【《某电驱动桥式纯电动环卫车参数匹配计算案例》7200字】

某电驱动桥式纯电动环卫车参数匹配计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u8104第1章绪论 128000第2章纯电动环卫车整车性能指标 2275372.1整车性能需求分析 2323522.2动力学需求分析 249892.3经济性需求 2190632.4整车性能设计指标 326059第3章电驱动桥式纯电动环卫车参数匹配 4106133.1底盘布置 4230903.2中央电机驱动桥参数匹配与选型 4242553.3驱动电机参数匹配与选型 6120303.3.1驱动电机参数匹配 6322523.3.2驱动电机选型 1014143.4动力电池参数计算 11138973.4.1动力电池参数匹配 1179443.4.2动力电池选型 12第1章绪论虽然国内对新能源专用车的称呼很多，但根据车辆的专业使用和使用场景，基本上分为三类，可分为物流车、环卫车和特种作业。其中，环卫车为特种车辆，主要用于市容整理和清洁。目前在我国的环卫车领域，其主要使用的仍旧是传统的燃油环卫车。这种传统的环卫车具有高油耗、高排放、高噪声、高热辐射等诸多共性问题，在通过城市运行保护城市环境卫生的同时，也对城市环境造成了相当大的污染，所以有一种说法是“环卫车不环卫”，这种情况严重破坏了国家的环境条件，随着国家经济实力的不断提高和各行业的快速发展，城市的环境问题越来越成为国家的重要问题，因此，在这样的国情下，城市环卫车的需求量及其使用量将大幅增加，然而传统燃油环卫车数量的大幅增加仍将对城市环境产生相当不利的影响，因此目前环卫行业的发展方向是新能源环卫车，这也是国家高度重视的新兴产业。综上所述，可以看出，虽然纯电动环卫车在纯电动专用车中的比例并不高，但由于国家和政府的大力推动以及企业的逐渐重视，其市场前景十分广阔，发展潜力巨大。因此，研制无污染、低噪音、性能优越的纯电动环卫车，对保护城市环境卫生具有重要意义。第2章纯电动环卫车整车性能指标动力传动系统是电动汽车最重要的系统，电动汽车的性能主要由动力传动系统的性能决定。本章将对电动驱动桥驱动的纯电动环卫车动力传动系统关键部件的参数进行匹配和选择。动力传动系统的关键部件主要有动力电池、驱动电机、电驱动桥。2.1整车性能需求分析动力性和经济性是纯电动环卫车的基本性能要求。动力性侧重于满足驾驶员对车辆加速和爬坡的要求，其性能指标体现了纯电动环卫车在行驶过程中所能达到的极限运动水平;经济性反映了纯电动环卫车在行驶过程中的能耗水平，主要是电能的消耗。目前，车辆的经济性水平已经成为评价车辆产品技术水平的重要标志，包括续驶里程、能耗率等，已成为车辆设计开发过程中的重要评价指标。通过市场调研，将传统燃油环卫车的市场需求转化为待开发的纯电动环卫车需求，从而设计整车性能指标。2.2动力学需求分析动力是汽车应该具备的基本性能。无论是传统燃油车还是新能源车，基本的动力要求都要保证。纯电动汽车与燃油车类似。对动力的要求主要体现在需要动力系统提供一定的动力输出，使车辆在满足驾驶员操作需要的加速、爬坡等特定驾驶条件，特别是起步加速、中速急加速和超车、低速通过大坡，高速巡航是最突出的动力性能。实际上，纯电动汽车的动力需求其实反映的是对扭矩和功率的需求。纯电动汽车对动力性能的需求与传统燃油车相似。在GB/T7258−2017电动汽车动力性能的实验方法中，以最高车速、加速时间和爬坡度作为动力性能的主要评价指标。通过初步的市场调研可以得出结论，市场对纯电动环卫车的动力需求是：最高车速不低于90Km/ℎ,车速对应的最大爬坡度不低于20%。因为传统的燃油车加速较慢，调研过程中，不论是驾驶员，还是经销商等都对纯电动环卫车的加速时间均没有具体的要求。