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0~50km/h 小于10s ，爬坡度不小于20%（20 km/h ），续航里程150kw （50km/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：t F F =∑ 式中：F t ——驱动力；ΣF ——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T t ，同时，地面对驱动轮产生反作用力F t ，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：tt T F r=式中：T t —作用与驱动轮上的转矩；r —车轮半径。

电动汽车中T t 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ηt 。

驱动电动机的输出转矩为T tq ，则有： t tq t T T i η=⋅⋅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： fw i j F FF F F =+++∑式中：F f —滚动阻力F w —空气阻力 F i —坡度阻力 F j —加速阻力其中：（1）滚动阻力：F f 可以等效的表示为：f F W f =⋅式中：W —作用于车辆上的法向载荷；ｆ—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：212w D r F C A u ρ=⋅⋅⋅⋅式中：ＣＤ—空气阻力系数；Ａ—迎风面积，即车辆行驶方向的投影面积； ρ—空气密度，一般ρ＝1.2258Ns 2m -4。

ｕｒ—相对速度，在无风时即车辆的行驶速度。

在无风条件下汽车的运动，ｕｒ即为汽车的行驶速度u a 。

如u a 以km ／h 计，A 以m 2计，则空气阻力(N)为：221.15D r w C A u F ρ⋅⋅⋅=(3) 坡度阻力：sin i F G α=⋅式中：α—坡度。

一般道路的坡度均较小，此时sin α=tan α=i 。

(4) 加速阻力：j duF m dtδ=⋅⋅式中：δ—车辆旋转质量换算系数。

m —车辆质量；dudt—行驶加速度。

这样，汽车行驶阻力为：2sin 21.15D a C A u duF W fG m dtαδ⋅⋅=⋅++⋅+⋅⋅∑ 在车辆行驶的每一时刻，电动机发出的功率P e 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，P e 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P f ，空气阻力功率P w ,坡度阻力功率P i 以及加速阻力功率P j 。

即：1()e f w i j P P P P P η=⋅+++根据以上的推导，可得车辆行驶过程中的平衡方程如下： 9550tq e T n P ⋅=31()36007614036003600a D a a a e W fu C A u G u i m u du P dtδη⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅+++⋅对纯电动汽车而言，式中：P e —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 0—50km/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v max 与电机的最大转速n max 确定传动比的上限。

max 0max0.377n ri v ⋅⋅≤其中，类比其它车型的配置参数，我们确定最大转速n max =3500。

通过该车外形设计参数，可得车轮半径r=0.391m,v max =80km/h ，则：00.37735000.3916.44980i ⋅⋅≤=(2) 由电机最大输出转矩T max 和最大爬坡度对应的行驶阻力F amax 确定速比的下限。

max 0max2a F ri T η⋅≥⋅⋅其中：F amax =m g cos αf+m g sin α=7365·9.8·0.98·0.012+7365·9.8·0.2=15284.2 N ，r=0.238m 。

我们取T max =1000N ·m 作为参考值，则：015284.20.3913.1520.951000i ⋅≥=⋅⋅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。

31()360076140a D a G f u C A u Pe η⋅⋅⋅⋅=+ 满载时：G=7365×9.8N ，f=0.012，C D =0.7，A=4.65m 2，η=0.95，u a =80km/h （此时电机转速为3600r/min ）3173659.80.012800.74.6580()0.95360076140Pe ⋅⋅⋅⋅⋅=+ 43.31kW =(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。

31()3600761403600a D a aG f u C A u G i u Pe η⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++满载时:G=7365×9.8N ，f=0.012，i=0.2，η=0.95，u a =20km/h3173659.80.012200.74.652073659.80.220()0.953600761403600Pe ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=++90.90kW =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：fw i j F FF F F =+++∑在电动汽车进行慢速匀速爬坡时，空气阻力F w 以及加速阻力F j 可以忽略。

所以：fiF FF =+∑其中，F f =m ·g ·f ·cos α；F i =m ·g ·sin α，所以：0tq g t T i i F F rη⋅⋅⋅==∑代入i g =1，i 0=5.833，η=0.95，m=7365kg ，g=9.8m/s 2，f=0.012，α=tan -1（0.2）=11.3°，综上可得：0(cos sin )(73659.80.273659.80.980.012)0.3915.8330.95tq g m g f m g rT i i ααη⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=⋅⋅⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=⨯=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2021.15D T i C A u M g f r η⋅⋅⋅⋅=⋅⋅+20()21.15D C A u M g f rT i η⋅⋅⋅⋅+⋅=⋅ 20.7 4.6550(73659.80.012)0.39121.155.8330.95T ⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯88.26m T N =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，N·m 1300额定转矩，N·m 358峰值功率，kw 100额定功率，kw 60tDriver-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））250～720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：2021.15tq u D tT i d C A u M g f M rd ηδ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅++⋅式中：F t —辆行驶驱动力，计算公式为：0tq g t T i i F rη⋅⋅⋅=其中：T tq —电机额定转矩 i g —变速器传动比i 0—主减速器传动比r —车轮半径η—传动机构效率，包括变速器、传动轴和主减速器 F w —车辆行驶的空气阻力，错误!未找到引用源。

F f —车辆行驶滚动阻力 错误!未找到引用源。

M —总质量δ—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：00()uu t w fdt Mt du du du F F F δ⋅=⋅=--⎰⎰选取峰值T tq 为1300N m ，要求速度由0加到50km/h ,δ = 1.01，M=7365kg ，i g =1，i 0=5.833，η=0.95，r=0.391m ，C D =0.7，A=4.65m 2，f=0.012。

代入上式得：13.8921.0173659.78130015.8330.950.74.6573659.80.0120.39121.15t du s u⋅==⋅⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⎰因此，选择最大转矩为1300N ·m 的电机，可以满足速度u 由0～50km/h 的时间为10s 。