新能源汽车电驱动系统性能解析 | 峰值特性与持续特性 v1.0

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导语：转矩，作为给电动汽车提供动力最为重要的物理量，与其相关的要求均是电驱动系统的关键指标，我们「新能源汽车电驱动系统性能解析」 版块中对其从6 个方向进行解读：峰值转矩、持续转矩、堵转转矩、转矩控制精度、转矩动态特性(响应)、转矩纹波。在之前的文章中我们已经聊过了以下几方面(点击链接)，今天我们聊聊与整车动力性能直接相关的指标：峰值特性与持续特性。

新能源汽车电驱动系统性能解读 | 转矩控制精度

新能源汽车电驱动系统性能解读 | 转矩响应时间

新能源汽车电驱动系统性能解析 | 转矩纹波 v2.0
新能源汽车电驱动系统性能解析 | 堵转 v1.2

"百公里加速多长时间","最大爬坡度是多少","最高车速能达到多高"诸如此类的动力性问题，是每一位终端客户非常关心的话题，而与其表现直接相关的就是电驱动系统中的峰值特性和持续特性。我们以佩奇一家人为用户画像，先从需求端，来聊一聊如何根据终端客户需求，实现系统性能的定制化设计？我们从以下4个方面来聊聊这个话题：1. 佩奇一家人的生活场景2. 佩奇家想要的车3. 动力总成系统的峰值特性与持续特性定义4. 电机、电控、减速器的选型与设计文中所引用文章/拓展阅读已上传知识星球，点击文末[阅读全文]加入。

SysPro_电驱动系统性能分析案例说明_v1.2(SysPro原创内部学习材料)SysPro_路谱设计方法_v1.3(SysPro原创内部学习材料)

01

佩奇一家人的生活场景

佩奇生活在一个幸福的四口之家中：爸爸、妈妈、佩奇和弟弟乔治。



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买汽车的目的，除了日常上下班之外，周末家庭出行也是必不可少的。


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他们家住在一个高高的山顶，只要出行就不可避免地下坡...上坡...


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另外，佩奇爸爸的职业是一名资深汽车工程师，除了汽车的基本功能需求外，对汽车的加速性能和爬坡性能有自己的坚持。


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当然，价格、安全性和使用成本也是本次购车的关键。
02

佩奇家想要的车

根据佩奇一家人的需求，结合对目标对象和对竞争对手的产品分析，我们可以初步锁定一组整车参数，如表1所示：表1 整车参数

图片来源：SysPro系统工程智库其中，整备质量、满载质量、试验质量是与整车动力性、经济性直接相关，具体定义可以参见国标，部分整车也有自己要求；质心高度、重量分布、轴距、路面附着系数、轮胎半径与整车的打滑扭矩相关，详见后续分析；另外，如果有驻车需求，还要考虑拖车相关参数。经进一步了解，佩奇家对动力性的整体需求如表2所示：表2 性能需求


图片来源：SysPro系统工程智库基本参数和需求调研清楚了，下一步我们要做的就是建立佩奇家的需求与系统需求之间的链接关系了。
03
动力总成系统的峰值特性与持续特性定义

打滑转矩的计算根据目标车型的整车参数信息，可以根据以下公式获得打滑扭矩，即路面能给我们提供的最大驱动力到底有多大。



经计算，前置前驱，0%坡度下的打滑扭矩约为2576Nm，能提供的最大驱动力为7904N.这里要特别说明的是：打滑扭矩的计算前一定要明确动力总成的布置位置，前驱、后驱、四驱计算结果全然不同，对于质量分布不均的车而言，一般后轮驱动都会比较高，这也是为什么很多传统的高性能跑车做成后置后驱的原因；另外，加速过程中质心的变化影响也是不可忽略。动力总成特征曲线的定义

在定义特征曲线（即电驱系统外特性）之前，我们要先理清楚整车性能指标和电驱系统特征曲线的关系。借用汽车理论中驱动-阻力关系（#具体公式就不多做赘述，感兴趣的可百度#），一张图来讲清楚这个问题（关键！请放大查看）：


图1 整车性能需求与电驱动性能需求映射图

图片来源：SysPro系统工程智库
与车速性能相关的需求可以一目了然从图中读到；值得特别说明的是加速性能要求，即图中阴影部分0~100km/h转速区间内，驱动力和阻力曲线所围成的面积，可以看到百公里加速时间不仅仅取决于峰值扭矩，与拐点转速和弱磁区的后备功率也直接相关；其他转速区间的加速性能同理。
根据上述驱动力-阻力曲线关系图，我们可以将整车相关的动力性指标一一落实到特性曲线上。我们再回去看看佩奇家对性能需求的需求描述：表2 性能需求


图片来源：SysPro系统工程智库
根据图1中表述的关系，通过理论计算，可以获得轮端关键点或关键转速区间内的扭矩/功率需求，进一步的锁定佩奇家所需求动力总成峰值特性和额定特性曲线，如下所示：



图2 佩奇家汽车需求的峰值特征曲线
图片来源：SysPro系统工程智库


图3 佩奇家汽车需求的额定特征曲线

图片来源：SysPro系统工程智库到此，我们就获得了佩奇家所需的轮端动力性需求！有些客户可能还会对以下指标有要求：

20km/h车速爬坡度50km/h车速爬坡度80~120km/h加速时间有要求

无论怎么要求，本质都是汽车理论中驱动力和阻力的关系，抓住了这条要素，所有复杂的需求都可以简化，就这么简单。

（注：动力性能也与电池组放电倍率相关，本文只聚焦于电驱动系统，对电池相关内容不做更多阐述）

04

电机、电控、减速器的选型与设计

动力性能需求清楚了，我们就可以考虑电机、电控、减速器的选型与设计问题。在此过程中也要综合考虑成本、能耗（效率）、可靠性、舒适性需求带来的影响，设计过程中不断迭代、优化。关于这部分的逻辑内容可参见以下知识星球相关板块文章：
「SysPro|电驱动性能解析」

多挡电驱动系统设计的“路在何方”

「SysPro|动力系统高级培训」

SysPro | 新能源汽车电驱动系统设计基础 | 1. 系统设计
SysPro | 新能源汽车电驱动系统设计基础 | 2. 子系统和部件设计

图4 电驱动系统开发逻辑简图

图片来源：SysPro系统工程智库

最后，祝贺佩奇一家人提到了心仪的爱车：）