純電動動力設(shè)計

摘要：講解了純電動動力產(chǎn)品的設(shè)計流程、電機設(shè)計計算、設(shè)計完成后的樣機測試驗證等。介紹了在研發(fā)過程中遇到的典型故障問題及其解決方法案例。

關(guān)鍵詞：純電動動力 設(shè)計 典型故障

項目背景：隨著新型動力電源鋰離子電池開發(fā)，加快了電動行業(yè)的進程。2010年電動車整體銷售總量將逼近2300萬輛。為了讓電動車適應(yīng)丘陵地帶，現(xiàn)設(shè)計了變檔的純電動動力。

1 總體設(shè)計流程

1.1 資料收集

1.1.1 整車配置及性能要求。設(shè)計電動動力產(chǎn)品時，我們需要收集該產(chǎn)品所要匹配車型的完整資料，其中包括整車質(zhì)量、輪胎規(guī)格、電池規(guī)格、以及客戶對整車性能目標值要求等可用資料。以產(chǎn)品ZG05產(chǎn)品為例，其整車整車配置及性能要求如下：

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1.1.2 純電動動力工作原理見下圖。

1.2 設(shè)計計算流程

1.2.1 整車性能計算。①最高車速計算。以ZG05為例，計算最高車速時，需對整車該狀態(tài)下的阻力進行計算。平路最高車速阻力為：ΣF=Fr+Fw+Fg。Fr為滾動阻力，F(xiàn)r=Mg×f0×cosα；Fw為空氣阻力Fw=0.5×ρ×Ar×Cd×（V+Vw）2；Fg=坡度阻力。f0（平整硬化路面）=0.011，α（路面斜度），若平路時：α=0；ρ（空氣密度）=1.2258，Ar（迎風面積）=2m2，Cd（阻力系數(shù)）=0.7，V=11m/s（40KM/h時速），Vw（風速）=0。M=ΣM=Mg（整車質(zhì)量）+M人（駕駛員標準體重）=145kg。則ΣF=42.87N，扭矩T=9.13N.m，對應(yīng)此車速下電機需輸出轉(zhuǎn)速n=497r/min。②最大爬坡能力計算。如果要求爬坡車速不低于10km/h（2.8m/s），則功率P=V×F=

2.8×312=867W。若要求最大功率P=750W，則可行駛坡度ASIN（F/Mg）=（750/2.8/（145×9.8）=10.7°（18.8%），即最大爬坡能力為10.7°。③續(xù)航能力計算。以車速V=30

km/h計算，后輪功率P2=258W，如果電壓為48V，效率按η=0.6計算，輸入功率P1=P2/η=430w、電流I=P2/48=

8.96A、理論放電時間t=20/I=2.2h和續(xù)航里程S=V*T=

66Km。

1.2.2 電機系統(tǒng)性能計算

①電機主要性能參數(shù)

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通過上述整車能耗計算，可確定電機最大功率、額定功率、轉(zhuǎn)速、扭矩、效率等數(shù)據(jù)。而根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可進行電機定轉(zhuǎn)子繞組、磁路等一系列的計算。以下對電機定轉(zhuǎn)子計算進行講解。

②Ansoft Maxwell軟件應(yīng)用。依據(jù)以上對電機和車輛的動力特性匹配分析，綜合考慮離合器的工作特性、現(xiàn)有電機的選擇范圍做出電機的基本要求。利用Ansoft Maxwell電磁場有限元軟件，將相應(yīng)參數(shù)輸入并得到其輸出。利用Ansoft Maxwell軟件，對電機磁場進行有限元分析，見下圖。最后，得到其基本性能輸出。

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1.2.3 減速系統(tǒng)設(shè)計。①離合器計算。ZG05離合器離心力為Fw=M·R·ω2，其中角速度ω=2πn/60；彈簧拉力F1=F2=100g；蹄塊對從動盤的壓力為P=Fw-（F1+F2）；摩擦力f=μP，其中，μ為摩擦系數(shù)，取0.18。將數(shù)據(jù)生成折線圖，加入電機扭矩和阻力矩，用圖算出完全結(jié)合轉(zhuǎn)速。②變速比計算。a一檔變速比。電機最大扭矩略為5.5Nm（28A），而整車行駛最大阻力矩≥70Nm，故低速檔轉(zhuǎn)速比為S1≥70÷5.5=12.73。b二檔變速比。最大車速35km/h時：折合后輪轉(zhuǎn)速為n=35×1000÷（2×3.14×0.2×60）=465r/min。電機空載最高轉(zhuǎn)速約4500r/min，因此2檔速比S2≤4500÷465=9.7。查電機輸出特性，滿足效率≥75%（≤3800）和離合器轉(zhuǎn)速（≥2500 r/min）以上特性段，兼顧1檔效率，取3500r/min，此時扭矩2.5Nm，按3500 r/min，試算S2≥3500÷465=7.52。如果取值7.5。輸出扭矩為18N.m。③齒輪設(shè)計計算。以ZG05為例，傳動系統(tǒng)為定軸輪系、三軸兩級。三軸分別為連接轉(zhuǎn)子的電機軸、中間軸、連接驅(qū)動輪的輸出軸。兩級為初級變速、末級減速。

1.2.4 三維外形設(shè)計 傳動箱內(nèi)