QDSJ278 新能源汽车总布置及动力系统设计

设计NO.2781、引言由于跟传统汽车区别较大，纯电动乘用车在结构方面需要较大变化的设计和布置才能满足一定的性能需求。本文将从纯电动乘用车几个关键部件及系统的总布置方面进行论述，同时结合项目实际过程中的一些问题进行阐述。2、纯电动乘用车由哪些部分构成？纯电动乘用车主要由电池ESS系统总成、驱动电机及减速箱总成、电机控制器、充电器、充电口及其他相关附属部件组成：电源系统：电源系统包括电源、能量管理系统和充电机，其功机向蓄电池充电。电力驱动系统：电力驱动系统包括电子控制器、功率转换器、辅助系统：辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航系助设备来提高汽车的操纵性和乘员的舒适性。3、电动汽车行业的四大设计原则针对电动汽车的盈利能力问题，以及快速演进的电动汽车技术和新的设计趋势，麦肯锡未来出行研究中心(MckinseyCenterForFutureMobility-MCFM)和A2Mac1展开合作，共同拆解了11款电动汽车车型并进行了研究及对标，得出结论如下：原则一：打造一辆柔性的原生EV尽管前期的研发投资更高，但原生电动汽车平台会在多个维度上优于非原生车型。原生车型可以完全围绕电动汽车的概念设计整车架构，并摒弃传统的内燃机组件，这意味着更少的折衷和更大的灵活原则二：不懈追求EV动力系统的集成电动汽车动力总成的集成化趋势正方兴未艾，电力电子系统的许多集成化水平提高的一个很好的观察指标是连接动力总成各主要部件（即电池、电机、电力电子设备和热管理模块等）的线束的布置方式。我们发现最新款电动汽车的线束重量和数量普遍较之前的车型有所减少，这说明了集成化水平的提高。由于EV相关组件通常体积较小，车身底部和前后行李舱可用空间更大，所以电动汽车的设计自由度会大于传统的燃油汽车。值得关注的是，动力总成系统布置的高自由度可以让整车性能更加多样化。例如，可选择留出空间扩大行李舱容量，或降低重心提高驾驶性能等。原则三：在技术竞争中保持领先电动汽车厂商正通过更强大的辅助驾驶功能（ADAS）、更优化的人机交互界面和更丰富的信息娱乐系统来满足客户需求。而计算能力的提高是实现这一转变的关键。传统汽车通常有许多去中心化的标准化电子控制单元（ECU）来实现对不同总成的数字化控制；但最新款电动汽车似乎更依赖日益中心化的计算能力。以ADAS技术为例，ADAS需要大量的计算能力来实时处理各种传感器信号。如果将最新的ADAS方案（例如自适应巡航、自动刹车乃至无人驾驶技术等）置于ECU中心化的大背景下，那么，相比装有类似ADAS技术的燃油汽车，配备这些ADAS技术的电动汽车会更倾向于ECU集成化的路线。整车厂决定采用中心化还是去中心化的ECU架构会是一个战略性问的收入。除了战略因素之外，ECU架构还可能影响整车的重量和成协议更简单、物理连接也更少，从而降低了出错的可能性。在开发流程方面，ECU数量的增加意味着不同开发团队之间的沟通成本也随之增加。而中心化架构有助于精简开发团队规模及开发流程，缩短开发周期。另外，中心化的高性能ECU是无人驾驶技术开发的重头戏，有助于电动汽车早日具备满足客户潜在需求的能力。毋庸讳言，ECU架构的选择最终只能取决于不同整车厂的实际情况。中心化架构需要整车厂商具备强悍的整合能力；因此，中心化还是去中心化，相关决策将取决于不同厂商的具体业务情况。原则四：按成本设计（DtC)方为王道严格按成本设计（DtC）对电动汽车的规模化生产正变得日益重要。成本效益一直都是传统整车企业和供应商的看家本领，它们可充分利用其在传统DtC杠杆方面的经验和知识来获取市场领先地位。对标分析显示，燃油汽车和非原生电动汽车似乎比原生电动汽车在DtC方面做得更好。这并不令人惊讶，因为燃油汽车和非原生电动汽车的厂商可持续进行成本优化，并可能大量沿用早期车型中已被高度优化的零部件。不过，最新款的原生电动汽车可能会赶超。例如，利用电池组进步带来的优势，原生电动汽车正从轻量化材料转向更具成本效益的材料解决方案（例如钢制白车身）；或采用更严格的规格精简方案（例如仪表板上的控制元件和出风口等）；或投资于量产工艺，例如在座椅结构上采用冲压件，而非弯折件。