電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力選型規(guī)范

PAGEPAGE1XXXXXXX有限公司 電動(dòng)客車驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力選型規(guī)范編制：年月日審核：年月日批準(zhǔn)：年月日目錄TOC\o"1-2"\h\z1概述 22電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 22.1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 22.2電機(jī)的基本性能要求 23電動(dòng)客車動(dòng)力性能匹配計(jì)算基本方法 33.1術(shù)語 33.2電機(jī)的機(jī)械特性曲線 43.3電機(jī)動(dòng)力選型匹配計(jì)算方法 43.3.1驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及其平衡圖 53.3.2動(dòng)力因數(shù)圖 73.3.3爬坡度曲線圖 73.3.4加速度曲線及加速時(shí)間 81概述汽車作為一種運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率的高低在很大程度上取決于汽車的動(dòng)力性。動(dòng)力性是各種性能中最基本、最重要的性能之一。動(dòng)力性的好壞，直接影到汽車在城市和城際公路上的使用情況。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，是電動(dòng)汽車的唯一動(dòng)力來源。電機(jī)的性能直接影響到整車的最高車速、加速性能及爬坡性能等。因此在新車開發(fā)階段，必須進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)性能匹配，以判斷設(shè)計(jì)方案是否滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)和使用要求。2電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本要求2.1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從功能角度可分為電氣和機(jī)械兩大部分，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)低速大扭矩的特性，其中機(jī)械傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)是可選的。電氣部分包括電機(jī)和電功率控制轉(zhuǎn)化部分。系統(tǒng)原理簡示如下圖：圖1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖2.2電機(jī)的基本性能要求電動(dòng)汽車運(yùn)行工況復(fù)雜，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求能夠頻繁的啟動(dòng)/停止、加速/減速，低速和爬坡的時(shí)候要求轉(zhuǎn)矩高，高速時(shí)轉(zhuǎn)矩低，并要求寬廣的調(diào)速范圍。電機(jī)的選型要素通常包括：電機(jī)的類型、額定電壓、機(jī)械特性、效率、尺寸參數(shù)、可靠性和成本等。在基本物理參數(shù)定型的基礎(chǔ)上通過匹配驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)是電機(jī)工作在最佳的性能區(qū)間。對(duì)電機(jī)基本性能指標(biāo)有以下要求：高電壓。在允許的范圍內(nèi)采用高電壓可以減小電機(jī)尺寸，較小損耗。高轉(zhuǎn)速。高轉(zhuǎn)速電機(jī)體積更小、質(zhì)量輕，可降低整車整備質(zhì)量。質(zhì)量輕。輕量化設(shè)計(jì)可以降低整備質(zhì)量，節(jié)省寶貴的能量。較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較大的調(diào)速范圍。這樣匹配的電動(dòng)車具有較好的啟動(dòng)性能、加速性能，并可以提高駕駛舒適性，減低駕駛員操作強(qiáng)度，達(dá)到與傳統(tǒng)駕駛習(xí)慣的適應(yīng)。效率高、損耗小，能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。在車載能源系統(tǒng)不變的情況下，最大限度的增加續(xù)航里程，突出能源利用優(yōu)勢(shì)。良好的安全性。必須具備高壓絕緣、保護(hù)設(shè)備?？煽啃院?，適應(yīng)汽車運(yùn)行的各種惡劣環(huán)境。結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，維護(hù)成本低。3某電動(dòng)客車動(dòng)力性能匹配計(jì)算基本方法進(jìn)行電機(jī)動(dòng)力匹配計(jì)算需首先按確定整車基本參數(shù)和性能目標(biāo)，詳細(xì)精確的基本參數(shù)是保證計(jì)算結(jié)果精度的基礎(chǔ)。3.1術(shù)語1）迎風(fēng)面積迎風(fēng)面積定義為車輛行駛方向的投影面積，可以通過通過三維數(shù)模的測(cè)量得到，三維數(shù)據(jù)不健全則通過設(shè)計(jì)總布置圖測(cè)得。某客車車型迎風(fēng)面積為A一般取值4-7m22）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率根據(jù)某客車車型動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率主要由變速器傳動(dòng)效率、傳動(dòng)軸萬向節(jié)傳動(dòng)效率、主減速器傳動(dòng)效率等部分串聯(lián)組成。根據(jù)電機(jī)的性能匹配情況可以選擇有或沒有裝置，通常變速裝置每增加一對(duì)齒輪摩擦副，整體傳動(dòng)效率降低1%；傳動(dòng)軸的一個(gè)十字節(jié)效率降低1%；主加速部分的齒輪副同樣降低效率1%。例如：根據(jù)實(shí)際情況，無變速器電機(jī)+傳動(dòng)軸直驅(qū)的方案傳動(dòng)效率為： ＝99％×99％×99％×99％＝96.1%3）滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)采用推薦的客車輪胎在良好路面上的滾動(dòng)阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行匹配計(jì)算： ＝其中：—0.0072～0.0120以上，取0.012；—0.00025～0.00280，取0.0027；—0.00065～0.002以上，取0.002；—汽車行駛速度，單位為km/h；—對(duì)于良好瀝青路面，=1.2。