电动底盘设计计算书.docx
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电动底盘设计计算书
江淮HFC1070P83EV1C3型纯电动环卫车
整车动力经济性能校核计算书
合肥国骋新能源汽车技术有限公司
二O一二年四月
0
整车动力经济性能校核计算书
所属课题：
江淮HFC1070P83EV1C3型纯电动环卫车研制
编 制：
校 对：
审 核：
批 准：
批准时间：
2012年4月24日
一、动力经济性设计目标
1.最高车速Vmax≥80km/h
2.最大爬坡度imax≥20％
3.加速能力起步加速到Va＝50km/h，加速时间T≤18s
4.一次充电续驶里程>150km（满载，不开空调，50km/h匀速，
动力电池组按照345V200Ah计）
二、计算参数
1.汽车总质量
汽车总质量G＝7,350kg
2.驱动电机特性参数
驱动电机采用国产永磁同步电机，采用“电机＋五档变速器”配置方案，电机和控制器都采用水冷方式，需要另外配置水泵和风扇。
表1给出了驱动电机的规格参数，表2给出了电机的特性参数。
图1给出了驱动电机的特性曲线。
表1驱动电机规格参数
参数名称
单位
参数值
峰值功率（1min）
kW
80
额定功率（1h）
kW
40
峰值转矩（1min）
Nm
250
额定转矩（1h）
Nm
127
最高转速
r/min
4200
电机基速
r/min
3000
表2驱动电机特性参数
转速（rpm）
额定转矩（Nm）
额定功率（kW）
峰值转矩（Nm）
峰值功率（kW）
0
127.0
0.0
255.0
0.0
100
127.0
1.3
255.0
2.7
200
127.0
2.7
255.0
5.3
300
127.0
4.0
254.0
8.0
400
127.0
5.3
253.5
10.6
500
127.0
6.6
254.0
13.3
600
127.0
8.0
253.0
15.9
700
127.0
9.3
252.5
18.5
800
127.0
10.6
252.0
21.1
900
127.0
12.0
252.0
23.7
1000
127.0
13.3
251.5
26.3
1100
127.0
14.6
251.0
28.9
1200
127.0
16.0
250.5
31.5
1300
127.0
17.3
250.0
34.0
1400
127.0
18.6
249.5
36.6
1500
127.0
19.9
249.0
39.1
1600
127.0
21.3
249.0
41.7
1700
127.0
22.6
249.5
44.4
1800
127.0
23.9
250.0
47.1
1900
127.0
25.3
249.5
49.6
2000
127.0
26.6
249.5
52.3
2100
127.0
27.9
249.5
54.9
2200
127.0
29.3
249.5
57.5
2300
127.0
30.6
249.5
60.1
2400
127.0
31.9
249.5
62.7
2500
127.0
33.2
249.5
65.3
2600
127.0
34.6
249.5
67.9
2700
127.0
35.9
249.5
70.5
2800
127.0
37.2
249.5
73.2
2900
127.0
38.6
249.5
75.8
3000
127.0
39.9
249.5
78.4
3100
122.9
39.9
241.5
78.4
3200
119.1
39.9
233.9
78.4
3300
115.5
39.9
226.8
78.4
3400
112.1
39.9
220.1
78.4
3500
108.9
39.9
213.9
78.4
3600
105.8
39.9
207.9
78.4
3700
103.0
39.9
202.3
78.4
3800
100.3
39.9
197.0
78.4
3900
97.7
39.9
191.9
78.4
4000
95.3
39.9
187.1
78.4
4100
92.9
39.9
182.6
78.4
4200
90.7
39.9
178.2
78.4
图1驱动电机特性曲线
3.变速器速比ig，主减速器速比i0，车轮滚动半径Rr
后桥速比5.857
轮胎7.0R16
表3
ig
i1=4.936i2=2.561i3=1.518i4=1.0i5=0.783iR=4.816
i0
5.857
Rr（m）
0.383
4.迎风面积A，空气阻力系数CD，前轮距B，汽车总高H
表4
A（m2）
3.95
CD
0.7
B（mm）
1860
H（mm）
2213
5.滚动阻力系数f，传动效率ηT，重力加速度g
表5