4、纯电动乘用车总布置要求在实际设计的过程中，兼顾空间和轴荷匹配、高压安全等方面考虑，关键部件的布置显得特别重要。一方面，这些部件大部分工作在高压状态，如果布置在很容易变形或者磕碰的地方，那么可能会造成系统的漏电，对人员安全造成极大威胁；另一方面，这些部件普遍重量较大，如果不进行整车特别是底盘的动力、操控性能的全面分析，部件重量分布不合理，对整车的性能和安全同样会留有很大的隐患。置在前舱内，有利于提高驱动效率充电器放在后部，在防水和防尘方面具有很大的优势与传统车的兼容效率。5、影响整车动力性的因素汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏，直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。因此在新车开发阶段，必须进行动力性匹配计算，以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求。XXXX车型迎风面积为A一般取值5-8m2。动力传动系统机械效率：根据车型动力传动系统的具体结构，动效率、主减速器传动效率等部分串联组成。采用有级机械变速器传动系的车型传动系统效率一般在82～85％之间，计算中可根据实际齿轮副数量和万向节夹角与数量对总传动效率进行修正，通常取传动系统效率值为78-82％。上的滚动阻力系数经验公式进行匹配计算。6、动力性能匹配计算基本方法汽车动力性能匹配计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，进行动力匹配计算需首先按确定整车和发动机基本参数，详细精确的基本参数是保证计算结果精度的基础。驱动力、行驶阻力及其平衡：在主驱动电机转速特性、传动系统传动比及效率、车轮半径、空气阻力系数、迎风面积以及汽车的质量等确定后，便可确定汽车的驱动力－行驶阻力平衡关系。制出动力因数图。爬坡度曲线：根据汽车的行驶方程式和驱动力－行驶阻力平衡力除了用来克服空气阻力、滚动阻力外，剩余驱动力都用来克服坡道阻力，即加速阻力为零。加速度曲线及加速时间：汽车的加速能力可用它在水平良好路虑坡道阻力。驱动电机功率的确定：电动汽车的驱动电机只在低速和加速时及纯电动运行的续驶里程等3项要求。根据所选电机为高效率的交流永磁同步电机效率为0.93。主驱动电机选型：动力匹配计算所需主驱动电机的主要性能指定，已知条件为驱动电机厂提供的外特性试验数据。驶车速要求，同时需考虑到整车最大爬坡度。7、电机选用及相关传动形式定型目前，电动乘用车驱动电机主流有两种形式的驱动电机：永磁同步交流电机和永磁异步交流电机。电机是电动汽车最为核心的零部件之一，根据电动汽车的需求，对驱动电机有以下要求：结构紧凑、尺寸小、重量轻、可靠性高、失效模式可控、效率高、成本低、低噪声、低震动、恒功率调速范围宽。受电流以及电压的限制，以及根据以上要求，选用永磁同步交流满足电动乘用车对驱动电机的要求。在同样功率输出的情况下，匹配合理的减速机，有利于提高输出扭8、前舱关键零部件的布置要求在传统汽油机车上，前舱是核心部件的集成地，发动机、变速器等关键零部件基本都布置在前舱里面。同样，电动汽车也把一定的关键部件放在了前舱，主要有：电机控制器、电机、减速器、电动真空泵、电动空调等，主要是因为以下几个方面的原因：式，因此目前大部分车型均将驱动电机布置在前舱内。电机控制器、电机等都是大体积零部件，并且集成在一起更有利于整体的工作效率，加上减速器，需要一个更有效的布置方式，因此，基本选择在前舱。当然，在实际的项目设计过程中，由于A00级纯电动乘用车前舱空间有限，同时，因零部件多、高压走线等方面的原因，布置起来非常困难，需要进行多轮协调和相关零部件不断改进。9、前舱关键零部件的布置原则目前由于国内的技术水平原因，驱动电机以及电力电子箱普遍在重的总布置工作提出了非常苛刻的要求。根据本项目的实际布置经验，主要依据以下原则进行：①重要零部件按等级划分、按照重要程度进行优先布置；②按照占据空间的程度进行；③对有高压电磁干扰要求的零部件进行隔离或布置在安全距离；④依据制造、安装、维修的相关要求；⑤依据碰撞的要求；⑥相关零部件集成的可行性分析；⑦国家法规中行人保护的要求；⑧避开运动件的要求；⑨机械振动的要求。