《动力总成的匹配机械制造汽车标准机械制造机械理论及资料.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动力总成的匹配机械制造汽车标准机械制造机械理论及资料.pdf（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、HEV 动力总成的匹配 1 整车参数及性能要求 2.2 计算公式 2.3 驱动电机的选择 3.3.1 功率 3.3.1.1 最大功率 .3.3.1.2 额定功率 .3.3.2 扭矩 4.3.2.1 最大扭矩 .4.3.2.1 额定扭矩 .4.3.3 转速 4.3.3.1 最高转速 .4.3.3.2 基速 .4.3.4 电压 4.4 发动机的选择 5.4.1 最大功率 5.4.2 最高转速 5.4.3 最大扭矩 5.5 发电机的选择 5.5.1 功率 5.5.2 转速 6.5.3 电压 6.6 超级电容的选择 6.6.1 容量 .6.6.2 放电电流 7.6.3 充电功率 7.6.4 电容选型
2、7.7 锂电池的选择 7.7.1 容量 .7.7.2 放电电流 7.最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上
3、的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重(1)1 整车参数及性能要求 编号 项目 数值（估算）1 总质量m 18000kg 2 迎风面积A 7m2 3 风阻系数CD 0.6 4 滚动阻力系数fR 0.01 5 滚动半径r 0.47 6 旋转质量换算系数6 1.1 7 主减速器速比i。6.43 8 最咼车速Umax 80 km/h 10 加速性能 050km/h 加速时间小于 30s 5080km/h 加速时间小于 40s 11 爬坡性能 能以 10km/h 爬上 20%的坡 连续爬坡时间大于 3 min。2 计算公式 2 驱动力计算：Ft 二GfRcos G
4、sin CDA U m-da 2 dt 车速和转速换算：nm-S0 m 0.3 77 驱动功率计算：Pt二F_ Ua 其中：Ft车辆的驱动力，N;G车辆的总重量，N;:-坡度，%；?空气密度，NI_S2R，；Ua 车速，m/s；Pt 驱动功率，W；nm-驱动电机轴的转速，r/min。最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速
5、驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重以下计算中均未考虑效率因素，并且对部分计算过程做了一定简化最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转
6、速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重=(180000*0.01 180000*0.2)10 3.6=105kW 3 驱动电机的选择 鉴于该混合动力的结构特点，驱动电机的选择要满足车辆动力性的需求，包 括爬坡、加速和助力；从整车能量角度来说，要求电机的工作效率尽可能的高；从驱动系统尺
7、寸角度来说，要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高。3.1 功率 3.1.1 最大功率 根据最大爬坡性能来确定，以 10km/h 上 20%的坡。由公式(1)和可得,转速为 320r/min 时的电机的最大功率需求为 105kW，计算过程如下：P；ax 二 Ft ba：(GfR GL：)_Ua 其中：车速为 10km/h，车重 180000kg，空气阻力系数为 0.01,坡度为 0.2;由于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。根据最大加速性能来确定，以 050km/h 加速时间小于 30s。在临界车速 以下由电机提供动力，在临界车速以上主要由发动机提供动力，因此把加速性能
8、 指标调整为 020km/h 加速时间小于 12s。可得平均加速度a0为 0.46m/s2，根 据公式(1)可得，转速为 650r/min 时的电机最大功率需求为 60.6kW，计算过程如 下：PTx=FtLua:(GfR maO*Ua 20-(180000*0.01 1.1*18000*0.46)*60.6kW 3.6 其中：车速为 20km/h，车重 180000kg，旋转质量换算系数取 1.1，平均加 速度区 0.46m/s2 o 3.1.2 额定功率 由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车 速选定为 20km/h，因此车辆起步后车速很快会超过临界车速，纯电驱
