HA31動(dòng)力性及續(xù)航里程計(jì)算報(bào)告

編號：版本號：眾泰HA31整車開發(fā)項(xiàng)目HA31項(xiàng)目動(dòng)力性及續(xù)航里程計(jì)算報(bào)告編制：校對：審核：批準(zhǔn)：江蘇金壇汽車工業(yè)有限公司2015年07月前言本報(bào)告描述HA31項(xiàng)目動(dòng)力性及續(xù)航里程計(jì)算。本分析報(bào)告由江蘇金壇汽車工業(yè)有限公司提出。本分析報(bào)告由HA31項(xiàng)目組負(fù)責(zé)起草。本分析報(bào)告主要起草人:本分析報(bào)告于2015年7月發(fā)布。

目錄一、概述 1二、計(jì)算輸入?yún)?shù) 12.1計(jì)算用基本參數(shù)列表 12.2參數(shù)取值說明 22.3電機(jī)特性曲線 32.4后橋主傳動(dòng)比的確定 4三、動(dòng)力性能分析計(jì)算基本方法 43.1驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及其平衡圖 53.2動(dòng)力特性圖 73.3功率平衡圖 73.4爬坡度曲線圖 73.5加速度曲線及加速時(shí)間 8四、動(dòng)力性能分析計(jì)算 84.1驅(qū)動(dòng)力——行駛阻力平衡圖 94.2動(dòng)力特性圖 104.3功率平衡圖 104.4爬坡度曲線圖 114.5加速度曲線圖 114.6加速時(shí)間-速度曲線圖 12五、續(xù)航里程計(jì)算 121.等速法 122.工況法 13六、動(dòng)力性及續(xù)航里程計(jì)算結(jié)果及分析 14參考文獻(xiàn) 14一、概述汽車作為一種高效率的運(yùn)輸工具，運(yùn)輸效率之高低在很大程度上取決于汽車的動(dòng)力性。所以，動(dòng)力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。動(dòng)力性的好壞，直接影響到汽車在城市和城際公路上的使用情況。因此在新車開發(fā)階段，必須進(jìn)行動(dòng)力性計(jì)算，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)和使用要求。動(dòng)力性計(jì)算的主要內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)：汽車的最高車速Uamax；加速時(shí)間t；最大爬坡度imax；續(xù)航里程；下面根據(jù)汽車?yán)碚搶A31動(dòng)力性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算分析。二、計(jì)算輸入?yún)?shù)2.1計(jì)算用基本參數(shù)列表計(jì)算用參數(shù)列表見表1表1計(jì)算用參數(shù)列表參數(shù)名稱參數(shù)值電機(jī)型號216V18kw永磁同步電機(jī)變速器型式5檔手動(dòng)變速器速比一擋3.308二擋1.913三擋1.258四擋0.943五擋0.763倒擋3.231后橋主減速比4.158滿載質(zhì)量（kg）1865動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率90%電機(jī)效率90%空氣阻力系數(shù)0.32迎風(fēng)面積（m2）2.068滾動(dòng)阻力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式（2）車輪滾動(dòng)半徑（m）0.308蓄電池總能量26Kwh蓄電池平均放電效率95%2.2參數(shù)取值說明1）空氣阻力系數(shù)根據(jù)同類車型的比較，初步確定空氣阻力系數(shù)為0.32。2）迎風(fēng)面積根據(jù)車身外表面及各種附件的數(shù)模投影計(jì)算出迎風(fēng)面積A為：A=2.068m23）動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率根據(jù)HA31的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)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)效率等部分組成：（1）其中：=98％；=97%；=95%可得：=98％×97%×95%=90% 4）滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)采用推薦的轎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)行計(jì)算：（2）其中：對于HR級輪胎（允許最高車速為210km/h的子午線輪胎），推薦范圍如下：——0.0081～0.0098，取0.009；——0.0012～0.0025，取0.002；——0.0002～0.0004，取0.0003；——對于良好瀝青路面，=1.2；——汽車行駛速度，單位為km/h。