《汽车设计》课件-第9章-电动汽车性能计算及校核

1汽车设计第九章电动汽车性能计算及校核2第九章电动汽车性能计算及校核9.1概述9.2电动汽车结构形式的选择9.3本书性能设计的安排9.4电动汽车的整车性能计算与优化3第九章电动汽车性能计算及校核第9.1节概述一、电动汽车的定义及特点电动汽车主要以电池为能量源、全部或部分由电机驱动的汽车，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。电动汽车以蓄电池的电能作为动力源，优点是：环保性能好、没有尾气污染，噪声很低，车辆轻便、行驶稳定，乘坐舒适，操纵安全性好及驾驶简单轻便等。4第九章电动汽车性能计算及校核第9.2节电动汽车结构形式的选择汽车结构形式对整车的使用性能、外形尺寸、整车质量、轴荷分配和制造成本等方面有很大的影响。一、整体造型对结构的影响人们对电动汽车的造型有如下期望：

外观造型新颖

有明显的电动汽车标志

电动汽车的涂装可以更加新颖

汽车造型更利于人性化设计5二、电池种类对结构的影响电池设备种类是电动设备的核心。选择时，应注意以下原则：

储能设备的价格要适中。

选择能量密度匹配的储能设备。

选择合适的功率密度的储能设备。

储能设备具备合适的循环寿命。

储能设备的种类必须满足使用环境。

车辆储能设备满足使用的气候条件和使用环境。

储能设备的安全性能满足使用功能。

储能装置必须与管理系统合理搭配。

储能设备本身特性容易实现均衡一致。第9.2节电动汽车结构形式的选择6三、轴数、驱动形式及布置形式1.轴数电动汽车轴数的选择应根据车辆的用途、总质量、使用条件、公路车辆法规和轮胎负载能力等方面因素综合考虑。电动汽车的轴荷分配也必须满足国家相关法律法规。2.驱动形式汽车的驱动形式常由汽车的使用条件、通过性和平顺性等条件决定。4×2布置的汽车结构相对简单，造成本相对低，一般用在乘用车、大型客车上；而作为一些小型或微型汽车，采用轮毂电动机将更加简单方便，而且能够实现造型上的突破，因而可以采用4×4的驱动形式。第9.2节电动汽车结构形式的选择73.布置形式定义：电动汽车的布置形式是指电动机、驱动桥和车身(或驾驶室)的相互关系和布置特点。（1）电动乘用车的布置形式特点：布置相对传统，结构简单，易于操作。汽车的零部件绝大多数能够与传统汽车通用。优势：整车易于实现，避免大多数汽车零部件的重新设计，能够降低成本。劣势：不能在电动汽车的设计上有所突破，汽车的整备质量相对较大。第9.2节电动汽车结构形式的选择81)蓄电池布置在后排座椅的后下部，电机前置，前轮驱动。优势：前驱动方式使整车结构紧凑，有利于其他总成系统的安排，在转向和加速时的行驶稳定性较好。劣势：上坡时前轮附着力减少，易打滑；前轮驱动兼转向，结构复杂，使车辆维修不便。第9.2节电动汽车结构形式的选择92)蓄电池布置在底盘中部和座椅的地板下面，电机前置，前轮驱动。优势：蓄电池横向分散，可以保证车厢有宽大的乘坐空间，行李箱也有宽大的装载空间。第9.2节电动汽车结构形式的选择103)蓄电池布置在后面行李箱内，电机前置，前轮驱动。优势：可以实现更宽大的乘坐空间劣势：损失行李箱空间第9.2节电动汽车结构形式的选择114)采用轮毂驱动电动机，直接驱动电动汽车的驱动轮。优势：节省空间，车身设计更加多样灵活，机械传动效率更高，汽车运行的声音小，能够实现制动能量回收，车辆的动力性方面的动态响应较好，有利于提高汽车的动力性，可以有效的减小车辆的转弯半径，对于实现电力驱动的性能提供了有利条件。第9.2节电动汽车结构形式的选择12（2）电动客车的布置形式目前常见的电动客车主要以后置后驱为主，电动机替代了原发动机的位置，用固定速比的减速器或者简易变速器替代原变速器，电动机两侧被电能存储装置所替代，如图所示。第9.2节电动汽车结构形式的选择13为了提高乘客的乘坐空间，将电动机等采用后横置的方式，进一步缩小了后悬长度，如图所示。该结构可以实现较短的前后悬结构，车辆的乘客空间利用率比较高。第9.2节电动汽车结构形式的选择14相对于传统发动机来说，电动机噪声要小得多，而且热量辐射也较低，不需要像发动机一样的排气系统，因而布置的时候可以将电动机置于两桥之间，如图所示，这种结构可以进一步合理安排其他零部件尤其是储能设备的位置。第9.2节电动汽车结构形式的选择15（3）电动货车的布置形式电动货车都是在原货车的基础上改制而成，将原来的发动机及变速器直接更换为电动机及减速器结构，采用原来的传动系统实现车辆驱动，如图所示。第9.2节电动汽车结构形式的选择16为了便于驾驶室的布置，部分电动货车将电动机及减速器绑定后置于车辆的驱动桥附近，缩短了动力传递路线，提高了能量利用率，如图所示。第9.2节电动汽车结构形式的选择17下一节第9.2节电动汽车结构形式的选择本节内容结束18第九章电动汽车性能计算及校核第9.3节电动汽车的总体布置一、前舱关键零部件的布置设计整车的前舱是整车总布置设计中系统最复杂和布置零件最集中的区域，整车前舱的布置方案与整车性能有着直接的关系。电动汽车将一些关键部件放进了前舱，因为：1）电动汽车有较多的专用零部件，整车内其他位置基本已经没有空间，前舱去掉相关零部件后，空出了一定的空间；2）前置动力前驱依然是比较有效的驱动形式；3）大体积零部件，集成在一起更有利于整体的工作效率。19零件布置主要依据以下原则进行：

