電動(dòng)車設(shè)計(jì)計(jì)算書

......一、車型設(shè)計(jì)的主要參數(shù)指標(biāo)表1主要參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值整車滿載質(zhì)量〔kg7365整備質(zhì)量〔kg4180長(zhǎng)*寬*高<m*m*m>5995*2150*3110軸距〔m>3300迎風(fēng)面積〔QUOTE4.65風(fēng)阻系數(shù)0.7滾動(dòng)阻力系數(shù)0.012后橋速比5.833車輪滾動(dòng)半徑<m>0.391重力加速度9.8傳動(dòng)效率0.95滾動(dòng)阻力系數(shù)0.012二、車型設(shè)計(jì)的計(jì)算方程式電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足車輛對(duì)動(dòng)力性能的要求和續(xù)駛里程的要求。我們得到動(dòng)力性能的要求,即最高車速80km/h,加速性能0~50km/h小于10s,爬坡度不小于20%〔20km/h,續(xù)航里程150kw〔50km/h。為此,需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力,即驅(qū)動(dòng)力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程式,就可以估算汽車的最高車速、加速度、最大爬坡度和續(xù)航里程。汽車的行駛方程式為：式中：Ft——驅(qū)動(dòng)力；ΣF——行駛阻力之和。車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力是路面作用在車輛驅(qū)動(dòng)輪上的,電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩,經(jīng)過(guò)車輛傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩為Tt,同時(shí),地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生反作用力Ft,這個(gè)反作用力就是驅(qū)動(dòng)汽車行駛的外力,即驅(qū)動(dòng)力。其數(shù)值為：式中：Tt—作用與驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩；r—車輪半徑。電動(dòng)汽車中Tt是由電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為i,傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為ηt。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為Ttq,則有：汽車在水平道路上等速行駛時(shí),必須克服來(lái)自地面的滾動(dòng)阻力和來(lái)自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí),還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時(shí)還需要克服加速阻力。因此汽車行駛過(guò)程中的總阻力為：式中：Ff—滾動(dòng)阻力Fw—空氣阻力Fi—坡度阻力Fj—加速阻力其中：〔1滾動(dòng)阻力：Ff可以等效的表示為：式中：W—作用于車輛上的法向載荷；ｆ—滾動(dòng)阻力系數(shù),與路面種類,行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。研究中滾動(dòng)阻力系數(shù),按經(jīng)驗(yàn)公式取值。<2>空氣阻力：式中：ＣＤ—空氣阻力系數(shù)；Ａ—迎風(fēng)面積,即車輛行駛方向的投影面積；ρ—空氣密度,一般ρ＝1.2258Ns2m-4。ｕｒ—相對(duì)速度,在無(wú)風(fēng)時(shí)即車輛的行駛速度。在無(wú)風(fēng)條件下汽車的運(yùn)動(dòng),ｕｒ即為汽車的行駛速度ua。如ua以km／h計(jì),A以m2計(jì),則空氣阻力<N>為：<3>坡度阻力：式中：α—坡度。一般道路的坡度均較小,此時(shí)sinα=tanα=i。<4>加速阻力：式中：δ—車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。m—車輛質(zhì)量；—行駛加速度。這樣,汽車行駛阻力為：在車輛行駛的每一時(shí)刻,電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率Pe總是等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率之和。在純電動(dòng)汽車中,Pe為電動(dòng)機(jī)的輸出功率。車輛運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率Pf,空氣阻力功率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。即：根據(jù)以上的推導(dǎo),可得車輛行駛過(guò)程中的平衡方程如下：對(duì)純電動(dòng)汽車而言,式中：Pe—電動(dòng)機(jī)輸出功率<kW>。n—電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速<rpm>。