10、动力电池系统的布置动力电池是电动汽车上最核心的部件，动力电池是纯电动汽车唯A00级乘用车，空间有限，还需要搭载接近的电池系统，对总布置提出了非常苛刻的要250L左右比较齐整的空间；②具有承载300kg左右的车身结构；③具有防护一定碰撞的要求；④具有密封等级的要求；⑤具有一定隔热和散热性能的要求。以上要求对整车的布置影响很大，由于A00级小车离地间隙小，整车宽度较小，前发动机舱以及行李舱容积很小。动力电池布置既要满足能量密度的要求，同时也要满足空间的要求，综合考虑分析碰撞安全，运动件干涉等方面，才能减少对整车性能的影响，提高系统的协调性。11、电动汽车车身布置原则并保证驾驶员前方和侧方良好的视野；使乘客感到安全、舒适和方便的乘坐环境，不会感到过分的疲劳，甚至引起不良的生理反应。能有效阻隔车外的噪音和热量向车内的传递。发生任何意外事故时，车身具有能量吸收功能，翻车时车身具有很好的刚性，且容易逃生及对司乘人员的保护功能。承担隔音减振的性能。车身总布置的原则：①满足标准、法规和设计任务书；②满足公司的制造工艺；③满足产品“三化”要求；④考虑车身对环境的适应性，以满足不同区域市场；⑤满足车辆的性能要求，并使其达到最优；⑥满足车辆成本要求。12、车载充电器、快慢充电口的布置动力电池是纯电动汽车的唯一能源提供者，因此，在一段时间的使用后，需要进行充电以补充能量。根据我国的实际情况，晚间谷电比较便宜，同时在家里就能充电，所以需要一个车载充电器和慢充接口，用于家庭充电用。由于目前的纯电动汽车续驶里程普遍比较低，如需要进行长途旅行或者由于驾驶者忘记充电而造成电池电量不足，又不能返回家中进行充电，这时就需要进行快速充电，以能继续旅程。根据调查和现有的技术，目前消费者能接受的充电时间普遍低于20min。由于电池的技术尚没有大的突破，80%的充电量依然需要30min的时间。充电器由于体积比较大，且有一定发热量，对空间需求较大，同时需要进行强制冷却，因此可以考虑布置在行李舱或者前舱。如李舱，那么就需要设计专用的排风管道，用于充电器的强行制冷。充电口的布置形式也比较多，目前主流的布置主要有以下几种：①快慢充电口均布置在原来的加油口位置；②快慢充电口分开布置在加油口位置，车身一边一个；③布置在前舱盖前端位置。考虑其他关键零部件的空间布置，同时综合人机工程、高压走线等方面的因素，本项目布置在原来加油口位置，并分开布置，即第二种布置方式。EVConfiguration 电动车动力系统构成Vehiclecontroller整车控制器Vehiclecontroller整车控制器PowerConverter功率转换器Trans.变速箱Elcctric电动机Energystorage能量储存orHCU-Provides properconteolsignals。或HCU-提供合适的控制信号。electricenergy，suchasDC-Dcconverter。功率转换器-电能转换，如DC-DC转换器。Electricelectricenergymechanical。电机-把电能转换成机械能。mechanical energy。变速器-机械能转换。(5)EnergyStorage-Storeselectricenergy，suchasbattery。能量储存-储存电能，如电池。（6）EnergyManagementUnit-Managespowerflow。能量管理单元-管理能量流。13、电动汽车动力系统设计基础据估算：汽车行驶所需功率为30KW左右，是人类正常行走所需功率的500倍，疾速奔跑的100倍，马儿疾速奔跑的50倍。由于人类或马儿赛跑时都能有一种拼刺的激发力，但发动机没有，而电机同样具有相当的短时过载（通常数分钟内可达额定值得3倍以上）能力。现代轿车发动机功率：几十--上百KW，不少轿车发动机功率大于100KW。现已研发的电动轿车电机功率有选用数KW至几十KW，甚至也有上百KW的，相差悬殊。电动汽车电机功率不能照搬相应汽车发动机功率，须充分发挥电机驱动应有的多种技术优势。