電動汽車動力匹配設計規(guī)范方案

1、WORD 格式編輯整理XXXXXXQ/XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理XXXXXXXXXX有限公司企業(yè)標準XXXX-XX -XX 發(fā)布XXXX-XX -XX 實施XXXXXXXX有限公司發(fā)布電動汽車動力匹配設計規(guī)范目次前言1范圍12規(guī)范性引用文件13術語和定義14技術要求34.1評價指標34.2計算方法44.3基礎數據收集和輸入104.4計算任務和匹配優(yōu)化104.5計算結果輸入及數據分析13專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理前言我公司缺少關于動力匹配方面的設計規(guī)范，給整車動力性、經濟性方面的計算造成障礙。自本規(guī)范下發(fā)之日起，本文件將指導后續(xù)工作中

2、動力性、經濟性的計算 。本標準按照GB/T 1.1 2009 給出的規(guī)則起草。本標準由XXXX 提出 。本標準由XXXX 負責起草 。本標準主要起草人：XXX本標準于XXXX 年 XX 月首次發(fā)布 。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理電動汽車動力匹配設計規(guī)范1 范圍本規(guī)范規(guī)定了電動汽車動力匹配設計規(guī)范的術語和定義、技術要求 、試驗方法 、檢驗規(guī)則 、標志、包裝、運輸和貯存 。本規(guī)范適用于XXXX整車動力性能匹配與計算。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單 （不包括勘誤的內容 ）或修訂版均不

3、適用于本標準，凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準 。GB/T 12534-1990汽車道路試驗方法通則GB/T 12544-2012汽車最高車速試驗方法GB/T 12543-2009汽車加速性能試驗方法GB/T 18386-2005電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法GB/T 19596-2004電動汽車術語3術語和定義GB/T 19596 中界定的術語和定義適用于本標準。下列術語和定義適用于本文件。3.1續(xù)駛里程電動汽車在動力蓄電池完全充電狀態(tài)下，以已定的行駛工況，能連續(xù)行程的最大距離，單位為km 。3.2能量消耗率電動汽車經過規(guī)定的試驗循環(huán)后動力蓄電池重新沖帶你至試驗前的容量，

4、從電網上得到的電能除以行駛里程所得的值，單位為 Wh/km 。3.3最高車速電動汽車能夠往返各持續(xù)行程3 km 距離的最高平均車速。3.3專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理30 分鐘最高車速電動汽車能夠持續(xù)行駛30 min 以上的最高平均車速。3.4加速能力 V1至 V2電動汽車從速度V1 加速到速度 V 2所需的最短時間。3.5爬坡車速電動汽車在給定坡度的坡道上能夠持續(xù)行駛1 km 以上的最高平均車速。3.6電動汽車整備質量包括車載儲能裝置在內的整車整備質量。3.7電動汽車試驗質量電動其策劃整車整備質量與一試驗所需附加質量的和。3.8額定功率在額定條件下的輸出功率。3.9峰值功率在規(guī)定的持續(xù)

5、時間內，電機允許的最大輸出功率。3.10額定轉速額定功率下電機的最低轉速。3.11最高工作轉速相應于電動車最高設計車速的電機轉速。3.12額定轉矩電機在額定功率和額定轉速下的輸出轉矩。3.13峰值轉矩電機在規(guī)定的持續(xù)時間內允許輸出的最大轉矩。3.14專業(yè)知識分享本規(guī)范所引用的符號及意義本規(guī)范所引用的符號及意義如表代號nrumgGATtqPeFtFwFiF jF f代號iDi0TfCDP4 原理及依據WORD 格式編輯整理1所示 。表 1 本規(guī)范所引用的符號及意義物理意義單位電動機額定功率下的轉速r/min滿載時車輪滾動半徑m車速km/h整車質量kg重力加速度m/s 2整車重力N迎風面積m 2電