傳動(dòng)系主要參考設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示,動(dòng)力性要求如表2所示：表2動(dòng)力性要求最高車速80km/h加速性能0—50km/h小于10S爬坡度不小于20%〔20km/h續(xù)航里程不小于150km三、車型設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算3.1傳動(dòng)比的確定傳動(dòng)比的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高車速的要求,由最高車速vmax與電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速nmax確定傳動(dòng)比的上限。其中,類比其它車型的配置參數(shù),我們確定最大轉(zhuǎn)速nmax=3500。通過(guò)該車外形設(shè)計(jì)參數(shù),可得車輪半徑r=0.391m,vmax=80km/h,則：<2>由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力Famax確定速比的下限。其中：Famax=mgcosαf+mgsinα=7365·9.8·0.98·0.012+7365·9.8·0.2=15284.2N,r=0.238m。我們?nèi)max=1000N·m作為參考值,則：為了滿足上述要求,結(jié)合公司現(xiàn)有產(chǎn)品,故本文確定減速器的減速比為5.833。3.2電機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的功率必須滿足電動(dòng)汽車的最高車速的功率要求,以保證電動(dòng)汽車在良好路面情況下,能夠獲得較高的行駛車速。加速性能和爬坡度：電動(dòng)機(jī)的功率越大,電動(dòng)汽車的后備功率就越多,從而其加速性能和爬坡度就會(huì)越好,但過(guò)多的后備功率導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量增加,且由于電動(dòng)機(jī)不能經(jīng)常工作在額定功率附近,效率下降,增加電動(dòng)汽車不必要的能量消耗。確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的依據(jù)主要是：1>動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛；2>動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求；3>動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求；4>動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車速行駛的要求； 5>根據(jù)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.2.1電動(dòng)機(jī)的功率確定<1>根據(jù)最高車速計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率在計(jì)算最高車速勻速行駛功率時(shí)忽略加速阻力功率與坡度阻力功率。滿載時(shí)：G=7365×9.8N,f=0.012,CD=0.7,A=4.65m2,η=0.95,ua=80km/h〔此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3600r/min根據(jù)最大爬坡度計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率在計(jì)算最大爬坡度行駛功率時(shí)時(shí)忽略加速阻力功率。滿載時(shí):G=7365×9.8N,f=0.012,i=0.2,η=0.95,ua=20km/h根據(jù)以上計(jì)算并考慮車輛實(shí)際載貨的余量,選擇額定功率為60kw,峰值功率為100kw的電機(jī)。3.2.2電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算根據(jù)電動(dòng)汽車的最大爬坡度要求,可得電動(dòng)汽車需求的最大轉(zhuǎn)矩。由公式：在電動(dòng)汽車進(jìn)行慢速勻速爬坡時(shí),空氣阻力Fw以及加速阻力Fj可以忽略。所以：其中,Ff=m·g·f·cosα；Fi=m·g·sinα,所以：代入ig=1,i0=5.833,η=0.95,m=7365kg,g=9.8m/s2,f=0.012,α=tan-1〔0.2=11.3°,綜上可得：根據(jù)以上計(jì)算可得電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩須大于1078.5N.m。3.2.3電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算當(dāng)電動(dòng)汽車以額定車速在平地上勻速行駛時(shí),電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩。本文涉及車型常規(guī)車速為50km/h,所以有根據(jù)以上計(jì)算可得選擇的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)速下的阻力扭矩,即可滿足電動(dòng)車車輛行駛條件。由以上理論計(jì)算,再同驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)廠商進(jìn)行技術(shù)交流,通過(guò)對(duì)具體電機(jī)MAP效率圖、成本、制造工藝要求、廠商的現(xiàn)有電機(jī)產(chǎn)品及國(guó)家檢測(cè)報(bào)告等多種因素綜合對(duì)比,最終選型tDriver-MD15電機(jī),其外形圖、特性曲線和參數(shù)如下所示。