电动车设计计算书.docx

1、电动车设计计算书一、车型设计的主要参数指标 表1 主要参数参数数值参数数值整车满载质量（kg）7365整备质量（kg）4180长*宽*高(m*m*m)5995*2150*3110轴距（m)3300迎风面积（）4.65风阻系数0.7滚动阻力系数0.012后桥速比5.833车轮滚动半径(m)0.391重力加速度9.8传动效率0.95滚动阻力系数0.012二、车型设计的计算方程式 电动汽车动力传动系统的设计应该满足车辆对动力性能的要求和续驶里程的要求。我们得到动力性能的要求，即最高车速80km/h，加速性能050km/h小于10s，爬坡度不小于20%（20 km/h），续航里程150kw（50km/

2、h）。为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度、最大爬坡度和续航里程。汽车的行驶方程式为： 式中：Ft驱动力；F行驶阻力之和。车辆行驶的驱动力是路面作用在车辆驱动轮上的，电动汽车的电动机输出轴输出转矩，经过车辆传动系传递到驱动轮的驱动力矩为Tt，同时，地面对驱动轮产生反作用力Ft，这个反作用力就是驱动汽车行驶的外力，即驱动力。其数值为： 式中：Tt作用与驱动轮上的转矩；r车轮半径。电动汽车中Tt是由电动机输出的转矩经传动系统传递到车轮上的。令传动系统总传动比为i，传动系统的机械效率为t。驱动电

3、动机的输出转矩为Ttq，则有： 汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服坡度阻力。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。因此汽车行驶过程中的总阻力为： 式中：Ff滚动阻力Fw空气阻力Fi坡度阻力Fj加速阻力其中：（1）滚动阻力：Ff可以等效的表示为： 式中：W作用于车辆上的法向载荷；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： 式中：空气阻力系数；迎风面积，即车辆行驶方向的投影面积；空气密度，一般1.2258Ns2m-4。相对速度，在无风时即车辆的

4、行驶速度。在无风条件下汽车的运动，即为汽车的行驶速度ua。如ua以kmh计，A以m2计，则空气阻力(N)为： (3) 坡度阻力： 式中：坡度。一般道路的坡度均较小，此时sin=tan=i。 (4) 加速阻力： 式中：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

5、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80 km/h加速性能 050km/h小于10S爬坡度不小于20%（20 km/h）续航里程不小于150 km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

6、度对应的行驶阻力Famax确定速比的下限。 其中：Famax=mgcosf+mgsin =73659.80.980.012+73659.80.2=15284.2 N，r=0.238m。我们取Tmax=1000Nm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

7、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=73659.8N，f=0.012，CD=0.7，A=4.65m2，=0.95，ua=80km/h（此时电机转速为3600r/min）

8、(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:G=73659.8N，f=0.012，i=0.2，=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=mgfcos；Fi=mgsin，所以： 代入ig=1，i0=5.833，=0.95，m=7365kg，g=9.8m/s2，f=0.012，=tan-

9、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

10、机电动功率-转速特性曲线表3 性能参数电机参数数值峰值转矩，Nm1300额定转矩，Nm358峰值功率，kw100额定功率，kw60tDriver-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）250720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： 式中：Ft辆行驶驱动力，计算公式为： 其中：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 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

11、空气阻力， Ff车辆行驶滚动阻力 M总质量 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1300Nm，要求速度由0加到50km/h , = 1.01，M=7365kg，ig=1，i0=5.833，=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1300Nm的电机，可以满足速度u由050km/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

12、，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：序号项目容序号项目容1型号L39标称电压3.73V2容量/C343Ah10工作电压围3.0V 4.2V3充电电流持续：1C最大：3C（10s）11放电电流持续：1C最大：3C（10s）4阻2m12循环寿命200090DOD%25,0.3C5自放电率（月）2% 1个月4513适应温度-20-556尺寸297*167*11.3 mm14重量966g7壳体材料铝塑膜15比能量166Wh/Kg8功率密度1800W/Kg3.3.2电