g（m/s2）
9.8
f
0.0076+0.000056ua
ηT
0.85
三、计算
1.汽车各挡速度特性
式中：
ua—车速，km/h；
nm—电机转速，r/min；
Rr－车轮滚动半径，m；
ig－变速器速比；
i0－主减速器速比；
其计算数据见表6，曲线见图2。
表6
nm（rpm）
ua1（km/h）
ua2（km/h）
ua3（km/h）
ua4（km/h）
ua5（km/h）
0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
400
1.8
3.6
6.0
9.9
12.6
800
3.6
7.1
12.1
19.8
25.2
1200
5.4
10.7
18.1
29.7
37.9
1600
7.2
14.2
24.1
39.6
50.5
2000
9.0
17.8
30.2
49.5
63.1
2400
10.8
21.4
36.2
59.4
75.7
2800
12.5
24.9
42.3
69.3
88.3
3200
14.3
28.5
48.3
79.3
101.0
3600
16.1
32.0
54.3
89.2
113.6
4000
17.9
35.6
60.4
99.1
126.2
图2各档速度特性曲线
2.驱动力
式中：
Ft－驱动力，N；
－电机峰值转矩，Nm；
Rr－车轮滚动半径，m；
ig－变速器速比；
i0－主减速器速比；
ηT－传动效率；
计算数据见表7。
表7
nm（rpm）
Ft1（N）
Ft2（N）
Ft3（N）
Ft4（N）
Ft5（N）
0
16361.0
8488.8
5031.6
3314.6
2595.4
300
16296.9
8455.5
5011.9
3301.6
2585.2
600
16232.7
8422.2
4992.2
3288.6
2575.0
900
16168.5
8388.9
4972.4
3275.6
2564.8
1200
16072.3
8339.0
4942.8
3256.1
2549.6
1500
15976.1
8289.0
4913.2
3236.6
2534.3
1800
16040.2
8322.3
4933.0
3249.6
2544.5
2100
16008.1
8305.7
4923.1
3243.1
2539.4
2400
16008.1
8305.7
4923.1
3243.1
2539.4
2700
16008.1
8305.7
4923.1
3243.1
2539.4
3000
16008.1
8305.7
4923.1
3243.1
2539.4
3300
14551.7
7550.0
4475.2
2948.1
2308.3
3600
13339.1
6920.9
4102.2
2702.4
2116.0
3900
12312.5
6388.2
3786.5
2494.4
1953.1
4200
11433.5
5932.2
3516.2
2316.3
1813.7
3.空气阻力
式中：
FW－空气阻力，N；
CD－空气阻力系数；
A－迎风面积，m2；
ua－汽车速度，km/h；
计算数据见表8所示。
表8
nm（rpm）
FW1（N）
FW2（N）
FW3（N）
FW4（N）
FW5（N）
0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
300
0.3
1.1
3.1
7.2
11.7
600
1.2
4.4
12.4
28.6
46.7
900
2.6
9.8
27.9
64.4
105.0
1200
4.7
17.4
49.6
114.4
186.6
1500
7.3
27.3
77.6
178.8
291.6
1800
10.6
39.2
111.7
257.4
419.9
2100
14.4
53.4
152.1
350.4
571.5
2400
18.8
69.8
198.6
457.6
746.4
2700
23.8
88.3
251.3
579.2
944.7
3000
29.3
109.0
310.3
715.1
1166.3
3300
35.5
131.9
375.5
865.2
1411.2
3600
42.3
157.0
446.8
1029.7
1679.5
3900
49.6
184.2
524.4
1208.4
1971.1
4200
57.5
213.7
608.2
1401.5
2286.0
4.各挡动力因数计算
式中：
D－汽车动力因数；
Ft－驱动力，N；
FW－空气阻力，N；
G－汽车总重，N；
计算结果见表9，曲线见图3。
表9
nm（rpm）
D1
D2
D3
D4
D5
0
0.2271
0.1179
0.0699