電機(jī)電動(dòng)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線電機(jī)電動(dòng)功率-轉(zhuǎn)速特性曲線表3性能參數(shù)電機(jī)參數(shù)數(shù)值峰值轉(zhuǎn)矩,N·m1300額定轉(zhuǎn)矩,N·m358峰值功率,kw100額定功率,kw60tDriver-MD15電機(jī)所匹配電機(jī)控制器DKQ101參數(shù)如下：型號(hào)DKQ101型式轉(zhuǎn)矩控制重量〔kg23.5直流側(cè)工作電壓范圍〔V〔DC250～720直流側(cè)額定工作電壓〔V〔DC384最大容量〔kVA110冷卻方式水冷3.2.4電動(dòng)機(jī)加速性能計(jì)算在水平良好路面上,車輛的行駛加速度表示為：式中：Ft—輛行駛驅(qū)動(dòng)力,計(jì)算公式為：其中：Ttq—電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩ig—變速器傳動(dòng)比i0—主減速器傳動(dòng)比r—車輪半徑η—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率,包括變速器、傳動(dòng)軸和主減速器Fw—車輛行駛的空氣阻力,QUOTEFf—車輛行駛滾動(dòng)阻力QUOTEM—總質(zhì)量δ—轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù)則,電動(dòng)汽車從起步加速到速度為U的加速時(shí)間為：選取峰值Ttq為1300Nm,要求速度由0加到50km/h,δ=1.01,M=7365kg,ig=1,i0=5.833,η=0.95,r=0.391m,CD=0.7,A=4.65m2,f=0.012。代入上式得：因此,選擇最大轉(zhuǎn)矩為1300N·m的電機(jī),可以滿足速度u由0～50km/h的時(shí)間為10s。3.3動(dòng)力電池選型設(shè)計(jì)3.3.1電池性能比較對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)車三種電池性能進(jìn)行比較見(jiàn)表4。表4三種動(dòng)力電池的技術(shù)性能根據(jù)電池的性能比較,鋰離子電池具有較高的使用壽命、比能量大〔同等的能量?jī)?chǔ)存,其質(zhì)量最輕同時(shí)無(wú)污染符合國(guó)家新能源政策要求,故選擇鋰離子電池做為動(dòng)力電池。通過(guò)對(duì)鋰離子電池行業(yè)分析和同類車型類比,選用的LG單體電池為三元聚合物鋰電池,外形如下圖。參數(shù)如下：序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容1型號(hào)L39標(biāo)稱電壓3.73V2容量/C343Ah10工作電壓范圍3.0V~4.2V3充電電流持續(xù)：1C最大：3C〔10s11放電電流持續(xù)：1C最大：3C〔10s4內(nèi)阻＜2mΩ12循環(huán)壽命>200090DOD%25℃,0.3C5自放電率〔月＜2%1個(gè)月45℃13適應(yīng)溫度-20--55℃6尺寸297*167*11.3mm14重量966g7殼體材料鋁塑膜15比能量166Wh/Kg8功率密度1800W/Kg3.3.2電池電量計(jì)算設(shè)計(jì)要求以50km/h時(shí)速均勻行駛時(shí)的續(xù)航里程,電動(dòng)汽車以50km/h時(shí)速均勻行駛時(shí)：滿足續(xù)航里程所需要的電量為：根據(jù)以上計(jì)算可得滿足續(xù)航里程的電量須大于60.96kwh。3.3.3電池模組選型根據(jù)所選電機(jī)、電機(jī)控制器的參數(shù)和車架具體布置空間,確定電池模組為4并96串以及電池箱體的尺寸。動(dòng)力電池系統(tǒng)方案序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容1額定電壓358.08V15容量172Ah2成組方案4P96S16總重量＜610Kg3全車包數(shù)317總電量61.6kwh4冷卻方式自然傳導(dǎo)散熱18母線連接方式快速連接器5防護(hù)等級(jí)IP54〔除出風(fēng)口19電池包安裝位置詳見(jiàn)甲方圖紙6控制電源電壓24V20BMS〔含絕緣檢測(cè)有7工作電壓范圍18V~30V21SOC工作范圍10%~90%8電池組充電能力〔0~45℃0.3C22電池組放電能力〔-20~55℃額定：≤1C最大：2C〔三分鐘9額定回饋電流及最大回饋電流1CA1.5CA10S23工作環(huán)境溫度-20℃~55℃〔放電-20℃~45℃〔充電該型電池單體20℃的放電曲線該型電池4并模組20℃的放電曲線動(dòng)力電池側(cè)箱外形尺寸動(dòng)力電池尾箱外形尺寸整車數(shù)模布置4.轉(zhuǎn)向系統(tǒng)計(jì)算汽車在行駛過(guò)程中,經(jīng)常需要換車道和轉(zhuǎn)彎。駕駛員通過(guò)一套專門的機(jī)構(gòu)－－汽車轉(zhuǎn)向系,使汽車改變行駛方向。轉(zhuǎn)向系還可以修正因路面傾斜等原因引起的汽車跑偏。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不僅關(guān)系到汽車行駛的安全,還關(guān)系到延長(zhǎng)輪胎壽命、降低燃油油耗等。