6、動機最大扭矩N m電動機功率kW電動汽車驅動力N空氣阻力N坡度阻力N加速阻力N滾動阻力N續(xù)表（1）物理意義單位坡度動力因數主減速器傳動比傳動系機械效率滾動阻力系數空氣阻力系數道路附著系數阻力功率kW4.1評價指標4.1.1 整車動力性評價指標汽車的動力性是指汽車在良好路面 上直線行駛 時由汽車受到的縱向外力 決定的 ,所能達到的 平均行駛速度 。 從獲得盡可能高的平均行駛速度的觀點出發(fā)，汽車的動力性主要可由以下三個指標來評定。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理4.1.1.1 最高車速最高車速 Umax 是指在水平良好的路面上車輛能達到的最高行駛速度。它僅僅反映車輛本身具有的極限能力 ，并不反映

7、車輛實際行駛中的平均速度。4.1.1.2 加速性能車輛的加速能力常用原地起步連續(xù)換檔加速時間與最高檔或次高檔加速時間來表示。原地起步連續(xù)換檔的加速時間是指用一檔或二檔起步，以最大加速度按最佳換檔時間逐步換至最高檔 ，加速至某一預定的距離或車速所需要的時間。該項指標反映了汽車在各種車速下的平均動力性。最高檔或次高檔加速時間是指用最高檔或次高檔由某一較低車速全力加速至某一高速所需要的時間。 因為超車時車輛與被超車并行，容易發(fā)生安全事故，所以最高檔或次高檔加速能力強，行駛就更安全 。4.1.1.3 爬坡性能車輛的爬坡能力是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度i max 來表示的 。 顯然，最大爬坡度

8、是指一檔時的最大爬坡度。有些國家用車輛在一定坡道上能達到的車速來表明其爬坡能力。該項指標所反映的是車輛低速時的動力性。現有的車輛動力性的評價指標只是反映了車輛本身具有的極限能力，在一定程度上反映了車輛動力性的好壞 ，但由于未與復雜的實際使用工況統(tǒng)一考慮，因而往往與車輛實際使用效果相差很大。4.1.2 整車經濟性評價指標在保證動力性的條件下，汽車以盡量小的電量消耗量經濟行駛的能力稱為整車的經濟性。整車的經濟性通常用一定工況下汽車行駛百公里的電量消耗量或一定電量能行駛的里程來衡量。一般情況下，耗電經濟性指標的單位為kWh/100km，即行駛100km所消耗的電量 。4.1.2.1 等速電量消耗等速

9、行駛百公里電量消耗量是常用的一種評價指標 ，指車輛在一定載荷下 ，以最高檔在水平良好路面上等速行駛 100km 的電量消耗量 。測出每隔 10km/h 或 20km/h 速度間隔的等速百公里電量消耗量 ，繪制成曲線 ，稱為等速百公里電量消耗量曲線 ，用它來綜合評價汽車的經濟性 。4.1.2.2 加速電量消耗加速電量消耗是指用最高檔從某一車速開始全油門加速行駛500m 的電量消耗量，換算成百公里電耗量 。4.1.2.3 工況法電量消耗等速行駛工況沒有全面的反映汽車的實際運行狀況，是車輛行駛的一個理想狀態(tài)，而車輛在實際使用過程中總會或多或少加速、減速等工況 ，如在市區(qū)行駛時 ，會頻繁的出現加速 、

10、減速 、怠速停車等行駛工況 。 因此各國都制定了一些典型的循環(huán)行駛試驗工況，模擬汽車實際運行工況，并以其百公里電量消耗量來評定相應性工況的燃油經濟性。許多國家對循環(huán)工況都進行了大量的研究，如歐洲的專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理ECE循環(huán) ，英國的 NEDC循環(huán) ，美國的 UDDS 循環(huán) ，日本的 JPN10DDS 循環(huán)等 。 我國采用 NEDC工況模擬整車電量消耗量以及經濟性。4.2計算方法4.2.1人工經驗計算方法4.2.1.1最高車速計算（ 1）電動機最高轉速和傳動系決定的最高車速u0.377nr（1-1 ）i gi0（ 2） 按功率平衡決定的最高車速車輛在平直路面上勻速行駛時的阻力功

