加速感、转矩、功率三者的关系
EV技研

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“加速良好”是指什么?

有时驾驶着汽车说“这台车的加速好”,这里说的“加速”是什么意思呢?这和物理学中的“加速度”(f =ma 中的a )是相同的意义吗?不是,还是有些微妙的差别?总之,“加速良好”这种说法近乎“加速性能好”这是一种感觉,所以,这里就称之为加速感。

加速感源自转矩余量

试想一下加速感与电机特性的关系。

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图1

如图1 所示,汽车的加速感取决于驱动力与行驶阻力的差值(驱动力余量)。这里所说的驱动力,就是推动汽车向前行驶的力,行驶阻力就是阻碍行驶的力。行驶阻力包括:

·坡道(坡度)阻力

·空气阻力

·滚动阻力

·加速阻力

等等,这些阻力的合成就是行驶阻力。如果驱动力比行驶阻力大,汽车自然就会向前行驶。汽车的加速感与驱动力余量成正比,与车辆重量(质量)成反比。若从电机特性来考虑,就是必要转矩与最大转矩之差。可以说,转矩余量决定了加速性能。

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图2


图2 表示了EV(电机)的驱动力余量(转矩余量)。箭头所指的是在平地(坡度0%)行驶的转矩余量。电机的最大转矩与在各种坡度上的必要转矩之差,就是在该坡度上的转矩余量。这个值越大,加速性能也就越好。

 每当速度提上来,加速性能就下降,这是为什么?

这里的关键问题是,速度提上去以后,驱动力余量会一直持续不变吗?举例来说,只考虑转矩,如果加大齿轮减速比,转矩值就会变大。但是,只是加大减速比,速度很快就会达到顶点,最高速度不会再增加。结果只能达到高一级挡的起始速度。

图1中的1 挡、2 挡、3 挡、4 挡特性曲线表示了这个特性。变速箱用于提高车速,是具备持续加速作用的装置。“加速感好”是指一直保持“加速度”,可以体会到短时间内达到高速的感觉。实际上,加速感并不是电机转矩的直接体现,而取决于功率。

转矩× 转速= 功率

如前所述,在电机和发动机中常用的“转矩”就是使其旋转的力。与之相对的“功率”一词,表示单位时间内做功的多少。“功”可以用力× 移动距离表示。需要注意的是,不论施加多少力,如果不能移动对象,就等于没做功(图3)。

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图3

只要移动对象,就等于做功了。换言之,转矩与运动方向的移动距离之积(功),再考虑时间因素(如转速、速度等),就初步形成功率的概念。电机和发动机的功率不是转矩,而是转矩与旋转速度的乘积。

EV 行驶所必需的功率

这是本节的小结。EV 开始行驶(起动),需要怎样的电机特性?考核它的指标是能量,还是转矩?单位时间内做功的能力才是重要的。这就是功率。EV 的驱动,必须考虑功率。功率的计算公式是常见的

P = dFsdt=FV

为了计算EV 行驶所需的电功率,首先要计算出行驶阻力。所谓行驶阻力,就是滚动阻力、空气阻力、坡度阻力、加速阻力等作用于阻碍行驶方向上的所有力。行驶阻力也是力,单位以N 表示。总行驶阻力R 和移动速度V 的乘积,是行驶所需的动力,也就是功率。

功率 = 总行驶阻力× 移动速度

引入量纲(单位)就成为下式:

P(W)= R(N)×V(m/s)= RV(N·m/s)

这里,N·m 是功的单位,功除以时间就是功率。力和功不考虑时间因素。

虽然这是直线运动的话题,但旋转运动也相同,功率正比于转矩与转速的乘积。

功率 = 转矩× 转速确切地说,是

P (W)= 0.1047×T (N·m)×N (r/min)

突然冒出来0.1047 这个谜一样的系数,或许使虽然施加了力,但是没做功移动了对象= 做功了,提升了这个高度做功啦!人感到惊奇。但实际上,电机等的转速,习惯上用r/min(Rotation per Minutes,每分钟的转数)来表示。也就是,每分钟的转数必须换算成每秒的转数。并且,转矩除以半径是力,周长/ 半径= 2π,所以就有了系数

0.1047= 2×3.14÷60



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