伴隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的發(fā)展而不斷進(jìn)步,高速公路和高架公路的出現(xiàn),同向并行車輛的增多和行駛速度的提高及道路條件的變化,要求更加精確靈活的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了純機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)三個(gè)基本發(fā)展階段,線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為其發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械液壓助力的方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間全部是機(jī)械部件連接,操控精準(zhǔn),路感直接,信息反饋豐富；液壓泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),轉(zhuǎn)向動(dòng)力充沛,大小車輛都適用；技術(shù)成熟,可靠性高,平均制造成本低。因此選擇使用液壓助力轉(zhuǎn)向器4.1轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)性能要求1汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),全部車輪應(yīng)繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn),任何車輪不應(yīng)有側(cè)滑。不滿足這項(xiàng)要求會(huì)加速輪胎磨損,并降低汽車的行駛穩(wěn)定性。2汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí),在駕駛員松開轉(zhuǎn)向盤的條件下,轉(zhuǎn)向輪能自動(dòng)返回到直線行駛位置,并穩(wěn)定行駛。3汽車在任何行駛狀態(tài)下,轉(zhuǎn)向輪都不得產(chǎn)生自振,轉(zhuǎn)向盤沒(méi)有擺動(dòng)。4轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和懸架導(dǎo)向裝置共同工作時(shí),由于運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)使車輪產(chǎn)生的擺動(dòng)應(yīng)最小。5保證汽車有較高的機(jī)動(dòng)性,具有迅速和小轉(zhuǎn)彎行駛能力。6操縱輕便。7>轉(zhuǎn)向輪碰撞到占該物以后,傳給轉(zhuǎn)向盤的反沖力要盡可能小。8>轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的球頭處,有消除因磨損而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)。9>在車禍中,當(dāng)轉(zhuǎn)向軸和轉(zhuǎn)向盤由于車架或車身變形而共同后移時(shí),轉(zhuǎn)向系應(yīng)有能使駕駛員免遭或減輕傷害的防傷裝置。10>進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校核,保證轉(zhuǎn)向輪與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。4.2方向機(jī)的選擇整車部分基本參數(shù)4.2.1原地轉(zhuǎn)向阻力矩Mr<N.m>計(jì)算根據(jù)半經(jīng)驗(yàn)公式式中f－輪胎和路面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù),一般取0.7G1－前軸負(fù)荷〔Np－輪胎充氣壓力<Pa>轉(zhuǎn)向器最大輸出扭矩T應(yīng)滿足T≥Mr,一般取T=1.25Mr,T=1.25×842=1052.5N.m,因此選用如下表所示參數(shù)的方向機(jī)：最大輸出扭矩為1630N.m,大于1052N.m4.2.2轉(zhuǎn)向直拉桿受力F<N>F=Mr/L2=842/0.2=4210N式中L2為前橋轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng),L2=200mm4.2.3轉(zhuǎn)向搖臂軸受到的力距M〔N.mM=F×L1=4210×式中L1為前橋轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng),L2=230mm4.2.4作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力Fh式中,L1為轉(zhuǎn)向搖臂長(zhǎng),L2為轉(zhuǎn)向節(jié)臂長(zhǎng)；DSW為轉(zhuǎn)向盤直徑；iω為轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比,η+為轉(zhuǎn)向器正效率,L1為230mm,L2為200mm,DSW為420mm,ig=21.3,η+=85%此轉(zhuǎn)向盤手力小于250N,滿足使用要求4.2.5作用在轉(zhuǎn)向盤上的手力矩〔N.mM=Fh×D/2=192.6×0.42÷2=40.4N.m4.2.6汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算其中：L＝3300mm,汽車軸距；α＝33°,汽車最大外輪轉(zhuǎn)角；通過(guò)作圖,得主銷觸地點(diǎn)到車輪對(duì)稱面的距離C=40.37mm；由于在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)輪胎有偏離現(xiàn)象,故實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑會(huì)有所增大,但估計(jì)不會(huì)大于10m,能夠滿足整車的要求。汽車實(shí)際的轉(zhuǎn)彎半徑要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。