11、率為：PfPw（1-2 ）T故功率平衡方程可簡化為：Pf Pw1GfumaxCDA umax3（1-3 ）Pe(3600)TT76140由公式 （ 1-1 ）和公式 （ 1-3 ）計算結果可分析，若公式 （ 1-1 ）計算車速大于公式（ 1-3 ）計算車速，則說明整車在最高車速工況下無后備功率；若公式 （ 1-1 ）計算車速小于公式（1-3 ）計算車速 ，則說明整車在最高車速工況下有后備功率，故其實際最高車速取二者之中較小者。4.2.1.2最大爬坡度計算（ 1） 地面附著性能允許的最大爬坡度車輛行駛方程式 ：Ft FfFi Fw Fj（1-4 ）車輛以最低檔穩(wěn)定速度爬坡時du0 ，即 Fj0d

12、t同時爬坡時行駛速度不大 ，可近似認為空氣阻力 Fw 0 所以車輛行駛方程式簡化為 ： Ft Ff Fi按車輛在坡道上的附著條件可知：G cosG sinG cosf即 t g m a xf然后再根據 tg maximax 換算成最大爬坡度imaxf（1-5 ）輪胎與路面間的附著系數如表2所示 。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理表 2附著系數路面輪胎類型狀態(tài)高壓輪胎越野輪胎干燥0.50 0.700.70 0.80瀝青 、混凝土路面潮濕0.35 0.450.50 0.60污染0.25 0.450.25 0.45碎石路面干燥0.50 0.600.60 0.70潮濕0.30 0.400.40 0.

13、55干燥0.40 0.500.50 0.60土路濕潤0.20 0.400.35 0.50泥濘0.15 0.250.20 0.30（ 2）動力性能允許的最大爬坡度動力因數為 ： DFtFwG爬坡時 Fw 可忽略不計 。 DImax 為 I 檔的動力因數即 ：Ttq igi 0 TD maxrGI 檔時最大爬坡度按下式計算：D max f cosmaxsinmax用cos max1sin2max代入整理可得 ：maxarcsin D maxf12D 2max f 21f然后根據 imaxtgmax ，求出最大爬坡度 。（ 1-6 ）（ 1-7 ）（ 1-8 ）（ 1-9 ）由公式 （ 1-5 ）和

14、公式 （ 1-9 ）計算結果可分析，若公式 （ 1-5 ）計算最大爬坡度大于公式（ 1-9 ）計算最大爬坡度，則說明整車最大爬坡度受限于整車動力性能；若公式 （1-5 ）計算最大爬坡度小于公式（ 1-9 ）計算最大爬坡度，則說明整車最大爬坡度受限于整車附著性能，故其實際最大爬坡度取二者之中較小者 。4.2.2計算機輔助計算（ cruise ）Cruise 軟件是奧地利 AVL公司開發(fā)的用于研究車輛動力性、燃油經濟性 、排放性能與制動性能的高級仿真分析軟件，是快速 、便捷 、高效的車輛動力學仿真工具。該軟件真實再現了車輛的傳動系模型，可用于車輛開發(fā)過程中的動力傳動系的匹配、車輛性能預測等等。利用

15、 Cruise 軟件進行模擬計算包括四個步驟：建立車輛模型、輸入各總成模型數據、定制所需計算任務和查看計算結果。4.2.2.1建立車輛模型我們以 XXX為例，分析整車結構和功能，使用 Cruise 軟件建立整車仿真模型。 XXXX是前輪驅動 ，專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理自動變速器 ，駕駛室只控制加速踏板和制動器踏板。根據結構和布置形式的分析，選用模型庫中的汽車模塊 （ Vehicle ）、 電動機模塊 （ Electric Macine）、 電池模塊 （ Battery H ）、 單級減速器模塊（ Single Ratio Transmission ，作為主減速器 ）、 差速器模塊 （