0.0460
0.0360
300
0.2262
0.1174
0.0695
0.0457
0.0357
600
0.2253
0.1169
0.0691
0.0453
0.0351
900
0.2244
0.1163
0.0686
0.0446
0.0342
1200
0.2231
0.1155
0.0679
0.0436
0.0328
1500
0.2217
0.1147
0.0671
0.0425
0.0311
1800
0.2225
0.1150
0.0669
0.0415
0.0295
2100
0.2220
0.1146
0.0662
0.0402
0.0273
2400
0.2220
0.1143
0.0656
0.0387
0.0249
2700
0.2219
0.1141
0.0649
0.0370
0.0221
3000
0.2218
0.1138
0.0640
0.0351
0.0191
3300
0.2015
0.1030
0.0569
0.0289
0.0125
3600
0.1846
0.0939
0.0507
0.0232
0.0061
3900
0.1702
0.0861
0.0453
0.0179
—
4200
0.1579
0.0794
0.0404
0.0127
—
图3各档动力因数图
5.爬坡度计算
式中：
i－汽车爬坡度，％；
D－汽车动力因数；
f－车轮滚动阻力系数；
计算结果见表10。
表10
nm（rpm）
i1（%）
i2（%）
i3（%）
i4（%）
i5（%）
0
22.5
11.1
6.2
3.8
2.8
300
22.4
11.0
6.2
3.8
2.8
600
22.3
11.0
6.1
3.7
2.6
900
22.2
10.9
6.0
3.6
2.5
1200
22.0
10.8
5.9
3.4
2.3
1500
21.9
10.7
5.8
3.3
2.1
1800
22.0
10.7
5.8
3.1
1.9
2100
21.9
10.6
5.7
3.0
1.6
2400
21.9
10.6
5.6
2.8
1.3
2700
21.9
10.6
5.5
2.6
1.0
3000
21.9
10.5
5.4
2.3
0.6
3300
19.7
9.4
4.6
1.7
0.0
3600
17.9
8.5
4.0
1.1
0.0
3900
16.4
7.7
3.4
0.5
0.0
4200
15.1
7.0
2.9
0.0
0.0
6.加速性能计算
（1）各挡加速度及加速度倒数计算
式中：
J－汽车加速度，m/s2；
g－重力加速度，m/s2；
D－汽车动力因数；
f－车轮滚动阻力系数；
－旋转质量换算系数；
按照经验公式：
式中：
ig－变速器速比；
i0－主减速器速比；
计算结果见表11，曲线见图4。
表11
nm（rpm）
1/J1（s2/m）
1/J1（s2/m）
1/J3（s2/m）
1/J4（s2/m）
1/J5（s2/m）
0
0.606
1.019
1.726
2.758
3.711
300
0.609
1.025
1.743
2.809
3.823
600
0.611
1.032
1.762
2.877
3.990
900
0.614
1.038
1.784
2.965
4.226
1200
0.618
1.048
1.814
3.084
4.569
1500
0.623
1.057
1.847
3.232
5.050
1800
0.620
1.056
1.863
3.368
5.635
2100
0.622
1.062
1.894
3.572
6.587
2400
0.622
1.066
1.926
3.817
8.078
2700
0.623
1.070
1.961
4.130
10.790
3000
0.623
1.075
2.001
4.536
17.091
3300
0.689
1.201
2.320
6.322
0.000
3600
0.756
1.332
2.695
9.946
0.000
3900
0.823
1.471
3.148
21.759
0.000
4200
0.892
1.617
3.712
0.000
0.000
图4各档加速度倒数图
（2）汽车加速时间T和加速距离S计算
式中：
T－加速时间，s；
S－加速距离，m；
V1、V2、Va－车速，m/s；
t1、t2－加速时间，s；
J－汽车加速度，m/s2；
●起步加速计算结果如表12所示，曲线见图5。
表12
车速（km/h）
加速时间（s）
加速距离（m）
0
0.0
0.0
1
0.2
0.0
2
0.3
0.1
3
0.5
0.2
4
0.7
0.4
5
0.8
0.6
6
1.0
0.9
7
1.2
1.2
8
1.4
1.5
9
1.5
1.9