9、动的时间 很短，额定功率的选择对车辆的经济性影响很小，无需匹配计算驱动电机的额定 功率。3.2 扭矩 3.2.1 最大扭矩 最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度
10、和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重最大扭矩由车辆的爬坡性能决定，根据公式(1)可得最大扭矩为 3000Nm。max FtLr(GfR-GL)r M m io i o(180000 0.01 180000 0.2)0.51 3000 Nm 6.17 其中：车重 180000kg，坡度为 0.2,车轮半径为 0.51m，主减速器速比为 6.17;由于车速较低，计算中忽略了空气阻力，由于匀速行驶，没有加速阻力。3.2.1 额定扭矩 由于动力系统的结构特点，纯电机驱动只出现在临界车速以下，该车临界车 速选定
11、为 20km/h，因此车辆起步后车速很快会超过临界车速，纯电驱动的时间 很短，额定扭矩的选择对车辆的经济性影响很小，无需匹配计算驱动电机的额定 扭矩。3.3 转速 3.3.1 最高转速 车辆的最高车速决定了电机的最高转速，由公式(2)可得电机的最高转速为 2600r/min，计算过程如下：max u maxi 0 80 6Y7 nm 2600r/min 0.377r 0.377 汉 0.51 其中：最咼车速为 80km/h，主减速器速比为 6.17，车轮半径为 0.51 m。3.3.2 基速 以临界车速作为驱动电机的基速，大概在 650r/min，这样可以保证在临界 车速以前，车辆有恒定的扭矩
12、驱动，加速性能较好。3.4 电压 电机的功率确定后，电机的电压选择主要考虑高压安全、散热和成本等因素。具体电机的电压如何选择无法定量给出，一般不超过 400V 最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱
13、动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重4 发动机的选择 4.1 最大功率 根据国家标准，公交客车要以不低于 80km/h 的车速连续行驶 30min，可见 发动机的最大功率要满足最高车速的要求，需要发动机的功率为 68kw，此时发 动机转速为 2600r/min，计算过程如下：max=E 2max：(GfR-2-)_Umax 80 2 07於(詔 80=(180000*0.01 68kW 2 3.6 其中：车速为 80km/h，空气密度为 1.23Njs2_m*，车重
14、 180000kg，空气 阻力系数为 0.01;由于平路匀速行驶，没有坡度阻力和加速阻力。考虑到附件消耗功率 20kW，还有 10kW 的充电余量，发动机的最大功率选 为 100 kW。注意：实际上车辆很少以最高车速行驶，我们城市公交车的平均行驶速度为 2030km/h，如果以最高车速来计算发动机的最大功率，则功率有很大的浪费，而且电机可以实现助力，因此在实际选择发动机功率时要根据车辆的运行环境进 行的调整。4.2 最高转速 根据车辆的最高车速决定了发动机的最高转速为 2600r/min。4.3 最大扭矩 一般由车辆的加速能力决定发动机的最大扭矩，但是由于驱动电机的存在，而且该混合动力系统中驱
15、动电机的扭矩很大，发动机+驱动电机肯定可以满足加 速能力的需求，无需讨论发动的最大扭矩。5 发电机的选择 5.1 功率 发电机的额定功率要保证车辆可以在临界车速以下长时间行驶，根据公式(1)可以计算得到发电机的额定输出功率要高于 10kw，还要有一定的充电余量。最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转
16、速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重Pg 二 FtUa:GfR_Ua=180000 0.01 10kW 3.6 其中：车速为 20km/h，车重 180000kg，空气阻力系数为 0.01;由于平路匀速 行驶，没有坡度阻力和加速阻力；车速较低，忽略了空气阻力。如果考虑以一定的车速上坡，则需要增加发电机的功率，假设坡度为 8%，保持车速为 10km/h，根据公式(1)