电机功率增大即会经常行驶于低效率的负荷区，同时增加车载质量而影响动力性和成本，应合理选择电机功率以提高电动汽车性价比来促其产业化！13.1电动及传动系统参数确定速，电机额定功率：设爬坡度i=0，加速度du/dt=0，即忽略式中后两项，设所要求的最高车速uamax为式中ua，将传动系效率ηT、车载总重量G、空气阻力系数CD、车身迎风面积A、滚动阻力系数f（货车按f=0.0076+0.000056ua、轿车按计算可得电动汽车以最高车速uamax行驶所需功率，再略留余量作为汽车在高速公路长期稳定运行中电机所需额定功率pe。我国高速公路允许最高车速为120Km/h，考虑电动汽车能量特点，uamax不宜定得太高，如轿车设uamax=125Km/h。通常，电机自额定转速（基速）以上均为恒功率调速。根据uamax、车轮半径r、传动比igio，按式ua=0.377rn/（igio）即可求得电机在恒功率调速区的最高转速nmax。其中传动比可先由估算值代入，如设igio=10，然后按后述（3）内容确定后再重新校核计算。按电机调速范围及其最高转速确定电机的额定转速nenmax与基速ne（即额定转速）之比，即转速因子x=nmax/ne表示。根据所选电机的转速因子x和前已确定的最高转速nmax，即可求得电机的额定转速ne转矩计算式T=9550P/n，根据所确定的额定功率Pe和额定转速ne可求得额定转速ne以下按恒转矩调速的额定转矩Te。根据汽车主要运行区车速和电机额定转速确定传动系传动比现有电机的调速范围均能满足汽车行驶工况对车速要求，可设档位数为1，即ig=1使igio=i0。根据汽车主要运行区车速ua（如按城区运行工况设ua=45Km/h）、已确定的电机额定转速ne，按照车速均可能运行于电机额定转速附近以提高电机效率的原则，利用公式io=0.377rne/ua确定传动比，其中ua为行驶车速、n为动力输出转速、r为车轮半径。若需增加档位数可按等比级数分配法确定。如设各档传动比为igi，则级数比其中最高档igi=1，即igio=i0，为直接档，以满足汽车最高转速nmax要求来设定；最低档通常以满足汽车的最大爬坡度amax及最低稳定车速uamin（如设uamin=15Km/h）要求来设定。只有当最大爬坡度指标难以满足、或电机调速范围很窄、汽车运行于较低车速使电机效率很低时才需增加变速档。即通过较大减速比以增大转矩，以满足爬坡度要求；或通过多档切换来扩大变速范围。注意：换挡操作即需增添离合器，且经齿轮减速虽可增加转矩，但功率则因增加损耗而下降。而省去换挡操作过程还有利于车控平顺性和舒适性。根据最大爬坡度指标校核电机的峰值功率和过载能力由式根据所设计汽车的最大爬坡度imax指标，设加速度du/dt=0，即忽略式中最后一项。注意：车速ua设为电机额定转速ne时对应的车速，即ua=0.377rne/io；将传动系效率ηT、车载总重量G、空气阻力系数CD、车身迎风面积A、滚动阻力系数f、总传动比igio=i0、最大爬坡角度αmax=arctanimax相关参数均代入上式，可求得汽车在最大爬坡度imax的坡道上以相应车速行驶所需电机转矩Td。将该值Td与电机所测得低速时可输出的最大过载转矩相比较，即可校核电机能否满足最大爬坡度imax指标。根据加速性能指标校核电机的峰值功率和过载能力根据所设计汽车加速性能指标，按低速恒转矩调速区加速实际tT和高速恒功率调速区加速时间tp确定：确定起始车速ua1、终止车速ua2；电机额定转速ne对应车速uae=0.377rne/io；对应ua2的电机转速na2；按照关系式TL=9550PL/n和电机的过载倍数，可分别求得对应ne、na2的过载转矩TdGe、TdG2、及其平均过载转矩TdG=（TdGe+TdG2）/2。再将汽车的旋转质量换算系数δ、车载中重量G、质量m=G/g、空气阻力系数CD、车身迎风面积A、滚动阻力系数f、传动系效率ηT、传动比io、车轮半径r各相关参数代入上述两式，即可求得汽车从初速度ua1加速到末速度ua2所需时间t=tT+tp。与设计所要求的加速时间比较，来校核电机的过载能力是否满足汽车所要求的加速性能指标。