2.3经济性需求新能源汽车，尤其是纯电动汽车之所以受到全国上下的广泛关注，一个重要原因就在于其节能减排和环境保护的能力。对于纯电动汽车来说，经济性不仅是整车研发的关键性能指标，也是衡量整车综合技术水平的重要指标。纯电动汽车最直观的经济性能水平的特点是每一次充电的续驶里程或能耗率，这在我国《纯电动汽车续驶里程和能耗测量方法国家标准》中已有规定。在国家标准中，单次充电续驶里程是指纯电动汽车按照标准可以充电到充满电状态，然后在一定运动条件下行驶的单次充电最大续驶里程，单位为km。根据GB/T7258−2017电动汽车能量消耗率和续航里程试验方法规定，对于本次开发的总质量为8280Kg的纯电动环卫车，匀速法为实车在道路上进行40km/ℎ的匀速试验，工况法为在底盘测功机上采用C−WTVC通过前期的市场调研，了解到当前市场对质量为８吨重的纯电动环卫车的经济性方面的需求是：半载。40km/ℎ匀速工况单次充电续驶里程不低于300km，而对C−WTVC工况续驶里程暂时没有具体要求。2.4整车性能设计指标综合市场对8吨纯电动环卫车动力性和经济性的需求，可以得到车辆动力性和经济性设计指标的要求，如表2.1所示。表2.1纯电动环卫车性能指标性能指标数值单位动力性最高车速≥90Km爬坡度10Km≥20%0~30Km−s30~50Km−s经济性40Kmℎ≥300Km本设计研制的纯电动环卫车基本参数如表2.2所示。表2.2纯电动环卫车整车基本参数参数数值单位长*宽*高6430∗2210∗2390mm整备质量6850K满足总质量8280K迎风面积5.6m空气阻力系数0.7−车轮滚动半径390mm轴距3380mm质心高度（满载）1175mm第3章电驱动桥式纯电动环卫车参数匹配3.1底盘布置确定本项目开发的纯电动环卫车采用了电驱动桥式驱动方案，对纯电动环卫车的底盘进行总体布置。最终电驱动桥式纯电动环卫车的底盘布置简图如图3.1所示。从图3.1中可以看出，电驱动桥式纯电动环卫车底盘布置形式具备以下优点：（1）新一代纯电动环卫车底盘：动力电池布置在纵梁中央，提高了底盘的整体性，同时对于底盘线束的布置简单整洁；（2）—体化电池包设计：动力电池与底盘共用横梁，单包设计能减轻动力电池系统重量，较传统的双包设计，减重约50Kg；（3）电驱动后桥：可以提高传动效率（5%-10%）；体积小，增大了整车的布置空间；电驱动后桥（320Kg）相较于传统形式的驱动后桥减重约209Kg。3.2中央电机驱动桥参数匹配与选型由于开发的质量为8吨重的纯电动环卫车所采用的是电驱动桥驱动方式，因此首先需要匹配适合该重量车辆的中央电机驱动桥。目前选用某车桥公司的电驱动桥。公司主要电驱动桥产品如表3.1所示。从表3.1中可以看出，本设计开发的纯电动环卫车总质量为8280千克，可以选择表中的5t中央电机驱动桥。5t中央电动机驱动桥的内部包含三级减速，一级减速比为1.875、二级减速比为2.087、三级减速比为3.455，各级的减速效率表现均为99%，因此该中央电机驱动桥的总减速比为13.52，总效率为97%。采用电机与电驱动桥一体化方案，将电机输出的动力直接传递给驱动桥，可以提高整个系统的效率，减轻动力传动系统的重量，实现整车的轻量化。表3.1电动驱动桥产品规格规格车型扭矩功率13t轮边电机驱动桥10m以上公交车18400N.m2x159Kw8t中央电机驱动桥8~10m公交车12400N.m205Kw12t城市环卫车12400N.m5t中央电机驱动桥4.5~7t6150N.m149Kw6~8m客车7400N.m3t中央电机驱动桥3.5~4.5t物流车3600N.m132Kw5~6m小型客车4100N.m中央电机驱动桥传动系统的齿轮均为斜圆柱齿轮，可实现双向转动传动。力矩一致，可以提高传动系电制动能力，制动能量回收率高。5t中央电机驱动桥三维模型如图3.2所示，主要技术参数如表3.2所示。