律和三参数(通常为速度、加速度和油门开度)换挡规律。

考虑到纯电动汽车和燃油汽车的区别,电动大客车的AM T 采用的是以电机转速为参数的单参数换挡策略,电机转速升到3500rpm 时就升挡,车速降到升挡对应车速时就降挡。

3　系统模型3.1　电机模型图2为电机外特性曲线。

在牵引电机100kW 特性范围内,固定油门开度(电机转矩)在若干位置,在每个转矩位置,使电机转速逐渐提高,多点测试效率,统计求值并拟合,得到电机效率与电机转速和扭矩关系的m ap 图(如图3)。

3.2　电池模型选用ADVISOR 的电阻模型,如图4所示。

模型中,电池容量被设为定值,电池放电时受到最小电压的限制,充电时受到最大电压的限制和充电效率的影响。

当电池被看作具有己知内阻的理想电压源后,与电池相连接的部件,如电动机,就被看作能量源或能量接收装置。

内阻模型通过计算电池的SOC 来确定电池所能输出的能量。

电池放电时电流为正值,充电时电流为负值。

其中电阻(R)和电压(V)均为电池的荷电状态(SOC)和温度(T )的函数,通过试验求得。

图4　A DV ISOR 电池模型由功率平衡可知:VI=P+I 2R(1)式中:I-电流;P-功率。

解得:I =V ±V2-4RP 2R(2)由电池的放电特性可知,电池电压不能小于E/2(E 为电池的最高电压),否则电池损坏,因此式(2)中取较小的电流值。

求得电流,即可以确定电池的荷电状态。

已用电量C used =∫I(t)dt SOC=1-C used /C 额定(3)3.3　整车传动系统模型车辆行驶时的驱动力平衡方程[5]:F t =F f +F i +F w +F j =Gfco s A +Gsing A +C D Au 2A21.15+D m du dt(4)式中:F t -地面驱动力(N);F f -地面滚动阻力(N );F i -坡道阻力(N);F w -空气阻力(N);F j -加速阻力(N);G-电动汽车的总重力(N);g -重力加速度常数;m -电动汽车质量(kg );D -汽车旋转质量换算系数;f -滚动阻力系数;A -道路坡度角;C D -空气阻力系数;A -迎风面积;u A -车辆行驶速度(km /h);du/dt-车辆加速度(m /s 2);电动汽车的行驶速度u a 与电动机的转速n w 之间的关系式为:u a =0.377n w r wi g i 0(5)式中:r w -驱动轮半径;i g -变速箱的速比;i 0-主减速器的速比。

电动汽车的驱动力F t 驱动力矩T t 与电动机输出扭矩T m 之间的关系式为:F t =T t /r w =T m i g i 0G /r w (6)式中:G -机械传动效率。

式(4)、式(5)和式(6)联立即可得整车传动系统数学模型。

4　电动大客车加速性能仿真分析根据电机模型、电池模型和整车模型,结合56内蒙古石油化工 2008年第4期　AM T 自动变速器的升挡规律,在MAT LAB /SIMU LINK 下建立仿真模型,做车辆原地3挡起步的加速特性仿真分析。

由于换挡时间很短,在仿真过程中忽略换挡时间,认为换挡前后,车速不变。

仿真结果如图5、图6所示。

由电机的转速图可以看到,在三挡起步时,根据A MT 的换挡规律,经两次升挡(转速到3500rpm 就升挡),AM T 切换到五挡。

从时间速度图可以看出,在刚开始起步时,由于电动机表现出低速大扭矩特性,并且此时车速比较低,速度随时间基本表现出一种线性关系,末期随着行驶阻力的增大,车速稳定在82km /h ,不再上升,0～50/h 加速时间为29.2s。

5　道路试验在水平良好路面上,做整车的三挡起步换挡加速试验,保持油门在最大位置,直行加速到75km /h 后,松开油门试验结果如图7所示。

由图7可知,电动大客车在5.4s 时开始起步,中间经历两次换挡。

在换挡时,电流产生了瞬间突变,可以降到-160A ,这是由于换挡过程中电机调速,从放电模式转换为发电模式,电流反向给电池充电造成。

图7　三挡起步换挡加速道路试验结果曲线将原地起步加速的仿真结果与试验结果相比较:仿真过程中,两次换挡时刻分别为21.6s 、54.9s,道路试验换挡时刻由电流曲线可得为26.2s 、64s ;道路试验中0～50km /h 加速总时间为35.4s 。

考虑到电动大客车在5.4s 时开始起步,仿真结果和试验结果基本吻合。

6　结束语电动大客车的研制过程中应用了AM T 技术,通过对大客车原地起步加速性能的仿真和试验分析,AMT 在电动大客车上的应用取得了良好的效果。

由于AMT 技术应用于纯电动客车尚属首次,如果换挡时电机的转速不能调到合适的范围,则会对整个传动系统造成很大的冲击,加大系统的动载荷,造成动力电池的过放电,所以在AM T 和电机的中间串联了离合器。

随着AMT 技术在电动车辆上应用日趋发展,离合器在不久就可以取消,实现电机和变速器一体化安装。

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