13、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。动力电池系统方案序号项目容序号项目容1额定电压358.08V15容量172Ah2成组方案4P96S16总重量610Kg3全车包数317总电量61.6kwh4冷却方式自然传导散热18母线连接方式快速连接器5防护等级IP54（除出风口）19电池包安装位置详见甲方图纸6控制电源电压24V20BMS（含绝

14、缘检测）有7工作电压围18V30V21SOC工作围10%90% 8电池组充电能力（045）0.3C22电池组放电能力（-2055）额定：1C 最大： 2C（三分钟）9额定回馈电流及最大回馈电流1CA 1.5CA 10S23工作环境温度-2055（放电）-2045（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

15、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

16、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

17、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0.7G1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TMr，一般取T=1.25Mr，T=1.25842=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.m4.2.2 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=200mm4.2.3 转向摇臂轴受到的力距M（N.m） M=FL1=42100.23=

18、968.3N.m式中L1为前桥转向摇臂长，L2=230mm4.2.4 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；i为转向器角传动比，+为转向器正效率,L1为230mm，L2为200mm，DSW为420mm，ig=21.3，+=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=FhD/2=192.60.422=40.4 N.m 4.2.6 汽车最小转弯半径计算其中：L3300mm，汽车轴距；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

19、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=0.869621.3=18.524.2.8 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

20、，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V10.51.5m/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=33m/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=1.52.5m/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

21、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：项目代号单位数值空载质量m1kg3650满载质量m2kg7365轴距（空载/满载）Lmm3300/3308空载质心高Hg1mm612满载质心高Hg2mm946空载前轴轴荷mo1kg1840空载后轴轴荷mo2kg1810满载前轴轴荷mf1kg2350满载后轴轴荷mf2kg5015空载前轴到质心水平距离Lf1mm1540空载后轴到质心水平距离 Lr1mm1760满载前轴到质心水平距离Lf2mm2090满载后轴到质心水平距离 Lr2mm1218车轮滚动

22、半径Rmm383电机参数额定功率kw60额定转矩Nm358额定转速r/min3600峰值功率kw100峰值转矩Nm6005.1.2 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z0.1时，制动分配系数必须满足（b+z*hg）/L。变换不等式得到：当制动强度0.15z0.3,空载制动分配系数必须满足1-(z+0.08)*(a-z*hg)/(z*L)，重载制动分配系数必须满足：（z-0.08）*(b+z*hg)/(L*z)当制动

23、强度z0.3,制动分配系数必须满足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Z0.1,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（k

24、m/h）v102030405060708090速比i5.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.833轮胎半径（m）R0.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.383电机最大制动力扭矩（N.m）T371600477358286238204179159制动强度z0.10.10.10.10.10.10.10.10.1整车质量（kg）m365036503650365036503650365036503650重力加速度（m/s2）g9.89.89.89.89.89.89.89.89.8需求电机制动扭矩T=z*g*m*R/

25、i235 235 235 235 235 235 235 235 235 气压制动需要提供的制动力矩（N.m）-136 -365 -242 -123 -51 -3 31 56 76 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）v102030405060708090速比i5.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.833轮胎半径（m）R0.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.383电机制动力扭矩（N.m）

26、T371600477358286238204179159制动强度z0.10.10.10.10.10.10.10.10.1整车质量（kg）m736573657365736573657365736573657365重力加速度（m/s2）g9.89.89.89.89.89.89.89.89.8需求电机制动扭矩T=z*g*m*R/i474 474 474 474 474 474 474 474 474 气压制动需要提供的制动力矩（N.m）103 -126 -3 116 188 236 270 295 315 （2）制动强度在0.15z0.3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-Ft Ft: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-Ft Ft:电动机制动扭矩（3）制动强度在0.3z