图3.25t中央电机驱动桥立体模型表3.25t中央电机驱动桥主要技术参数3.3驱动电机参数匹配与选型与传统汽车类似，纯电动环卫车的动力性能主要有三个评价指标，分别是：最高车速、最大爬坡度和加速时间。在对驱动电机进行匹配时，将这三个动力性能指标作为相应的约束条件，并根据表2.2中的车辆基本参数，以及表3.2中的5t中央电机驱动桥速比，计算出驱动电机的基本参数，其基本参数主要包括：峰值功率、额定功率、峰值扭矩、额定扭矩、峰值转速、额定转速。3.3.1驱动电机参数匹配（1）驱动电机峰值功率计算与选择电机具有一定程度的过载能力，可以在短时间内以峰值功率运行。因此，纯电动汽车往往将电机的峰值功率作为纯电动汽车的后备功率，而后备功率过大会导致电机的功率浪费，并导致电机长时间在低效率区运行，降低了系统的效率，导致经济性能下降；太小又会导致汽车的动力性能要求无法满足。在GB/T18295~2005电动汽车动力性能试验方法中，车辆动力性的评价指标以最高车速、加速时间和最大爬坡度三项指标为主。因此，选出合理的驱动电机的峰值功率是为了满足车辆的最高车速、加速时间、最大爬坡度三项指标的要求，因此电机的峰值功率至少应等于三者之中的最大值，转化为表达式则为Peak式中PVmaxPimaxPαmax=1\*GB3①最高车速最高车速是指在特定试验条件下汽车所能够达到的最高平均车速，是考察纯电动汽车高速行驶能力的重要指标。最高车速对应的电机峰值功率主要需要考虑的是汽车行驶过程中的滚动阻力和空气阻力，即驱动电机对应最高车速的需求功率为PVmax式中Vmax为最高车速，KmηTｍ为汽车质量，Kg；ｇ为重力加速度，m2Ａ为迎风面积，m2f为滚动阻力系数；CD代入表2.2原始数据P=2\*GB3②加速时间汽车加速性能评价指标很多，汽车从一个速度加速至另一个速度所需的时间称为加速时间，汽车的加速时间是评价汽车加速性能的重要指标之一。作为一款总质量为8280Kg的纯电动环卫车，其车辆类型属于N2类车辆，即至少有4个车轮，并且工厂设定最大总质量超过3.5t，但没有超过12t的载货车辆。根据GB7258~2017机动车试验法规定，N2类型的纯电动汽车应进行0~30Kmℎ加速性能试验以及30~50Kmℎ加速性能试验。其中30~50Kmℎ的加速时间体现出了起步过程中纯电动汽车拥有的加速能力，0~50KmPtmax式中Vm为加速结束车速，Kmtmδ为旋转质量选择系数。带入表2.2原始数据P=3\*GB3③最大爬坡度爬坡能力代表车辆在一个的恒定车速下所能克服的坡度。根据市场调查，本设计研制的纯电动环卫车所需的爬坡度为：在10KmℎPαmaxαmax式中Vα为最低坡度速度，Kmαmaximax带入表2.2原始数据可得P综上所述，加速时间对应的车辆需求功率是三者中最大的，因此驱动电机峰值功率为：P（2）驱动电机额定功率计算驱动电机的额定功率是指驱动电机在额定工况下，在电机转轴上输出的机械功率。如果电机的额定功率太大，电机的负载太小，就相当于大材小用，大马拉小车，因此经济性较差；而如果电机的额定功率过小，又会造成电机在很多时候都存在过载运行的状况，此时，电机的温度会急剧上升，甚至烧毁电机，造成严重的后果。因此，电机的额定功率的选择主要是根据驱动电机在最高车速情况下的需求功率。与加速和爬坡工况条件的区别在于，在实际行驶工况条件下，车辆经常以最高车速匀速行驶，而加速和爬坡的时间相对较短，因此，当车辆以最高车速行驶时，驱动电机应处于额定功率的运行状态。所以，通常将驱动电机的额定功率的下限值设定为车辆的最高设计速度所需的功率。