4.2.7轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置角傳動(dòng)比：≈L2/L1=0.2/0.23=0.8696轉(zhuǎn)向系角傳動(dòng)比:=×ig=0.8696×21.3=18.524.2.8轉(zhuǎn)向盤總回轉(zhuǎn)圈數(shù)n總?cè)?shù)小于方向機(jī)設(shè)定的4.5圈,符合要求4.3轉(zhuǎn)向系匹配計(jì)算4.3.1方向機(jī)需求流量Q1式中N表示方向盤轉(zhuǎn)速,T表示方向機(jī)螺桿螺距,D方向機(jī)油缸直徑,代入式中得方向機(jī)泄油量轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要的總流量方向機(jī)流量為10-12L/min,滿足要求電動(dòng)液壓轉(zhuǎn)向泵的參數(shù)如下表所示轉(zhuǎn)向泵排量為10ml/r,在轉(zhuǎn)速為1420r/min時(shí),流量為14.2L/min,大于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要的流量9.97L/min,所選轉(zhuǎn)向泵滿足要求4.3.2轉(zhuǎn)向管路通徑計(jì)算管通徑計(jì)算公式吸油管管徑式中V1≤0.5～1.5m/s,一般取1m/s,計(jì)算d1=14.65mm,選用吸油管通徑為16mm；壓油管通徑式中V2=3～3m/s,取4m/s計(jì)算,計(jì)算d2=7.33mm,選用高壓鋼絲管有效直徑徑為8mm；回油管通徑式中V3=1.5～2.5m/s,取2m/s計(jì)算,計(jì)算d3=10.36mm,選用回油管通徑為10mm；5再生制動(dòng)系統(tǒng)控制策略計(jì)算說(shuō)明書設(shè)計(jì)目標(biāo)：〔1在滿足GB12676-1999法規(guī)制動(dòng)分配力下最大利用回收制動(dòng)系統(tǒng)再生能量；〔2緊急制動(dòng)符合理想制動(dòng)分配系數(shù)；〔3機(jī)械模式與電控模式制動(dòng)踏板相同行程整車制動(dòng)強(qiáng)度相同；〔4安全性電控系統(tǒng)失效時(shí)可自動(dòng)切換為機(jī)械系統(tǒng)控制模式。5.1整車參數(shù)整車參數(shù)：項(xiàng)目代號(hào)單位數(shù)值空載質(zhì)量m1kg3650滿載質(zhì)量m2kg7365軸距〔空載/滿載Lmm3300/3308空載質(zhì)心高Hg1mm612滿載質(zhì)心高Hg2mm946空載前軸軸荷mo1kg1840空載后軸軸荷mo2kg1810滿載前軸軸荷mf1kg2350滿載后軸軸荷mf2kg5015空載前軸到質(zhì)心水平距離Lf1mm1540空載后軸到質(zhì)心水平距離 Lr1mm1760滿載前軸到質(zhì)心水平距離Lf2mm2090滿載后軸到質(zhì)心水平距離 Lr2mm1218車輪滾動(dòng)半徑Rmm383電機(jī)參數(shù)額定功率kw60額定轉(zhuǎn)矩N·m358額定轉(zhuǎn)速r/min3600峰值功率kw100峰值轉(zhuǎn)矩N·m6005.1.2地面對(duì)前后車輪的法向反作用力如下圖所示：5.2滿足GB12676-1999法規(guī)下的制動(dòng)力分配與再生控制策略：、GB12676-1998法規(guī)N2類車型制動(dòng)分配力法規(guī)確定制動(dòng)分配系數(shù)。變換不等式得到：當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z≥0.1時(shí),制動(dòng)分配系數(shù)必須滿足β≥〔b+z*hg/L。變換不等式得到：當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度0.15＜z＜0.3,空載制動(dòng)分配系數(shù)必須滿足β＞1-<z+0.08>*<a-z*hg>/<z*L>,重載制動(dòng)分配系數(shù)必須滿足：β＞〔z-0.08*<b+z*hg>/<L*z>當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度z≥0.3,制動(dòng)分配系數(shù)必須滿足β≥1-〔z-0.0188*<a-z*hg>/<0.74*z*L>得到制動(dòng)強(qiáng)度與制動(dòng)分配系數(shù)關(guān)系圖5.2.1：整車采用后置驅(qū)動(dòng)方式,為了提升再生制動(dòng)利用率應(yīng)盡可能滿足法規(guī)的情況下采用較小的制動(dòng)分配系數(shù),加大后橋的制動(dòng)分配力。所以按下表取空載、重載不同狀態(tài)取制動(dòng)分配系數(shù)。5.2.2再生制動(dòng)控制策略〔1法規(guī)未對(duì)制動(dòng)強(qiáng)度Z＜0.1,前后輪制動(dòng)關(guān)系進(jìn)行要求,可全部由后輪進(jìn)行電機(jī)再生制動(dòng)與后輪氣壓制動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。電機(jī)特性曲線：電機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速〔r/minn=V*i/<0.377*R>4048081212161620202424282832323636車速〔km/hv102030405060708090速比i5.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.833輪胎半徑〔mR0.