17、可得功率大概在 40kw 左右。5.2 转速 发电时，根据发动机的转速，可以选择合适传动比的传动系统，使得发电机 工作在事先设定好的效率最高的转速下。5.3 电压 发电机的电压要在电池、电容和电机的工作电压范围内，并能给电容充满电。6 超级电容的选择 6.1 容量 超级电容满足起步加速的需求，根据 020km/h 加速时间小于 12s，平均 加速度a为 0.46 m/s2，加速过程需要的电能大于 360kJ，计算过程如下：t E=Fu at=(GfR+6ma0)J0(0+a0t)dt=360kJ 其中：车速为 20km/h，车重 180000kg，旋转质量换算系数取 1.1，平均加 速度区 0
18、.46m/s2，加速时间 12s。电机和发动机满足加速需求，根据 2050km/h 加速时间小于 18s，平均加 速度a为 0.46m/s2，对发动机和电机的需求扭矩为 890 Nm，假设电机提供其中 的 190Nm，贝 U 加速过程电机消耗的能连大于 400kJ。超级电容满足车辆加速助力的功率需求，根据 5080km/h 加速时间小于 40s，可以得到平均加速度为 0.2m/s2，对发动机和电机的扭矩需求为 476 Nm，发动机就可以满足扭矩需求，无需电机助力。最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电
19、容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重6.2 放电电流 超级电容满足起步加速的需求，根据 020km/h 加速时间小于 12s,在加速 末端20km/h 时具有最大
20、的功率输出，此时应该对应超级电容的截止电压，假设 为 400V平台，截止电压为 240V，则可得此时的电流为 250A;假设电压为 600V，则可得电流为 160A。如果发电机工作，可以提供额外 45A 的电流。6.3 充电功率 假设该车以 20km/h 的车速下 6%1 勺坡，贝刚动功率为 50kW，假设电压为 400V，则充电电流为 125A 假设电压为 600V，则可得电流为 83A。6.4 电容选型 400V 平台：选用 Maxwell 的 BMOD016P048,8串 2 并就可以满足要求，电 容组为 388V,电容 41F,连续放电电流 300A,设放电截止电压为 240V,则该电
21、 容组包含的电能为 1850kJ。（如果用 BM0D00838 串 2 并，电流可能不够）。600V 平台：选用 Maxwell 的 BMOD008P048,12串 2 并就可以满足要求，电 容组为 580V,电容 13.5F，连续放电电流 230A,设放电截止电压为 360V,则该 电容组包含的电能为 1300kJ。7 锂电池的选择 7.1 容量 连续爬长坡时，需要锂电池、超级电容和发电机同时供电。以 10km/h 的车 速爬 20%的坡 3min,需要的电能为 5kWh。假设锂电池提供其中 80%的电能，假设SOC 的使用范围为 30%80%,假设电池标称电压为 240V，则需要的电池 为
22、 35Ah;假设电池的标称电压为 360V,则需要的电池为 23 Ah。7.2 放电电流 爬坡的功率为 105kW，假设锂电池提供 80%的功率。假设电池标称电压为 240V,电流为 330A;假设电池标称电压为 360V，电流为 220A。应该增加锂电 池的 Ah 数，来提高放电能力。最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度
23、车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重修改说明 1.修改了超级电容电流就算部分 2.修改锂电池电流计算部分。最高转速基速电压发动机的选择最最最发电机的选择功率转速电压超级电容的选择容大高大功转扭放电电率速矩量流电充电锂电池的选择容放电功选电容率型量流整车参数及性能要求编号项目总质量数值估算迎风面积风阻系数滚动上的坡连续爬坡时间大于计算公式驱动力计算二车速和转速换算驱动功率计算二其中车辆的驱动力车辆的总重量坡度空气密度车速驱动功率驱动电机轴的转速以下计算中均未考虑效率因素并且对部分计算过程做了一定简化驱动电机来说要求电机的工作效率尽可能的高从驱动系统尺寸角度来说要求电机的功率密度和转矩密度尽可能高功率最大功率根据最大爬坡性能来确定以上的坡由公式和可得转速为时的电机的最大功率需求为计算过程如下二其中车速为车重