如何用扭矩轉(zhuǎn)速進(jìn)行新能源汽車工況模擬

近年來(lái)，隨著環(huán)境惡化和能源短缺問(wèn)題的日益凸顯，“新能源汽車”成為業(yè)界聚焦和政府支持的重點(diǎn)，很多本科及高等職業(yè)院校也紛紛增設(shè)了“新能源汽車”研究方向及相關(guān)專業(yè)，今天，就讓我們看一下在實(shí)際教學(xué)中，如何通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速、扭矩來(lái)進(jìn)行工況模擬實(shí)驗(yàn)。

高校新能源汽車教學(xué)是實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的一門課程，無(wú)論是偏向培養(yǎng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及科研型人才的本科教學(xué)，還是注重實(shí)踐操作技能的高職院校培養(yǎng)，都需要了解新能源車在真實(shí)環(huán)境下各種復(fù)雜的工況，受實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)地限制，學(xué)生學(xué)習(xí)期間往往無(wú)法進(jìn)行真實(shí)體驗(yàn)，今天，就讓我們看一下如何通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、扭矩在有限環(huán)境中進(jìn)行工況模擬實(shí)驗(yàn)。

一、什么是轉(zhuǎn)速和扭矩

扭矩是發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一個(gè)重要參數(shù)，是指發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從曲軸端輸出的平均力矩，俗稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的“轉(zhuǎn)勁”。扭矩越大，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的“勁”越大，曲軸轉(zhuǎn)速的變化也越快，汽車的爬坡能力、起步速度和加速性也越好。扭矩隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而不同，轉(zhuǎn)速太高或太低，扭矩都不是最大，只在某個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)或某個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)才有最大扭矩，這個(gè)區(qū)間就是在標(biāo)出最大扭矩時(shí)給出的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)速區(qū)間。最大扭矩一般出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)的中、低轉(zhuǎn)速的范圍，隨著轉(zhuǎn)速的提高，扭矩反而會(huì)下降。

二、為什么調(diào)整轉(zhuǎn)速、扭矩可以進(jìn)行工況模擬

汽車行駛在不同路況下，都會(huì)對(duì)應(yīng)不同的轉(zhuǎn)速和扭矩，在常規(guī)的新能源汽車研究中，我們大多通過(guò)實(shí)際采集的車速工況來(lái)求解電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩值，反推之，我們自然可以通過(guò)輸入電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩來(lái)模擬新能源電動(dòng)汽車的工況。

那么計(jì)算方式是怎樣的呢?

首先根據(jù)電動(dòng)汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們可以知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速的公式：

汽車車速和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速換算：

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車車速換算：

(其中V是汽車車速，N是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，I是變速比(>1),R是車輪半徑)

電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中的總體受力分析圖如下：

根據(jù)受力分析，我們可以推導(dǎo)出電動(dòng)汽車行駛驅(qū)動(dòng)力公式、驅(qū)動(dòng)阻力公式、摩擦阻力公式、坡道阻力公式和加速阻力公式，進(jìn)而可得到電動(dòng)汽車的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)微分方程：

依據(jù)此原理，我們可以通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速和扭矩模擬汽車行駛時(shí)作用在電機(jī)輸出軸上的實(shí)際負(fù)載，重現(xiàn)諸如起步、變速、制動(dòng)等行駛過(guò)程，實(shí)現(xiàn)同道路試驗(yàn)或更為理想的電機(jī)運(yùn)行工況的模擬

三、具體教學(xué)實(shí)驗(yàn)步驟又該如何操作呢

以汽車下坡或者剎車狀態(tài)舉例，我們可以按照下述表格調(diào)整轉(zhuǎn)速和扭矩進(jìn)行試驗(yàn)：

序號(hào)12345678

轉(zhuǎn)速(r/min)20050075010001250150017502000

扭矩(N.m))100100100100100100100100

加載電機(jī)在轉(zhuǎn)速控制模式下，從0慢慢提高給定轉(zhuǎn)速0-200r/min.轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，在扭矩模式下，從0慢慢提高給定扭矩1-100Nm,隨后再逐次上升轉(zhuǎn)速：

1：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到500r/min

2：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到750r/min

3：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到1000r/min

4：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到1250r/min

5：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到1500r/min

6：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到1750r/min

7：繼續(xù)將轉(zhuǎn)速升到2000r/min

或者，也可將扭矩調(diào)整為200Nm、300Nm、400Nm等，實(shí)驗(yàn)方法同理。

此外，學(xué)生也可以通過(guò)配置更加密集的測(cè)試點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試，以便獲得更加詳細(xì)的電機(jī)性能及參數(shù)?；蛘吲渲靡恍┨厥獾臏y(cè)試參數(shù)，例如扭矩模式下，扭矩設(shè)置為0，即可測(cè)試被測(cè)電機(jī)在空載情況下的各項(xiàng)參數(shù)。

綜上，則是通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速、扭矩進(jìn)行工況模擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)方法，如想了解更多工況模擬實(shí)驗(yàn)方法，可參考致遠(yuǎn)電子“新能源汽車教學(xué)平臺(tái)”，該平臺(tái)集成了國(guó)際領(lǐng)先的CAN總線分析單元，除了可以進(jìn)行各類模擬工況實(shí)驗(yàn)外，還可進(jìn)行電機(jī)加載、空載、BMS充電效率、再生能量回饋分析實(shí)驗(yàn)以及各類CAN總線通訊實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)新能源電動(dòng)汽車核心通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全方位的測(cè)試分析，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤定位，總線負(fù)載優(yōu)化以及系統(tǒng)錯(cuò)誤仿真等功能。