电动车设计计算书Word文件下载.docx

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（1）滚动阻力：

Ff可以等效的表示为：

W—作用于车辆上的法向载荷；

ｆ—滚动阻力系数，与路面种类，行驶车速以及轮胎的结构、材料、气压等有关。

研究中滚动阻力系数，按经验公式取值。

（2）空气阻力：

ＣＤ—空气阻力系数；

Ａ—迎风面积，即车辆行驶方向的投影面积；

ρ—空气密度，一般ρ＝1.2258Ns2m-4。

ｕｒ—相对速度，在无风时即车辆的行驶速度。

在无风条件下汽车的运动，ｕｒ即为汽车的行驶速度ua。

如ua以km／h计，A以m2计，则空气阻力（N）为：

（3）坡度阻力：

α—坡度。

一般道路的坡度均较小，此时sinα=tanα=i。

（4）加速阻力：

δ—车辆旋转质量换算系数。

m—车辆质量；

—行驶加速度。

这样，汽车行驶阻力为：

在车辆行驶的每一时刻，电动机发出的功率Pe总是等于机械传动损失的功率与全部运动阻力所消耗的功率之和。

在纯电动汽车中，Pe为电动机的输出功率。

车辆运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率Pf，空气阻力功率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。

即：

根据以上的推导，可得车辆行驶过程中的平衡方程如下：

对纯电动汽车而言，式中：

Pe—电动机输出功率（kW）。

n—电动机输出转速（rpm）。

传动系主要参考设计参数如表1所示，动力性要求如表2所示：

表2动力性要求

最高车速

80km/h

加速性能0—50km/h

小于10S

爬坡度

不小于20%（20km/h）

续航里程

不小于150km

三、车型设计的参数计算

3.1传动比的确定

（1）传动比的选择首先应满足车辆最高车速的要求，由最高车速vmax与电机的最大转速nmax确定传动比的上限。

其中，类比其它车型的配置参数，我们确定最大转速nmax=3500。

通过该车外形设计参数，可得车轮半径r=0.391m,vmax=80km/h，则：

（2）由电机最大输出转矩Tmax和最大爬坡度对应的行驶阻力Famax确定速比的下限。

Famax=m

g

cosα

f+m

sinα=7365·

9.8·

0.98·

0.012+7365·

0.2=15284.2N，r=0.238m。

我们取Tmax=1000N·

m作为参考值，则：

为了满足上述要求，结合公司现有产品，故本文确定减速器的减速比为5.833。

3.2电机的参数设计

电动机的功率必须满足电动汽车的最高车速的功率要求，以保证电动汽车在良好路面情况下，能够获得较高的行驶车速。

加速性能和爬坡度：

电动机的功率越大，电动汽车的后备功率就越多，从而其加速性能和爬坡度就会越好，但过多的后备功率导致电动机的体积和质量增加，且由于电动机不能经常工作在额定功率附近，效率下降，增加电动汽车不必要的能量消耗。

确定驱动电机参数的依据主要是：

1）动力系统的额定功率必须满足车辆以最高车速行驶；

2）动力系统必须满足车辆加速性的要求；

3）动力系统必须满足车辆以最大爬坡度爬坡的要求；

4）动力系统必须满足车辆以额定转矩在额定车速行驶的要求；

5）根据汽车的动力性指标选择最适合的驱动电机

3.2.1电动机的功率确定

（1）根据最高车速计算电动机功率

在计算最高车速匀速行驶功率时忽略加速阻力功率与坡度阻力功率。

满载时：

G=7365×

9.8N，f=0.012，CD=0.7，A=4.65m2，η=0.95，ua=80km/h（此时电机转速为3600r/min）

（2）根据最大爬坡度计算电动机功率

在计算最大爬坡度行驶功率时时忽略加速阻力功率。

满载时:

9.8N，f=0.012，i=0.2，η=0.95，ua=20km/h

根据以上计算并考虑车辆实际载货的余量，选择额定功率为60kw，峰值功率为100kw的电机。

3.2.2电动机最大输出转矩计算

根据电动汽车的最大爬坡度要求，可得电动汽车需求的最大转矩。

由公式：

在电动汽车进行慢速匀速爬坡时，空气阻力Fw以及加速阻力Fj可以忽略。

所以：

其中，Ff=m·

g·

f·

cosα；

Fi=m·

sinα，所以：

代入ig=1，i0=5.833，η=0.95，m=7365kg，g=9.8m/s2，f=0.012，α=tan-1（0.2）=11.3°

，综上可得：

=1078.5N.m

根据以上计算可得电动机的最大输出转矩须大于1078.5N.m。

3.2.3电动机额定转矩计算

当电动汽车以额定车速在平地上匀速行驶时，电动机输出的转矩即为额定转矩。

本文涉及车型常规车速为50km/h，所以有

根据以上计算可得选择的电机额定转矩大于额定转速下的阻力扭矩，即可满足电动车车辆行驶条件。

由以上理论计算，再同驱动电机生产厂商进行技术交流，通过对具体电机MAP效率图、成本、制造工艺要求、厂商的现有电机产品及检测报告等多种因素综合对比，最终选型tDriver-MD15电机，其外形图、特性曲线和参数如下所示。

电机电动转矩-转速特性曲线

电机电动功率-转速特性曲线

表3性能参数

电机参数

峰值转矩，N·

m

1300

额定转矩，N·

358

峰值功率，kw

100

额定功率，kw

60

tDriver-MD15电机所匹配电机控制器DKQ101参数如下：

型号

DKQ101

型式

转矩控制

重量（kg）

23.5

直流侧工作电压围（V（DC））

250～720

直流侧额定工作电压（V（DC））

384

最大容量（kVA）

110

冷却方式

水冷

3.2.4电动机加速性能计算

在水平良好路面上，车辆的行驶加速度表示为：

Ft—辆行驶驱动力，计算公式为：

Ttq—电机额定转矩

ig—变速器传动比

i0—主减速器传动比

r—车轮半径

η—传动机构效率，包括变速器、传动轴和主减速器

Fw—车辆行驶的空气阻力，

Ff—车辆行驶滚动阻力

M—总质量

δ—转动质量换算系数

则，电动汽车从起步加速到速度为U的加速时间为：

选取峰值Ttq为1300N

m，要求速度由0加到50km/h,δ=1.01，M=7365kg，ig=1，i0=5.833，η=0.95，r=0.391m，CD=0.7，A=4.65m2，f=0.012。

