电动方程式赛车电机参数选择

根据2021年《中国大学生方程式汽车大赛规则》第5章中的规定：

规则2.2.1　电池箱输出的最大驱动功率不得超过80 kW。

规则5.1.1　在任意两个电气连接处的最大允许电压为直流600 V。

因此，方程式赛车上的电机总功率必须低于80 kW，且额定电压小于600 V。

对于常用的交流异步电机的参数选择主要是指电机的功率和转矩参数的设计计算。功率包括电机额定功率和最大功率，依照赛车的最高行驶车速和爬坡度来确定。

设计中常以先保证赛车预期的最高车速来初步计算电机功率，赛车以最高车速行驶消耗的功率为

式中，M为整车质量（kg）；f为滚动阻力系数；CD为迎风阻力系数；A为迎风面积（m2）；umax为最高行驶车速（km／h）。

赛车以某一车速爬上一定坡度消耗的功率为

式中，ua为电动试验赛车行驶速度（km／h）；i为坡度。

同样在爬坡工况下，赛车的最大转矩表达式为

式中，i0为赛车主减速传动比；r为轮胎半径；η为机械传动效率；αmax为坡道与水平地面最大夹角；Vα为速度沿坡道方向的分量。

赛车的电机功率应能同时满足试验赛车对最高车速及爬坡度的要求。所以，电动试验赛车的电机额定功率Per与最大功率Permax的关系为

式中，λ为电机的过载系数。

为了使赛车能有较好的动力性能，根据动力参数设计原则，在理论计算结果基础上应适当增加一些余量。

上述公式为对电机参数的详细考量，若在只考虑电机功率的一般情况时，有下述经验公式可以使用。

1.确定电机所需最小功率(www.xing528.com)

确定电机功率的经验公式为

式中，Pf为赛车行驶时的空气阻力功率（kW）；Pw为赛车行驶时滚动阻力功率（kW）；Pj为赛车行驶时坡道阻力功率（kW）（比赛中没有坡道，即Pj＝0）；Pi为赛车行驶时加速阻力功率（kW）（可视作此时赛车无加速，即Pi＝0）。

最终可得

假设赛车的各项参数如表10－1所示。

表10－1　示例赛车的部分参数

将表10－1中数据代入式（10－6）计算得

则可知赛车所需最小功率为18.965 kW。

2.赛车所需最大功率

在75 m直线加速比赛时电机的输出功率为最大。假设按设计目标75 m直线加速3.8 s完成，可知75 m距离内赛车平均速度为v＝71.05 km／h，平均加速度a＝10.39 m／s2。

假设汽车在无风的水平直线良好道路上全力加速，根据汽车加速过程中的动力学方程，加速过程中其瞬时功率为

将数据代入式（10－8）得

同时根据规则要求，整车最高功率需小于80 kW。两者取较小值。

依据上述计算结果可以完成电机功率最大值和最小值的初步选择。