得到电机额定功率和转速后，应根据国家标准推荐的电机功率等级5.5KW、7.5KW、11KW、15KW、18.5KW、22KW、30KW、37KW、55KW、75KW、90KW、110KW、132KW、150KW、160KW、185KW、200KW及以上，和有关GB/T4772-1999旋转按照所需额定转速时最大过载转矩，利用关系式TL=9550PL/n计算要求电机相应峰值功率PeG=TdGne/9550(KW)。然后除以电机及其驱动控制器效率ηnc，再加上汽车所需的空调、照明等辅助装置用电功率，并略留余量确定汽车电源系统所要求的功率。最后，还需要确定动力储能装置的电压等级、能力利用率、续驶里程所需蓄电池能力、车载储能装置寿命等。13.2动力储能装置参数的确定根据电动汽车的不同类型，车载能源可采用各类蓄电池、超级电容、高速飞轮及燃料电池等。以蓄电池为例。为提高汽车的动力性，要求蓄电池具有较大的功率密度，能瞬时提供大电流、大功率给驱动电机；同时为满足续驶里程要求，希望蓄电池有较高能量密度。（1）动力系统电压等级的确定动力系统的电压等级通常为电机的额定电压，即由所选电机的结构参数决定，随电机输出功率加大而增高。电压的升高有利于提高运行效率。应尽可能采用合理的高电压设计，减小电机逆变器的成本和体积。但电压过高易引起对功率开关器件的较大冲击，即也受到IGBT最高允许电压的限制。电压的确定还用参照国标对电动汽车电机推荐的电源电压等级：120V、144V、168V、192V、216V、240V、288V、312V、336V、360V、384V、408V等来选取。标准要求电机及控制器必须在所选电源的120%额定电压值下能安全承受最大电流；并在电源电压降为额定值得75%时，电机扔能在最大电流下运行（不要求连续运行）。因此，比较稳妥的是保证电源电压不低于电机额定电压的80%。依据续驶里程指标确定车载蓄电池能量后，要求电压越高所需串联的电池组数越多，但并联的单体电池相应减少。对于电源系统的标称电压及电压应用范围，需按所选电池类型确定标称电压；根据蓄电池允许放电终止电压和电池耐过充能力下的充电最高电压，乘以约0.8-1.2的系数来确定电压应用范围。以磷酸铁锂电池为例：单位电压3.2V，乘以系数即电压应用范围2.6-3.8V；而单体电池容量有多种规格，常见的为20Ah，蓄电池的串并联方式，从可靠性考虑应采用先并后串，厂家通常将单体电池按需并联成电池组经封装后提供，如4个单体电池并联的电池组容量为80Ah。若选该电池组120个串联，可使电源系统的标称电压为384（=3.2×120）V；容量扔为80Ah；即使总电能为30.7kwh；按标准要求电机即能在312-456V的电压应用范围内运行。H1）按参数计算法设爬坡度i=0，加速度du/dt=0，即忽略式中后两项。并指定几种需确定的特定车速uai，如uai分别为20、60、120km/h，将传动系效率ηT、车载总重量G、滚动阻力系数f、空气阻力系数CD、车身迎风面积A及其uai相关参数代入计算，所得值即为电动汽车以特定车速uai行驶所需消耗功率，再除以电机及其驱动控制器效率ηmc，并加上汽车辅助装置用电功率，所得值除以相应的行驶车速uai即为在该几种特定车速uai行驶时的能量利用率H（kw.h/km）。分别是以特定车速（如60km/h）匀速行驶、综合工况行驶所能达到的里程数。显然综合工况下的续驶里程较低，通常约为60km/h等速行驶所能达到的续驶里程的60%-30%的冗余量。确定满足设定续驶里程指标所需车载蓄电池能量可采用如下两种方法：按能量利用率H计算法：考虑到蓄电池核电状态SOC的应用范围一般为10%-90%，需按蓄电池可放出总能量的80%所得相应车速行驶时的能量利用率乘以所要求的续驶里程数后，再除以0.8即为所要确定的车载蓄电池能量。实际行驶估算法：即携带预估所需能量的蓄电池，充满电后按所设定的车速工况行驶，将达到的最大里程数与所定续驶里程数之比进行折算。考虑到蓄电池增减使车载质量变化而影响续驶里程，应乘适当修正系数。按驱动时最大放电电流和发电回馈时瞬间充电电流校核。车电容或高速飞轮组合使用的复合储能装置。