则驱动电机的额定功率Pe由公式（3.2）可得P（3）驱动电机额定转速计算车辆的常用车速与驱动电机的额定转速息息相关，本设计中所开发的纯电动环卫车其对应的行驶车速较低，根据市场调查，得出环卫车的常用车速为40Kmne式中Van为常用车速，Kmi为主减速比；rd带入表2.2原始数据可得n（4）驱动电机峰值转速计算驱动电机的峰值转速应满足纯电动环卫车最高车速的要求，并且具有100rminnmax带入上述数据可得n（5）驱动电机额定扭矩计算电机的额定扭矩和额定功率、额定转速相关，所以额定扭矩的计算公式为Te带入以上数据可得T（6）驱动电机峰值扭矩计算纯电动环卫车的最大爬坡度要求直接决定了驱动电机的峰值扭矩要求，根据纯电动环卫车动力性设计指标当中的最大爬坡度要求，即在10KmTmax带入数据可得T综上所述，驱动电机的最低需求参数如表3.3表3.3驱动电机最低要求参数项目数值单位额定功率58Kw峰值功率122额定转速3678r峰值转速8375额定扭矩150N.m峰值扭矩5353.3.2驱动电机选型纯电动环卫车的动力性和经济性直接受驱动电机的性能的影响，因此驱动电机的选择尤为重要。高可靠性、高耐久性以及高适应性是纯电动汽车对驱动系统应该具有的性能的基本要求。目前，直流电机、永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机广泛应用于纯电动汽车。因此，有必要对不同类型的电机进行性能比较和分析，选择适合纯电动环卫车的驱动电机。通过比较四种类型的驱动电机。与其他三种类型的驱动电机相比，永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。因此，本文选用永磁同步电机。根据表3.3中驱动电机参数的匹配结果，可以通过对市场上现有的驱动电机选型确定电机。由于对驱动电机的最高转速要求较高，目前市场上没有现成的直驱电机可供选择，因此针对本文所设计的纯电动环卫车的需求定制开发了一款满足需求的永磁同步直驱电机。最终选择的驱动电机型号为YQC160J−40A−RA2，其主要性能参数如表3.4所示。表3.4YQC160J−40A−RA2主要性能参数项目数值单位额定功率85Kw峰值功率150额定转速4000r峰值转速9000额定转矩203N.m峰值转矩550数据满足以上计算所需基本要求，故选取YQC160J−40A−RA2合理，YQC160J−40A−RA2外观如图3.4。图3.4YQC160J−40A−RA2模型通过对电机厂家所提供的驱动电机的转矩－转速、功率－转速特性特性曲线进行研究后得知，此款驱动电机的最大工作效率为96%。经统计，此款驱动电机效率不低于80%的区域在总工作区域中的百分比占比不低于85%。3.4动力电池参数计算3.4.1动力电池参数匹配动力电池作为纯电动汽车的驱动能源，直接影响到纯电动汽车的动力性和续驶里程。比能量和比功率是动力电池最为关键的两个参数，其中，比能量决定一次充满电的续驶里程，比功率则直接影响整车的加速和爬坡能力。因此，动力电池是纯电动汽车最关键的部件之一。电动汽车对动力电池的选型主要包括电池类型、电池电压和电池容量的选择。（1）动力电池的选择类型一般纯电动汽车的动力电池应具有以下特点：比能量高，充电时间短；自放电效率低，连续放电率高；可靠性好，使用寿命长等。因此，对于市场上现有的动力电池，有必要选择一款满足纯电动环卫车需求的动力电池。目前，在电动汽车上应用较为广泛的动力电池主要有：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等。其中，铅酸电池适用于起动电池、备用电源、储能电源和低速电动汽车等，而锂离子电池和镍氢电池由于其本身轻量化的特点，更适合作为便携式设备的电池和高速电动车的电动电池。铅酸电池的能量比低，维护麻烦；镍氢电池的电压较低，有记忆特性；而锂离子电池体积最小，重量最轻，高低温倍率放电性能最好，寿命最长，最环保，维护最简单。（2）电池组电压选择在选择动力电池电压时，应考虑驱动电机的平台电压。通常，动力电池电压与驱动电机的额定