基于循环工况的纯电动客车驱动电机匹配研究

丰林波，张 磊

（1.扬州亚星客车股份有限公司，江苏 扬州 225116；2.潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261000）

基于循环工况的纯电动客车驱动电机匹配研究

丰林波1，张 磊2

（1.扬州亚星客车股份有限公司，江苏 扬州 225116；2.潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261000）

电动汽车驱动电机的匹配直接影响车辆的动力性和经济性。本文通过对某款纯电动客车在CCBC工况下的电机运行数据计算分析，提出一种基于循环工况的电动汽车驱动电机匹配方法。使用该方法，能够对驱动电机的参数和高效区分布提出明确的需求。

电动客车；驱动电机；匹配方法；循环工况

电动汽车驱动电机传统的匹配方法为根据整车最大爬坡度需求、最高车速需求和加速时间需求计算出电机的峰值参数[1-3]，然后根据经验系数确定电机的额定参数。这种匹配方法不仅无法保证电机的持续扭矩能够满足常用工况点，而且对电机的高效区也没有提出明确的需求，无法保证电机的工况点集中区域与电机的最高效区域能够重合。在传统匹配方法确定驱动电机的峰值参数的基础上[4-6]，本文提出通过对整车运行的循环工况进行统计分析，利用Matlab软件对数据进行处理，将驱动电机运行工况点根据其在每一个区域出现的频率的大小分别以不同的形态表示出来，从而确定电机运行工况点的最集中区域和次集中区域，在此基础上根据城市客车运营区域的工况，对该地区电动汽车的驱动电机的高效区提出明确的要求，以提高整车续驶里程。

1 工况统计分析

为使计算数据更有通用性，本文以CCBC[7-9]工况为例，以某款10 m纯电直驱电动客车为载体。该电动客车满载质量为14 000 kg，采用电机+单级减速器方案，减速器速比为3.11，后桥速比为5.13，最高需求车速80 km/h，0～50 km/h加速时间小于15 s，最大爬坡度要求为10 km/h车速爬坡15%，持续爬坡要求为以20 km/h车速爬坡4%。

图1为CCBC工况路谱，最高车速60 km/h，一个循环计时1 314 s，循环里程5.92 km。

图1 CCBC工况路谱

将CCBC工况车速和整车参数进行计算[6]，得到驱动电机运行过程中的输出转速—时间曲线（图2）、输出扭矩—时间曲线（图3）、功率—时间曲线（图4）。利用Matlab将图2、图3和图4中的数据结合到一起，得到扭矩—转速和功率—转速分布图，分别如图5和图6所示。

图2 转速—时间变化曲线

图3 扭矩—时间变化曲线

图4 功率—时间变化曲线

图5 扭矩—转速分布点

图6 功率—转速分布点

2 电机需求参数匹配分析

2.1 持续扭矩和持续功率的取值范围

由图2～图6可知，该款电动客车在CCBC工况下运行，电机需求最高转速为5 182 r/min，仅考虑加速情况，最大扭矩为433.23 N·m，最大放电功率为115 kW。同时，根据最大爬坡度计算得到电机需求峰值扭矩为667 N·m，根据最高车速需求计算需求峰值转速为6 910 r/min。考虑到电机驱动功率和发电功率基本对称分布，且车辆制动过程中存在机械刹车，本文对电机输出扭矩和输出功率的统计仅考虑电机扭矩和功率的正数值点。通过对图2和图3内的电机驱动扭矩和驱动功率进行统计分析，CCBC工况下，电机的驱动扭矩主要分布在0～300 N·m，共占比96%，电机驱动功率主要分布在0～80 kW，共占比93%。为了保证电机持续扭矩和持续功率能够包含大部分工况，保证在该工况下，整车能够稳定运行，本文选定该持续扭矩和持续功率应能包含至少90%的工况点。经统计分析，这里确定需求持续扭矩为265 N·m，需求持续功率为80 kW。

2.2 电机系统工作高效区需求分析

为了对图5中的转速—扭矩分布情况进行统计分析，取转速坐标轴范围为0～6 000 r/min，扭矩坐标轴范围为 -700～700 N·m，每隔 300 r/min，100 N·m为一个区间，然后对每一个区域内电机工作点的分布频次进行统计，如图7所示，将各个区域的工作点分布按频次高低以4种不同的形态进行表示，分别为☆、□、△和·。图7中方框标注部分为电机工作点最为密集区域，即要求电机最高效区域应落在此方框标注部分，这里取该区间范围为 1 300～3 000 r/min，100～200 N·m。同时，在图 7 中，标注出了最大爬坡度工作点和持续爬坡度工作点，结合电机的工况点分布，可以更加明确地确认电机的峰值扭矩，最高转速，持续扭矩。

图7 扭矩—转速百分比分布统计图

终上所述，基于CCBC工况，匹配该款车型的需求电机峰值转速≥6 910 r/min，峰值扭矩≥690 N·m，持续扭矩≥265 N·m，峰值功率≥150 kW，持续功率≥80 kW，系统高效区要求如图7中标识方框区域：1 300～3 000 r/min，100～200 N·m。

3 结束语

为保证驱动系统能够更高效率地工作，本文以某款纯电动直驱客车为载体，以CCBC工况为工作循环，通过对电机运行工况点进行精确的统计分析，提出了驱动电机持续扭矩、持续功率和高效工作区域的计算方法，为驱动电机的匹配选型提供参考。

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Research on Matching of Drive Motor for Pure Electric Buses Based on Cycle Conditions

FengLinbo1，ZhangLei2
（1.Yangzhou YaxingMotor Coach Co.,Ltd，Yangzhou 225116,China；2.Weichai Power Co.,Ltd,Weifang261000,China）

The matching of drive motor for EV directly influences the vehicle's power and economic performances.Based on the calculation and analysis of drive motor's working data under CCBC cycle conditions,the authors propose a matchingmethod ofdrive motor for pure electric buses.With this method,motor's demanding parameters and high efficiencyzone can be cleared and definited.

electric bus;drivingmotor;matchingmethod;cycle condition

U469.72；U464.142+.1

A

1006-3331（2017）06-0007-02

丰林波（1989-），男；主要从事新能源客车的产品规划及动力总成匹配工作。

修改稿日期：2017-09-18