16、Differential ）、 駕駛室模塊（ Cockpit ）以及車輪 （ Wheel ）和制動器模塊 （ Brake ）。 將這些模塊從車輛建模組件庫中按圖1 所示拖入建模窗口。圖 1XXX車輛模型構建當各子系統(tǒng)模型選定之后，應根據汽車配置方案和部件連接關系建立模型的物理連接，該步驟相對簡單 ，只需用 connect 連接功能建立物理連接，如圖 2所示 。傳動系各部件之間有直接的物理連接關系，車輪和制動器之間也有物理連接關系，但駕駛室與動力傳動系和制動系之間沒有物理連接，在仿真過程中 ，它們之間是通過信號連接來傳遞信息的。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理圖2 XXXX車輛模型物理連接信號

17、連接是車輛建模過程中最關鍵內容之一，也有較大難度 。要想正確建立汽車各子模型之間的信號連接關系，必須對汽車系統(tǒng)內部件之間的連接和控制關系、信息傳遞關系以及汽車動力學有深入的理解 。 如 XXXX車輛模型 ，駕駛室 （Cockpit ）需要的轉速信號來自于電動機（Electric Machine）的轉速 （Speed ）；同樣 ，制動器 （Brake ）需要的制動壓力、電動機 （ Electric Machine）需要的負荷信號和周圍溫度（ Ambient Temperature）信號都來自于駕駛室（ Cockpit ）。雙擊建模窗口下方的彩色線條打開數據總線，如圖 3所示 ，各子模型之間的連接

18、關系見表3。圖3 XXXX車輛模型信號連接表 3 XXXX車輛模型信號連接信息componentrequiresinputcomponentdeliveringoutput informationinformationfromBreakBreak PressureCockpitBreak Pressure專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理ClutchDesired Clutch ReleaseCockpitDesired Clutch ReleaseCockpitSpeedElectric MachineSpeedCockpitOperation Control 0Electric Machi

19、neOperation ControlCockpitGear IndicatorElectric MachineOperating ModeElectric MachineLoad SignalCockpitLoad SignalElectric MachineAmbient TemperatureCockpitAmbient TemperatureMonitorLoad Signal-CockpitCockpitLoad SignalMonitorVelocityCockpitLoad SignalMonitorTorqueElectric MachineTorque在數據總線連接時，需要注

20、意 ： input informationfrom 中顯示為藍色的項目為必須連接的項目，電動機 （Electric Machine）模塊中的負荷信號（Ambient Temperature）雖然顯示為黑色，但也必須進行連接。4.2.2.2輸入各總成模型的數據模型數據的輸入有以下幾種方式：手動輸入數據；從已有模型中調入數據；拷貝與粘貼方式輸入輸出數據 。手動輸入數據 ：雙擊建模窗口中的每一個組件，都會彈出一個窗口，根據需要輸入每個組件的相關數據即可 。從已有模型中調入數據：例如從已有整車模型中調入發(fā)動機數據如圖4。圖 4從已有模型中調入數據拷貝與粘貼方式輸入輸出數據：數據可以通過拷貝與粘貼方式輸

21、入輸出，這可以在 Cruise 內部進行，也可以與其它軟件進行，比如 Excel之間傳輸數據。4.2.2.3定制所需的計算任務建模和參數輸入完成之后，利用檢查功能（check ）來檢查模型是否正確，數據輸入是否完整，如果通過檢查，便可進行仿真。在仿真計算之前，要定制仿真任務。根據需要計算的內容，建立相應的文件夾，在每個文件夾下添加相應的計算任務，如圖 5。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理圖 5添加計算任務計算任務的定義包括：計算模式 、道路環(huán)境 ，駕駛員 ，測量點的定義，換檔規(guī)律等等。4.2.2.4查看計算結果在結果管理器 messages 文件夾中可以查看所定制的各計算任務的詳細計算結果，