圖1滾動(dòng)阻力系數(shù)——速度曲線圖2.3電機(jī)特性曲線將電機(jī)功率Pe、轉(zhuǎn)距Ttq與電機(jī)轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系以曲線表示，則此曲線稱為電機(jī)特性曲線。在進(jìn)行動(dòng)力性能計(jì)算時(shí)，主要用到電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化情況。表2電機(jī)主要性能參數(shù)電壓（V）AC140最大功率（kW/r/min）45最大轉(zhuǎn)矩（N·m/r/min）150因變速器最大輸入扭矩為150N.m，所以限制電機(jī)的最大輸出扭矩為150N.m。電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線通過擬合方式確定，已知條件為功率曲線通過原點(diǎn)，最大功率點(diǎn)，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，且最大功率點(diǎn)在功率曲線上的導(dǎo)數(shù)為零，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)在轉(zhuǎn)矩曲線上的導(dǎo)數(shù)為零。圖2電機(jī)特性曲線2.4后橋主傳動(dòng)比的確定按照配置要求，后橋主傳動(dòng)比為4.158三、動(dòng)力性能分析計(jì)算基本方法汽車動(dòng)力性能計(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： （3）其中：v——驅(qū)動(dòng)力，單位為N；——滾動(dòng)阻力，單位為N；——空氣阻力，單位為N；——坡道阻力，單位為N；——加速阻力，單位為N。對上述驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力的計(jì)算方法以及各個(gè)曲線的計(jì)算方法簡要說明如下。3.1驅(qū)動(dòng)力、行駛阻力及其平衡圖在電機(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＝（4）其中：——電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m；——變速器某前進(jìn)擋速比；——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＝（5）其中：——汽車計(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?？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。坡道阻力＝（7）其中：——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 （8）其中：——旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；——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)力性初步計(jì)算時(shí)，由于不知道汽車飛輪、輪胎等旋轉(zhuǎn)部件準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量數(shù)值，對于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，通常根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算確定：＝（9）其中：——0.03～0.05，取0.04；——0.03～0.05，取0.04；——變速器某前進(jìn)擋速比。在進(jìn)行不同擋位的驅(qū)動(dòng)力和阻力計(jì)算時(shí)，還需知道汽車速度與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：（10）其中：——汽車行駛速度，單位為km/h；——電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；——主減速器傳動(dòng)比；——變速器某前進(jìn)擋速比；——車輪的滾動(dòng)半徑，單位為m。根據(jù)上述公式，我們還可以方便地計(jì)算出汽車在任意電機(jī)轉(zhuǎn)速、擋位下的驅(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，求出最高擋下驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力曲線的交點(diǎn)，曲線交點(diǎn)處對應(yīng)的速度值即為汽車的最高車速。3.2動(dòng)力特性圖動(dòng)力因數(shù)為 （11）其中：D——各前進(jìn)擋動(dòng)力因數(shù)。其它各個(gè)參數(shù)的意義和單位同上述說明。利用公式（11）結(jié)合前面公式就可以計(jì)算出汽車各個(gè)前進(jìn)擋位下的動(dòng)力因數(shù)值，進(jìn)而可以繪制出動(dòng)力特性圖。