重要零部件按等级划分、按照重要程度进行优先布置。

按照占据空间的程度进行。

对有高压电磁干扰要求的零部件进行隔离或者布置出安全距离。

依据制造、安装、维修的相关要求。

依据碰撞的要求。

相关零部件集成的可行性分析。

国家法规中对行人保护的要求。

避开运动件的要求。

机械振动的要求。第9.3节电动汽车的总体布置20二、动力蓄电池的布置动力蓄电池质量较大，个数多，占的空间大。有些动力蓄电池需要使电解液强制循环，需要加温、保温、散热、控制温度。还需要监测充电、放电程度，并对充电、使用及制动回收能量等进行电子控制自动管理。动力蓄电池系统对整车布置要求：

需要存放电池的空间。

具有承载电池重量的车身结构。

具有防护一定碰撞的要求。

具有密封等级的要求。

具有一定隔热和散热性能的要求。第9.3节电动汽车的总体布置21三、车载充电器、快慢充电口的布置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：

快慢充电口均布置在原来的加油口位置。

快慢充电口分开布置在加油口位置，车身一边一个。

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，其布置多采用原来加油口位置，并分开布置，即第二种布置方式。第9.3节电动汽车的总体布置22四、电动汽车减振设计汽车的减振系统一般分为悬挂系统和弹性的轮胎系统两部分。悬架一般带有减振器，减振器可以提升车辆形式的平顺性，它采用与弹性元件并联安装的方式，有助于衰减车架与车身的振动。减振器的阻尼越大，振动消除的就会越快。第9.3节电动汽车的总体布置23纯电动乘用车的总布置设计工作是个系统工程，需要协调车身、动力系统、电池、内外饰、造型等相关部门。如何在确保整车性能的基础上提高空间利用率，避免各部件的干涉，加快项目进行，需要进行科学的论证，同时，总布置工程师也需要对整车性能、驱动电机、动力电池、高压安全等相关知识相当熟悉，才能进行合理布置，推动项目进展。第9.3节电动汽车的总体布置24下一节第9.3节电动汽车的总体布置本节内容结束25第九章电动汽车性能计算及校核第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化一、电动汽车动力性能参数定义：汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。评价指标：