3.2電機(jī)的機(jī)械特性曲線以本公司的直流永磁無刷電機(jī)的機(jī)械特性為例，電機(jī)動(dòng)力輸出特性通常可劃分為恒扭矩區(qū)和恒功率區(qū)。恒扭矩區(qū)決定了整車起動(dòng)性能、爬坡性能和低速加速性能，恒功率區(qū)決定了整車的最高車速。選型匹配時(shí)通過最高車速設(shè)計(jì)指標(biāo)驗(yàn)證電機(jī)的功率特性；加速和最大爬坡度指標(biāo)驗(yàn)證電機(jī)扭矩特性。在下文的選型匹配計(jì)算方法中將詳述驗(yàn)證計(jì)算方法。圖2直流永磁無刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械特性曲線3.3電機(jī)動(dòng)力選型匹配計(jì)算方法汽車動(dòng)力性能匹配計(jì)算的主要依據(jù)是汽車的驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力之間的平衡關(guān)系，汽車的驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡方程為 （1）其中—驅(qū)動(dòng)力；—滾動(dòng)阻力；—空氣阻力；—坡道阻力；—加速阻力。下面對(duì)上述驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力的匹配計(jì)算方法以及各個(gè)曲線的匹配計(jì)算方法簡要說明如下。3.3.1驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及其平衡圖在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性、傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比及效率、車輪半徑、空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積以及汽車的質(zhì)量等確定后，便可確定汽車的驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡關(guān)系。驅(qū)動(dòng)力： （2）其中：—發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；—變速器各個(gè)檔位的傳動(dòng)比；—主減速器速比；—?jiǎng)恿鲃?dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率；—車輪滾動(dòng)半徑，單位為m。滾動(dòng)阻力＝（3）其中：—汽車匹配計(jì)算載荷工況下的質(zhì)量，單位為kg；—重力加速度，單位為m/s2；—滾動(dòng)阻力系數(shù)；—道路坡角，單位為rad；—車輪滾動(dòng)半徑，單位為m?？諝庾枇Γ?）其中：—空氣阻力系數(shù)；—迎風(fēng)面積，單位為m2；—汽車行駛速度，單位為km/h?？蛙嚳諝庾枇ο禂?shù)通常取0.5-0.8，某客車根據(jù)具體車型造型選擇系數(shù)大小，車輛造型越趨向于流線空氣阻力系數(shù)取值越小。坡道阻力＝（5）其中：—匹配計(jì)算載荷工況下汽車的質(zhì)量，單位為kg；—重力加速度，單位為m/s2；—道路坡角，單位為rad。加速阻力 （6）其中：—旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；—匹配計(jì)算載荷工況下汽車的質(zhì)量，單位為kg；—汽車行駛加速度，單位為m/s2。在進(jìn)行動(dòng)力性初步匹配計(jì)算時(shí)，由于不知道汽車輪胎等旋轉(zhuǎn)部件準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)值，對(duì)于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，通常根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行匹配計(jì)算確定： ＝式中，和取值范圍在0.03到0.05之間，這里粗取平均值，即認(rèn)為==0.04。在進(jìn)行不同檔位的驅(qū)動(dòng)力和阻力估算時(shí)，還需要知道汽車速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：（7）其中：—汽車行駛速度，單位為km/h；—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為rpm；—主減速器傳動(dòng)比；—車輪的滾動(dòng)半徑，單位為m；—當(dāng)前檔速比。根據(jù)上述公式，我們還可以方便地估算出汽車在任意發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、檔位下的驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力，進(jìn)而可以繪制出汽車的驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖。汽車的驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖形象地表明了汽車行駛時(shí)的受力情況和平衡關(guān)系。由此可以確定汽車的動(dòng)力性。在驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖中，求出最高檔下驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力曲線的交點(diǎn)，曲線交點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的速度值即為汽車的最高車速。3.3.2動(dòng)力因數(shù)圖動(dòng)力因數(shù)的定義為 （8）其中：各個(gè)參數(shù)的含義同前面的說明。利用公式（8）結(jié)合前面公式就可以估算出汽車各個(gè)檔位下的動(dòng)力因數(shù)值，進(jìn)而可以繪制出動(dòng)力因數(shù)圖。3.3.3爬坡度曲線圖根據(jù)汽車的行駛方程式和驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖，可以估算汽車的爬坡能力。在估算爬坡度時(shí)，認(rèn)為汽車的驅(qū)動(dòng)力除了用來克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力外，剩余驅(qū)動(dòng)力都用來克服坡道阻力，即加速阻力為零。根據(jù)公式（1）可以得到如下公式將公式（3）、（5）代入上式，就可以得到如下公式：代入公式以及公式（8），經(jīng)過整理那么就可得（10）然后根據(jù)公式=tg進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可以估算