10
1.7
2.4
11
1.9
2.9
12
2.1
3.4
13
2.2
4.0
14
2.4
4.7
15
2.6
5.4
16
2.8
6.2
17
2.9
7.0
18
3.1
8.0
19
3.4
9.1
20
4.2
13.5
21
4.5
15.2
22
4.8
16.9
23
5.1
18.8
24
5.3
20.7
25
5.6
22.7
26
5.9
24.8
27
6.2
27.0
28
6.5
29.3
29
6.8
31.7
30
7.1
34.2
31
7.5
36.9
32
7.8
39.8
33
8.1
42.8
34
8.5
46.1
35
8.9
49.7
36
9.2
53.4
37
9.6
57.4
38
10.0
61.7
39
10.5
66.2
40
11.3
75.0
41
11.8
81.0
42
12.3
87.2
43
12.9
93.6
44
13.4
100.2
45
14.0
107.0
46
14.5
113.9
47
15.1
121.0
48
15.6
128.3
49
16.2
135.8
50
16.7
143.6
51
17.3
151.9
52
17.9
160.5
53
18.6
169.6
54
19.2
179.2
55
19.9
189.2
56
20.6
199.7
57
21.3
210.8
58
22.0
222.4
59
22.7
234.5
60
23.5
247.3
61
24.3
260.7
62
25.1
274.8
63
26.0
289.6
64
26.9
305.1
65
27.8
321.4
66
28.7
338.5
67
29.7
356.4
68
30.5
371.4
69
31.7
393.7
70
32.8
416.7
71
34.0
440.2
72
35.3
464.5
73
36.5
489.3
74
37.7
514.9
75
39.0
541.6
76
40.4
569.7
77
41.8
599.5
78
43.2
630.9
79
44.8
664.3
80
46.4
699.7
81
48.1
737.3
82
49.8
777.4
83
51.7
820.1
84
53.7
865.8
85
55.7
914.8
图5加速T-V和S-V曲线
7.汽车阻力功率计算
式中：
P－阻力功率，kW；
Pf、PW－滚动阻力、空气阻力功率，kW；
ua－车速，km/h；
f－车轮滚动阻力系数；
CD－空气阻力系数；
A－迎风面积，m2；
G－汽车总重量，N；
计算结果如表14所示，曲线见图7。
表14
车速（km/h）
阻力功率（kW）
0
0.0
10
2.0
20
4.4
30
7.7
40
12.0
50
17.6
60
24.7
70
33.6
80
44.6
90
57.9
图7阻力功率和电机功率曲线
8.作汽车功率平衡图，确定汽车最高车速Vamax
将驱动电机的峰值功率和额定功率与车速的关系作图于图7，将汽车在平直路面行驶时的汽车阻力功率也作图于图7。
在国标GB/T18385－2005中规定，电动汽车的最高车速包括持续30分钟最高车速和持续行驶1km最高车速两种定义，分别对应电机的稳定持续最大输出功率（额定功率，1h）和短时峰值输出功率（峰值功率，1～3min）。
在本计算书规定的动力性指标中，有关最高车速为>80km/h的要求是指持续行驶1km的最高车速。
由功率平衡图上的电机额定功率与阻力功率的平衡点，可确定理论上汽车可达到的持续行驶1km的最高车速约为：
Vamax=102km/h
考虑各种因素，确定30分钟最高车速为：
Vamax_30min=70km/h
9.等速行驶工况下续驶里程初步估算
考虑50km/h等速行驶，由表14可知，阻力功率17.6kW，估计附件功率（不开空调）为900W，整车总功耗为18.5，电池组总存储能量为69kWh，考虑剩余10%电能，即可用电能为62.1kWh，因此预估不开空调情形下50km/h匀速行驶的续驶里程为168km。
如果开启空调，估计附件总功率为5kW，整车总功耗为22.6kW，预计50km/h匀速续驶里程约为137km。
四、主要动力性参数表
整车的主要动力性参数要求和计算结果对比表如表15。
表15动力性参数对比表
名称
设计要求
分析结果
最高车速uamax
80km/h
102km/h
30分钟最高车速uamax_30min
—
70km/h
最大爬坡度imax（10km/h）
20%
22％
0到50km/h加速时间
18s
16.7s
一次充电50km/h匀速行驶续驶里程
>150km（不开空调）
168km
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