3.3功率平衡圖在汽車的行駛方程式的基礎(chǔ)上，在公式兩端同時(shí)乘以車輛速度，經(jīng)過單位換算、整理就可以得到汽車的功率平衡方程式（12）其中：——電機(jī)功率，單位為kW。其它各個(gè)參數(shù)的意義和單位同上述說明。利用公式（12）就可以計(jì)算出汽車行駛功率平衡關(guān)系，并可進(jìn)一步繪制出功率平衡圖。3.4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，可以計(jì)算汽車的爬坡能力。在計(jì)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（3）可以得到如下公式將公式（5）、（7）代入上式，就可以得到如下公式：代入公式以及公式（11），經(jīng)過整理那么就可得（13）然后根據(jù)公式=tg進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣就可以計(jì)算出爬坡度，并進(jìn)一步繪制出爬坡度曲線圖。3.5加速度曲線及加速時(shí)間汽車的加速能力可用它在水平良好路面上行駛時(shí)能產(chǎn)生的加速度來評價(jià)。汽車加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)力除了用來克服空氣阻力、滾動(dòng)阻力以外，主要用來克服加速阻力，此時(shí)不考慮坡道阻力（=0）。根據(jù)公式（3）、（8），可以得到如下公式：（14）所以，加速時(shí)間根據(jù)以上公式，通過數(shù)值積分方法對上式進(jìn)行積分求解，就可以得到所需要的加速時(shí)間。四、動(dòng)力性能分析計(jì)算根據(jù)上述已知條件以及相關(guān)的計(jì)算理論，通過編程計(jì)算，可以得到的動(dòng)力性能曲線圖及相關(guān)的動(dòng)力性能指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算時(shí)汽車為滿載工況。4.1驅(qū)動(dòng)力——行駛阻力平衡圖圖4.1.1驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖表三各檔對應(yīng)最大驅(qū)動(dòng)力，最大車速及對應(yīng)轉(zhuǎn)速檔位最大驅(qū)動(dòng)力（kN）最大車速(km/h)對應(yīng)轉(zhuǎn)速(rpm)16.0335.4561420023.4961.3115420032.2993.2344420041.72124.38420051.39138.13773.2在驅(qū)動(dòng)力－行駛阻力平衡圖中，可以求出最高擋下驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力曲線的交點(diǎn)，曲線交點(diǎn)處對應(yīng)的速度值即為汽車的最高車速Uamax。從圖中及表可以求出Uamax=138.1km/h。4.2動(dòng)力特性圖圖4.1.2動(dòng)力特性圖由動(dòng)力特性圖知，最大動(dòng)力因數(shù)Dmax=0.3299；最高檔最大動(dòng)力因數(shù)D=0.0761。4.3功率平衡圖圖4.1.3功率平衡圖由圖可知，最大功率為Pmax=26.6kw。4.4爬坡度曲線圖圖4.1.4爬坡度曲線圖由爬坡度曲線可以得出，最大爬坡度imax=34%，對應(yīng)車速為15.3Km/h；爬坡度i=20%時(shí)對應(yīng)車速為32.2Km/h。4.5加速度曲線圖圖4.1.5加速度曲線圖由圖加速度曲線圖可知，該車最大加速度出現(xiàn)在一擋，amax=2.14m/s2；4.6加速時(shí)間-速度曲線圖圖4.1.6原地?fù)Q擋加速時(shí)間——速度曲線圖由圖4.1.6可知，原地?fù)Q擋加速從0至50km/h為8.57s;從50km/h加速至80km/h為8.17s，原地?fù)Q擋100公里時(shí)間為23.92s五、續(xù)航里程計(jì)算1.等速法計(jì)算電動(dòng)汽車以60km/h的速度等速行駛時(shí)的續(xù)航里程數(shù)（假設(shè)蓄電池能放出總電量的80%,因整車用電由蓄電池提供（包括底盤系統(tǒng)用電），故電池總電量按照90%*80%=72%計(jì)算）電動(dòng)車勻速以60km/h行駛時(shí)，=220.03N=112.64N+=332.67N續(xù)航里程為：=156Km——電池總電量，取26Kwh；——電池放電效率，取95%；——機(jī)械傳動(dòng)效率，取90%；——電機(jī)效率，取90%。2.工況法因本款電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)針對于城市交通對于經(jīng)常在城市和良好公路上行駛的汽車，所以按照《GB/T18386-2005電動(dòng)汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法》中4.4.4.2條工況法要求，可只使用城市循環(huán)進(jìn)行計(jì)算。城市循環(huán)時(shí)間為195s，行駛路