按蓄电池的充放电循环寿命等估算车载储能装置寿命可按蓄电池厂家提供的电池充放电工作循环次数和使用寿命，结合前述续驶里程即为一次冲满电可行驶里程数，来估算所配蓄电池最多能行驶的里程数，即为车载储能装置的寿命。按所选电池的比能量等估算车载储能装置附加的载重将所配蓄电池的总能量除以所选电池的比能量，即可估算车载储能装置所附加的载重。如该值与前述确定动力性参数是，给定车载总重G为其所留的冗余量出入较大，则需修正后再重新计算。按车辆动力学对汽车质心的要求等确定蓄电池的分组数及其距对前、后轮驱动方式的附着率，以及通过性等也均有影响。蓄电池分组后即可作为配重物，采用适当分散安也利于通风散热，所蓄电池在悬架安装位置，应尽可能按降低车辆质心高度等要求来布局，如安置于座位下面等。同时也需考虑到便于散热、更换、维护等要求。电池组的工作温度范围主要取决于蓄电池类型，如磷酸铁锂电池的工作范围为-20-60℃；锰酸锂电池的工作范围为-20-50℃；Ni/MH镍氢电池的温度范围一般在-20-55℃。低温时电源系统应能满足车辆起步所要求的电机启动电流。正常使用工况中应估算车辆行驶过程发热引起的温升。而充电过程中蓄电池本身会产生较多热量，尤其在快充时产热量更大。按不同情况采取相应散热方式，如正常行驶中产热不大，可利用车身前方底部吹入的风散热；而充电中需有停车充电的固定散热或温控设施。电源管理系统BMS功能主要包括检测电池各性能参数、信息采集、数据运算处理分析、充放电能量管理、电池温度热管理控制、安全管理、状态数据显示和故障诊断报警等。使电池工作在合理的电压、电流、温度范围及荷电状态SOC等下，必要时通过限流控制避免蓄电池过充放电，以确保电池组安全有效运行，在最大发挥能量的同时，延长电池循环使用寿命。14、纯电动公交客车的动力系统设计实例为具体说明课堂所讲授电动汽车动力系统参数的设计，下面分别以纯电动公交客车和四轮直驱电动轿车为例，从设计要求、驱动电机所需的动力参数确定、车载储能装置所需总能量确定三个方面介绍。纯电动公交客车的动力系统设计实例整车设计要求表4-1纯电动公交客车的基本参数参数数值参数数值整车满载总质量m（kg）18000滚动阻力系数f0.0076+0.000056ua给蓄电池预留的附加载重mB（kg）3000空气阻力系数CD0.7电机调速的转速因子X=nmax/ne3迎风面积A（m2）7.95电机额定转速时5min内过载倍数Ke52旋转质量换算系数δ1.29电机额定转速时1min内过载倍数Ke12.5预估传动系统总效率ηT0.92车速50km/h时电机在1min内过载倍数Ka12车轮滚动半径rr（m）0.475最高车速要求uamax（km/h）80经常行驶车速（km/h）26.80-50km/h加速时间要求t（s）12最大爬坡度要求imax（%）12车速26.8km/h时续驶里程要求s（km)200空调等辅助装置功率PK（KW）8为使公交客车在城区常行驶的低速工况运行于电机额定转速附近以获得较高效率，同时满足公交客车的最高车速要求，选择调速范围较宽的交流调速异步电机，按该类电机的转速因子X=nmax/ne通常可达4，在此设为3。如此即可采用仅一档齿轮减速，预估电机在不同转速和过载时间内的转矩过载倍数如表所示。车轮滚动半径rx由所选轮胎型号确定，即按图示计算轮胎直径为轮辋直径×25.4+2×轮胎断面宽度×扁平率百分数。选公交车常用轮胎型号为275/70R22.5，即该轮胎无载荷时的自由半径为22.5×25.4/2+175×70%=478.25mm=0.47825m，由于轮胎载荷时变形减小，所选取车轮滚动半径rr为0.475m。245/45R1880H