汽车的最高行驶速度，即最高车速；

汽车的加速时间；

汽车的最大爬坡度，即爬坡能力。26二、电动汽车主要性能参数的选择1.电动汽车的巡航行驶（1）一般匀速巡航行驶时的驱动功率电动汽车和混合动力汽车在无风状态条件下，在平坦、良好的路面上匀速巡航行驶时，由于车辆行驶速度基本不变，因此，所受到的滚动阻力和空气阻力基本不变。滚动阻力所消耗的功率和空气阻力所消耗的功率也基本不变。以匀速行驶时所需要的功率：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化27（2）最高车速匀速巡航行驶时的驱动功率电动车辆的最高车速为混合动力汽车或电动汽车的驱动系统以最大稳定转速运转和采用变速器的最高挡速比，在平坦、良好的道路上以最大匀速巡航行驶时，由于车辆行驶速度达到最高，因此，所受到的滚动阻力和空气阻力也达到最高。即：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化282.电动汽车的最高车速、爬坡度与传动比（1）最高车速电动汽车最高车速的确定与车辆的性能和要求有关，最高车速与车辆的电动机的功率成正比关系。根据现有电动汽车的比功率，计算最高车速，其公式为：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化29（2）爬坡度电动汽车的最大爬坡度与电动机转矩和传动系统的传动比都成正比关系。1)电动汽车的上坡度为：2)电动汽车上坡时所需要的功率为：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化30（3）传动比的选择传动比的选择不但要考虑电动机的转速和车辆的最高车速，还要考虑电动机的输出扭矩。传动比计算方法如下：1)高速状态下的传动比电动汽车在以最高车速行驶时，以最小传动比的档位（最高档）工作，因此高速状态下的传动比问题，即为最小传动比问题。计算出的数据即为总的传动比，但是还需要对电动机高速特性进行验算，还需要验算在最高车速下的电动机的扭矩特性能否满足车辆的最高车速下克服阻力的需求。第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化312)爬坡状态下的传动比电动汽车在最大坡度角

的坡道上爬坡时，一般以最大传动比的档位（最低档）工作，集中驱动系统的驱动电机到车轮之间的传动比，用变速器或减速器的最低档位（一档）的最大传动比与驱动桥的主传动比的乘积来计算。

第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化323.电动汽车的加速性能一般来说，电动汽车电动机的最大扭矩越大，其加速性能越好，而在相同动力的条件下传动比越大，加速性能越好，车辆自重越小，加速性能越好。在计算加速性能时，由于考虑车辆在良好的水平路面，无风或微风条件下，因此在计算车辆受到阻力的时候，忽略坡度影响，则阻力为根据电动机的外特性曲线分别选择在不同转速下，电动机满负荷时所能产生的扭矩，计算电动机所能产生的最大牵引力：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化33同时根据该情况下的受力平衡，即最大牵引力等于车辆所受的阻力,得到平衡式：于是可以得到加速度的表达式：导入速度与转速公式后，得：第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化34三、电动汽车的续驶里程计算定义：电动汽车上的动力电池组充满一次电后的最大行驶里程称为电动汽车的续驶里程。1.续驶里程的计算方法目前，电动汽车在水平、良好的路面上，按城市工况运行时，克服滚动阻力和空气阻力消耗的理论能量（kW·h）为第9.4节电动汽车的整车性能计算与优化电动汽车采用的动力蓄电池组的总能量为35电动汽车单位质量、单位距离的理论能耗（kW·h/L）为

电动汽车在水平、良好的路面上，以匀速行