22、也可以在各計算任務的文件夾中查看圖形文件。 例如 ： XXXX車型的計算結果如圖6圖 14圖 6各檔最高車速圖 7各檔最大爬坡度專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理圖 8各檔最大加速度圖9原地起步加速時間圖 10直接檔超車加速時間圖 11各檔最大牽引力專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理圖 12各檔最大爬坡度圖 13各檔最大加速度專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理圖 14功率平衡圖4.3基礎數據收集和輸入4.3.1動力總成參數4.3.1.1整車相關參數在車輛模型中需要輸入的主要參數包括：軸距 、車輛質心位置 、整備質量 、列車總質量 、迎風面積、空氣阻力系數和輪胎壓力。4.3.1.2電動機相關參數

23、在電動機模型中需要輸入標稱電壓、峰值轉速 、外特性曲線和電機Map 圖（電動機廠家提供）。4.3.1.3電池相關參數在電池模型中需要輸入單體電芯的最大容量、初始容量百分比、標稱電壓 、最大電壓 、最小電壓；整個電池包是由上述電芯幾并幾串組成、電池的充電曲線和放電曲線（由電池廠家提供）。4.3.1.4單極減速器模塊參數在單極減速器模塊中需要輸入速比、輸入慣性力矩、輸出慣性力矩。4.3.1.5制動片模塊參數在制動片模塊中需要輸入制動缸面積、制動片摩擦系數、制動因子 、有效半徑 、效率、轉動慣量。專業(yè)知識分享WORD 格式編輯整理4.3.1.6輪胎模塊參數在輪胎模塊中需要輸入輪胎轉動慣量、輪胎摩擦系

24、數 、參考輪胎載荷、輪胎修正系數、輸入輪胎型號計算輪胎的靜態(tài)滾動半徑和動態(tài)滾動半徑。4.3.2車輛運行環(huán)境參數（滾阻 、風阻或滑行試驗數據、坡阻等 ）4.3.2.1滾動阻力系數滾動阻力是車輪在地面上滾動時產生的阻力，主要由以下各種阻力組成：1) 輪胎沿路面滾動時 ，輪胎變形所引起的阻力 ；2) 路面變形所引起的阻力 ；3) 路面不平整所引起的沖擊阻力 ；4) 輪轂軸承的摩擦阻力 。滾動阻力系數可由滑行試驗測定 。滾動阻力系數也可以由經驗公式計算出來：f0.00760.000056u4.3.2.2空氣阻力系數和迎風面積空氣阻力系數與車輛的造型密切相關，另外還與車身的高度以及車輛底部的平滑程度等因

25、素有關。 空氣阻力系數可以通過風洞試驗測得，或者通過整車滑行試驗數據擬合推導出，或者通過經驗選取。4.3.3駕駛員換擋規(guī)律在 Cruise 的模擬計算中 ，有四種換檔方式可供選擇 ：根據最大加速度換檔 、根據車速換檔 、根據電動機轉速換檔和根據下一檔位的電動機轉速換檔。我們一般選擇根據電動機轉速來換擋。4.4計算任務和匹配優(yōu)化4.4.1計算任務4.4.1.1循環(huán)工況 （ Cycle Run ）該任務的主要作用是計算循環(huán)工況（如 NEDC等）中油耗和排放的情況。對于電動車來說就是百公里電量消耗。4.4.1.2爬坡性能分析（Climbing Performance）該任務用于計算車輛的最大爬坡度。不同擋位下的最大爬坡度也可以得到。4.4.1.3穩(wěn)態(tài)行駛工況分析（ Constant Drive）該任務用于計算穩(wěn)定行駛時車輛的燃油消耗和排放性能。該任務計算每一檔位下，整個發(fā)動機轉速范圍內車輛的性能 。 另一個功能就是通過優(yōu)