速度级别：以字母顺序B-G、J-N、R-U、H、V、W、Y分别表示车速为50-300km/h负荷指数：用数字62-114表示，随数字及胎内气压增加，可受负荷增大轮辋直径（in）：即轮胎内径，有10时、12-18时、20-32时等规格轮胎结构：字母R表示子午线结构；斜交结构用“-”表示轮胎扁平率：轮胎断面高度与宽度之比，轮胎宽度×扁平率百分数=轮胎高度轮胎断面宽度（mm）：有125-165、175、185、195、205-285等尺寸轮胎型号规格表示法确定电机的额定功率及其最高转速nmax功率设爬坡度i=0，加速度du/dt=0，代入表4-1相关数据，其中车速为所要求的最高车速uamax=80km/h，重量G为重力加速度g（=9.8）与质量m乘积，的功率Pe为：按国家标准推荐的电机功率等级，以偏大值选驱动电机额定功率Pe为110kw。将uamax=80km/h、车轮滚动半径rr=0.475m、预设总传动比igio=17.4，求电机恒功率调速区最高转速按计算值略留余量，选取电机最高转速nmax=7800r/min。确定电机的额定转速ne和额定转矩按所选电机调速范围所能达到的转速因子X=nmax/nbase=3，可求得对应于基速ne的额定转速ne=nmax/X=7800/3=2600r/min。求得对应的额定转矩确定采用一档齿轮减速的传动比i0由表4-1给出的公交车经常行驶车速uae=26.8km/h，为提高该车速时电机运行效率，可求得车速uae对应于电机额定转速ne的传动比i0=0.377rrne/uae=0.377×0.475×2600/26.8=17.373，对其四舍五入后正好选择i0=17.4。imax要求按电机额定转速时5min内过载倍数Ke5=2、预估传动系总效率ηT=0.92、车轮滚动半径rr=0.475m，及所求得额定转矩、传动比i0=17.4。得电机额定转速时5min内过载转矩传输至驱动轮相应的过载驱动力由表4-1中相关数据，求得对应车速uae=26.8km/h时的空气阻力计算对应uae=26.8km/h的5min过载动力因数计算uae=26.8km/h时滚动阻力系数fe=0.0076+0.000056×26.8=0.0091，将Demax=0.1533代入前述最大爬坡角求得最大爬坡度所得值0.146是26.8km/h车速在5min内可达爬坡度，即当坡度i=14.6%，以uae=26.8km/h车速可爬坡长为2233米。而随速度降低或过载时间缩短，过载倍数还能相应增加，即可使爬坡度加大。大于表4-1中所要求的最大爬坡度imax=12%，说明满足该项指标。校核加速性能指标根据表4-1要求0-50km/h加速时间t=12s；电机额定转速时1min内过载倍数Ke1=2.5；车速50km/h时电机在1min内过载倍数Ka1=2。将车轮半径r=0.475、传动比igio=17.4代入相关公式求得车速ua=50km/h时的电机转速n50=uaigio/(o.377r）=50×17.4/（0.377×0.475）=4858r/min，求得电机转速n50时的转矩T50=9.55Pe/n=9.55×110000/4858=216N.m，相应的过载转矩ne=2600r/min，额定转矩求相应的过载转矩。前已得电机额定转速时车速uae=26.8km/h，对应滚动阻力系统fe=0.0091，而车速ua=50km/h时滚动阻力系数fa=0.0076+0.000056×50=0.0104.将上述所求得值及表4-1中相关数据代入前述的如下低速恒转矩调速区加速时间tT和高速恒功率调速区加速时间tP两个公式中：先分别计算tT中间项21.15rGf=21.15×0.475×18000×9.8×0.0091=16127；tP中间项21.15rGf=21.15×0.475×18000×9.8×0.0104=18430。然后再将所得值和相关数据代入计算如下：求汽车0-50km/h加速时间t=tT+tP=5.34+5.7=11.04s，小于要求值12s，即恰满足指标。确定电源系统所要求的总功率将所得电机额定转速时最大过载转矩TdGe=1010N.m，计算电机所需峰值功率PeG=TdGene/9550=1010×2600/9550=275kw。考虑电机及其驱动控制器预估效率ηnc=90%，再加上表4-1中的空调等辅助装置功率Pk=8kw，求得：275/0.9+8=314kw，略留余量确定汽车电源系统所要求的总功率P总为320kw。确定蓄电池组所需总能量和校核续驶里程确定电源系统标称电压和总能量参照国标对电动汽车电机推荐的电源电压等级，选取U=384V。所要求最大电流I=320000/384=833A，；略留余量选取I=840A。