代入上式得：

因此，选择最大转矩为1300N·

m的电机，可以满足速度u由0～50km/h的时间为10s。

3.3动力电池选型设计

3.3.1电池性能比较

对传统电动车三种电池性能进行比较见表4。

表4三种动力电池的技术性能

根据电池的性能比较，锂离子电池具有较高的使用寿命、比能量大（同等的能量储存，其质量最轻）同时无污染符合新能源政策要求，故选择锂离子电池做为动力电池。

通过对锂离子电池行业分析和同类车型类比，选用的LG单体电池为三元聚合物锂电池，外形如下图。

参数如下：

序号

项目

容

1

L3

9

标称电压

3.73V

2

容量/C3

43Ah

10

工作电压围

3.0V~4.2V

3

充电电流

持续：

1C

最大：

3C（10s）

11

放电电流

4

阻

＜2mΩ

12

循环寿命

>

2000

90DOD%25℃,0.3C

5

自放电率（月）

＜2%1个月45℃

13

适应温度

-20--55℃

6

尺寸

297*167*11.3mm

14

重量

966g

7

壳体材料

铝塑膜

15

比能量

166Wh/Kg

8

功率密度

1800W/Kg

3.3.2电池电量计算

设计要求以50km/h时速均匀行驶时的续航里程，电动汽车以50km/h时速均匀行驶时：

满足续航里程所需要的电量为：

根据以上计算可得满足续航里程的电量须大于60.96kwh。

3.3.3电池模组选型

根据所选电机、电机控制器的参数和车架具体布置空间，确定电池模组为4并96串以及电池箱体的尺寸。

动力电池系统方案

额定电压

358.08V

容量

172Ah

成组方案

4P96S

16

总重量

＜610Kg

全车包数

17

总电量

61.6kwh

自然传导散热

18

母线连接方式

快速连接器

防护等级

IP54（除出风口）

19

电池包安装位置

详见甲方图纸

控制电源电压

24V

20

BMS（含绝缘检测）

有

18V~30V

21

SOC工作围

10%~90%

电池组充电能力（0~45℃）

0.3C

22

电池组放电能力

（-20~55℃）

额定：

≤1C

2C（三分钟）

额定回馈电流及最大回馈电流

1CA

1.5CA10S

23

工作环境温度

-20℃~55℃（放电）

-20℃~45℃（充电）

该型电池单体20℃的放电曲线

该型电池4并模组20℃的放电曲线

动力电池侧箱外形尺寸

动力电池尾箱外形尺寸

整车数模布置

4.转向系统计算

汽车在行驶过程中，经常需要换车道和转弯。

驾驶员通过一套专门的机构－－汽车转向系，使汽车改变行驶方向。

转向系还可以修正因路面倾斜等原因引起的汽车跑偏。

转向系统不仅关系到汽车行驶的安全，还关系到延长轮胎寿命、降低燃油油耗等。

伴随着现代汽车工业的发展而不断进步，高速公路和高架公路的出现，同向并行车辆的增多和行驶速度的提高及道路条件的变化，要求更加精确灵活的转向系统。

汽车转向系统发展经历了纯机械式转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统三个基本发展阶段，线控转向系统为其发展趋势。

机械液压助力的方向盘与转向轮之间全部是机械部件连接，操控精准，路感直接，信息反馈丰富；

液压泵由发动机驱动，转向动力充沛，大小车辆都适用；

技术成熟，可靠性高，平均制造成本低。

因此选择使用液压助力转向器

4.1转向机构性能要求

1）汽车转弯行驶时，全部车轮应绕瞬时转向中心旋转，任何车轮不应有侧滑。

不满足这项要求会加速轮胎磨损，并降低汽车的行驶稳定性。

2）汽车转向行驶时，在驾驶员松开转向盘的条件下，转向轮能自动返回到直线行驶位置，并稳定行驶。

3）汽车在任何行驶状态下，转向轮都不得产生自振，转向盘没有摆动。

4）转向传动机构和悬架导向装置共同工作时，由于运动不协调使车轮产生的摆动应最小。

5）保证汽车有较高的机动性，具有迅速和小转弯行驶能力。

6）操纵轻便。

7）转向轮碰撞到占该物以后，传给转向盘的反冲力要尽可能小。

8）转向器和转向传动机构的球头处，有消除因磨损而产生间隙的调整机构。

9）在车祸中，当转向轴和转向盘由于车架或车身变形而共同后移时，转向系应有能使驾驶员免遭或减轻伤害的防伤装置。

10）进行运动校核，保证转向轮与转向盘转动方向一致。

4.2方向机的选择

整车部分基本参数

4.2.1原地转向阻力矩Mr（N.m）计算

根据半经验公式

式中f－轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7

G1－前轴负荷（N）

p－轮胎充气压力（Pa）

转向器最大输出扭矩T应满足T≥Mr，一般取T=1.25Mr，T=1.25×

842=1052.5N.m，因此选用如下表所示参数的方向机：

最大输出扭矩为1630N.m,大于1052N.m

4.2.2转向直拉杆受力F（N）

F=Mr/L2=842/0.2=4210N

式中L2为前桥转向节臂长，L2=200mm

4.2.3转向摇臂轴受到的力距M（N.m）

M=F×

L1=4210×

0.23=968.3N.m

式中L1为前桥转向摇臂长，L2=230mm

4.2.4作用在转向盘上的手力Fh

式中,L1为转向摇臂长，L2为转向节臂长；

DSW为转向盘直径；

iω为转向器角传动比，η+为转向器正效率,L1为230mm，L2为200mm，DSW为420mm，ig=21.3，η+=85%

此转向盘手力小于250N，满足使用要求

4.2.5作用在转向盘上的手力矩（N.m）

M=Fh×

D/2=192.6×

0.42÷

2=40.4N.m

4.2.6汽车最小转弯半径计算

L＝3300mm，汽车轴距；

α＝33°

，汽车最大外轮转角；

通过作图，得主销触地点到车轮对称面的距离C=40.37mm；

由于在转弯行驶时轮胎有偏离现象，故实际转弯半径会有所增大，但估计不会大于10m，能够满足整车的要求。

汽车实际的转弯半径要通过试验来验证。

4.2.7转向系角传动比

转向传动装置角传动比：

≈L2/L1=0.2/0.23=0.8696

转向系角传动比:

=

×

ig=0.8696×

21.3=18.52

4.2.8转向盘总回转圈数n

总圈数小于方向机设定的4.5圈，符合要求

4.3转向系匹配计算

4.3.1方向机需求流量Q1

式中N表示方向盘转速，T表示方向机螺杆螺距，D方向机油缸直径，代入式中得

方向机泄油量

转向系统需要的总流量

方向机流量为10-12L/min,满足要求

电动液压转向泵的参数如下表所示

转向泵排量为10ml/r,在转速为1420r/min时，流量为14.2L/min,大于转向系统需要的流量9.97L/min，所选转向泵满足要求

4.3.2转向管路通径计算

管通径计算公式

吸油管管径

式中V1≤0.5～1.5m/s,一般取1m/s,计算d1=14.65mm,选用吸油管通径为16mm；

压油管通径

式中V2=3～3m/s，取4m/s计算,计算d2=7.33mm,选用高压钢丝管有效直径径为8mm；

回油管通径

式中V3=1.5～2.5m/s，取2m/s计算,计算d3=10.36mm,选用回油管通径为10mm；

5再生制动系统控制策略计算说明书

设计目标：

（1）在满足GB12676-1999法规制动分配力下最大利用回收制动系统再生能量；

（2）紧急制动符合理想制动分配系数；

（3）机械模式与电控模式制动踏板相同行程整车制动强度相同；

（4）安全性电控系统失效时可自动切换为机械系统控制模式。

5.1整车参数

整车参数：

代号

单位

空载质量

m1

kg

3650

满载质量

m2

轴距（空载/满载）

L

mm

3300/3308

空载质心高

Hg1

612

满载质心高

Hg2

946

空载前轴轴荷

mo1

1840

空载后轴轴荷

mo2

1810

满载前轴轴荷

mf1

2350

满载后轴轴荷

mf2

5015

空载前轴到质心水平距离

Lf1

1540

空载后轴到质心水平距离

Lr1

1760

满载前轴到质心水平距离

Lf2

2090

满载后轴到质心水平距离

Lr2

1218

车轮滚动半径

R

383

额定功率

kw

额定转矩

N·

额定转速

r/min

3600

峰值功率

峰值转矩

600

5.1.2地面对前后车轮的法向反作用力如下图所示：

5.2满足GB12676-1999法规下的制动力分配与再生控制策略：

5.2.1、GB12676-1998法规N2类车型制动分配力法规确定制动分配系数。

变换不等式得到：

当制动强度z≥0.1时，制动分配系数必须满足β≥（b+z*hg）/L。

当制动强度0.15＜z＜0.3,空载制动分配系数必须满足β＞1-（z+0.08）*（a-z*hg）/（z*L），重载制动分配系数必须满足：

β＞（z-0.08）*（b+z*hg）/（L*z）

当制动强度z≥0.3,制动分配系数必须满足β≥1-（z-0.0188）*（a-z*hg）/（0.74*z*L）

得到制动强度与制动分配系数关系图5.2.1：

整车采用后置驱动方式，为了提升再生制动利用率应尽可能满足法规的情况下采用较小的制动分配系数，加大后桥的制动分配力。

所以按下表取空载、重载不同状态取制动分配系数。

5.2.2再生制动控制策略

（1）法规未对制动强度Z＜0.1,前后轮制动关系进行要求，可全部由后轮进行电机再生制动与后轮气压制动来实现。

电机特性曲线：

电机

对应转速（r/min）

n=V*i

/（0.377*R）

404

808

1212

1616

2020

2424

2828

3232

3636

车速（km/h）

v

30

40

50

70

80

90

速比

i

轮胎半径（m）

0.383

电机最大制动力扭矩（N.m）

T

371

477

286

238

204

179

159

制动强度

z

0.1

整车质量（kg）

重力加速度（m/s^2）

需求电机制动扭矩

T=z*g*m*R/i

235

气压制动需要提供的制动力矩（N.m）

-136

-365

-242

-123

-51

-3

31

56

76

n=V*i/（0.377*R）

电机制动力扭矩（N.m）

474

103

-126

116

188

236

270

295

315

（2）制动强度在0.15＜z＜0.3时,

空载：

前轮制动力Ff1=（1-（z+0.08）*（a-z*hg）/（z*L））*G*z

后轮制动力Fr1=G*z-Ff1

气压制动力Fr11=Fr1-FtFt:

电动机制动扭矩

重载：

前轮制动力Ff2=（z-0.08）*（b+z*hg）/（L*z）*G*Z

后轮制动力Fr2=G*z-Ff1

气压制动力Fr22=Fr2-FtFt:

（3）制动强度在0.3≤z