选择磷酸铁锂LiFeP04蓄电池，按前述单体电池电压为3.2V，单体电池容量为20Ah，如此采用840/20=42个单体电池并联成电池组容量为840Ah，再由120个该电池组进行串联。由此可确定电源系统的标称电压为384V；蓄电池总容量为840Ah；总电能EB=384×0.84=322.56kwh；电压应用范围为312-456V。校核车速26.8km/h时的续驶里程26.8km/h匀速行驶所需功率为：q=0.8；预ηq=95%；及已定的ηT=92%、ηmc=90%；EB=322.56kwh；和车速26.8km/h平均匀速时所需功率Pe=13.357kw，一次充满电以车速26.8km/h平均匀速行驶可达续驶里程s按下式计算：大于表4-1中所要求车速26.8km/h时的续驶里程S=200km，满足要求。校核车载蓄电池附加载重和循环寿命内的行驶里程磷酸铁锂蓄电池比能量SE=100wh/kgEB=322.56kwh，估算车载储能装置附加载重mB=EB/SE=322560/100=3225.6kg，超出表4-1中mB=3000kg。按照磷酸铁锂蓄电池循环寿命为2000次，计算得到所配蓄电池最多能行驶的里程数为407×2000=814000公里。由上述设计参数可见，基本利用了电机的调速范围和过载能力，使汽车在车速26.8km/h平均匀速行驶时每公里的能耗仅为0.5kw（13.357/26.8）。但由于载爬坡、加速时利用了电机过载能力，需要车载电源提供较大的电流，使所需蓄电池容量及其附加载重均有较大提高，且没有考虑制动或下坡时由电机回馈发电向蓄电池以瞬间大电流充电计算在内。若采用与超级电容组合的复合型储能装置，如此将50%的蓄电池成本用于超级电容；附加载重也减少约50%，约为即有利于改善动力性；续驶里程还能为200km，基本为每天所需行驶里程数。15、混合动力电动汽车驱动系统设计HEV中电动机的功用：电动机可单独驱动汽车行驶，在市区实现零排放运行；电动机在汽车启动、加速、大负荷运行时可以与发动机共同驱动汽车；在减速制动时以再生模式工作，回收制动能量，与发电机功能相同。发动机变速器车发动机变速器车轮变速器 逆变器发动机滑轮发动机 发动机轮 电动机辅助型混合动力汽车混联式混合动力系统中的电动机蓄电池率及能量/容量，传动装置以及电驱动系统的控制策略。最高车速等，此外，还有经济性指标、排放指标等；②实现系统的高效率运行；③在高速公路和市区行驶期间，保持蓄电池组荷电状态在适当的电平，而不必从车辆外部予以充电；④具有再生制动回收系统，且能够回收尽可能多的制动能量。设计原理牵引电动机的额定功率：在串联式HEV中，电动机的额定功率完全取决于车辆加速性能要求、电动机特性和传动装置特性。在设计的初始阶段，可按照加速性能估算电动机的额定功率。式中，M为车辆的总质量（kg）；ta为期望的加速时间（s）；vb为相应于电动机基速的车速（m/s）；Vf为车辆加速后的终速（m/s）；g为重力加速度（9.80m/s2）；fr为轮胎的滚动阻力系数；pa为空气密度（1.202kg/m3)；Af为车辆迎风正面的面积（㎡）；CD为空气阻力系数第一项表示用以加速车辆质量的功率；第二项和第三项分别表示克服轮胎滚动阻力和空气阻力所需的平均功率。下图是配置有两档传动装置的牵引力和牵引功率与车速的关系。Vb1 Vb2加速时，若以低速挡起步，牵引力按迹线a-b-d-e-f变化。在点f处，电动机达到最大转速，为进一步加速传动装置应切换到高档。此时车辆的基速为Vb1。当应用单档传动装置时，即仅高速挡可供应用时，牵引力按迹线c-d-e-g变化，且Vb=Vb2对加速器件给定的终速，如位于点e处的100km/h，配置两档传动装置的车辆加速时间短，主要是因为在低速时用低档，按a-b-d变化的牵引力，将大于高档时按c-d变化的牵引力。功率/kw牵引力/kN功率/kw功率/kw牵引力/kN功率/kw 低档 高档 低档 高档 功率 牵引力 电机转速比X=4 最高转速/基速） 上述方法确定的电动机额定功率可以满足加速性能的基本要求，是一个估算值牵引力和阻力/kN爬坡时牵引功率：在某些特定应用中，例如就越野军用车辆而言，牵引力和阻力/kN