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.383電機(jī)最大制動(dòng)力扭矩〔N.mT371600477358286238204179159制動(dòng)強(qiáng)度z0.10.10.10.10.10.10.10.10.1整車質(zhì)量〔kgm365036503650365036503650365036503650重力加速度〔m/s^2g9.89.89.89.89.89.89.89.89.8需求電機(jī)制動(dòng)扭矩T=z*g*m*R/i235235235235235235235235235氣壓制動(dòng)需要提供的制動(dòng)力矩〔N.m-136-365-242-123-51-3315676對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速〔r/minn=V*i/<0.377*R>4048081212161620202424282832323636車速〔km/hv102030405060708090速比i5.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.8335.833輪胎半徑〔mR0.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.3830.383電機(jī)制動(dòng)力扭矩〔N.mT371600477358286238204179159制動(dòng)強(qiáng)度z0.10.10.10.10.10.10.10.10.1整車質(zhì)量〔kgm736573657365736573657365736573657365重力加速度〔m/s^2g9.89.89.89.89.89.89.89.89.8需求電機(jī)制動(dòng)扭矩T=z*g*m*R/i474474474474474474474474474氣壓制動(dòng)需要提供的制動(dòng)力矩〔N.m103-126-3116188236270295315〔2制動(dòng)強(qiáng)度在0.15＜z＜0.3時(shí),空載：前輪制動(dòng)力Ff1=〔1-<z+0.08>*<a-z*hg>/<z*L>*G*z后輪制動(dòng)力Fr1=G*z-Ff1氣壓制動(dòng)力Fr11=Fr1-FtFt:電動(dòng)機(jī)制動(dòng)扭矩重載：前輪制動(dòng)力Ff2=〔z-0.08*<b+z*hg>/<L*z>*G*Z后輪制動(dòng)力Fr2=G*z-Ff1氣壓制動(dòng)力Fr22=Fr2-FtFt:電動(dòng)機(jī)制動(dòng)扭矩〔3制動(dòng)強(qiáng)度在0.3≤z≤0.511前輪制動(dòng)力Ff1=1-〔z-0.0188*<a-z*hg>/<0.74*z*L>*G*z后輪制動(dòng)力Fr1=G*z-Ff1氣壓制動(dòng)力Fr11=Fr1-FtFt:電動(dòng)機(jī)制動(dòng)扭矩〔4制動(dòng)強(qiáng)度z＞0.511,制動(dòng)減速度：j=a*g=5.008屬于緊急制動(dòng)頻次少再生制動(dòng)利用率低不介入?？紤]高速制動(dòng)的危險(xiǎn)性,制動(dòng)分配系數(shù)按前后輪同時(shí)抱死最佳制動(dòng)分配系數(shù)的制動(dòng)分配系數(shù)計(jì)算。以上各制動(dòng)強(qiáng)度下再生制動(dòng)策略前后軸制動(dòng)分配系數(shù)值見(jiàn)下表附表..制動(dòng)強(qiáng)度制動(dòng)關(guān)系式0.0000.0990.1000.1490.1500.2000.2990.3000.4000.5110.5120.6000.7000.8000.900空載β=00.0000.000β=〔b+z*hg/L0.5520.5610.6280.6450.6630.6820.700β=1-<z+0.08>*<a-z*hg>/<z*L>0.3270.3990.479β1-〔z-0.0188*<a-z*hg>/<0.74*z*L>0.4790.4950.516滿載β=00.0000.000β=〔b+z*hg/L0.3970.4110.5150.5400.5680.5970.626β=〔z-0.08*<b+z*hg>/<L*z>0.1920.2550.332β1-〔z-0.0188*<a-z*hg>/<0.74*z*L>0.3080.3340.368..5.3前后軸制動(dòng)力的確定5.3.1根據(jù)滿足法規(guī)的再生控制策略確定的制動(dòng)分配系數(shù)〔計(jì)算空載與重載前后軸所需制動(dòng)力。根據(jù)牛頓第二定律,整車制動(dòng)力：F=m*j=m*z*g前橋所需制動(dòng)力：Ff=F*β后橋所需制動(dòng)力：Fb=F-Ff不同情況下所需前后橋制動(dòng)力如下表：..制動(dòng)強(qiáng)度0.0000.0990.1000.1490.1500.2000.2990.3000.4000.5110.5120.6000.7000.8000.900制動(dòng)減速度〔m/s^20.0000.9700.9801.4601.4701.9602.9302.9403.9205.0085.0185.8806.8607.8408.820空載整車制動(dòng)力〔N035413577533053667154106951073114308182781831421462250392861632193空載制動(dòng)分配系數(shù)0.0000.0000.5520.5610.3270.3990.4790.4790.4950.5160.6280.6450.6630.6820.700空載前軸制動(dòng)力00197429901755285251205144707694301150713835166051950722543空載后軸制動(dòng)力035411603234036104302557555877232884868087627843491099650滿載整車制動(dòng)力071467218107541082714435215812165328871368823695543306505245774264959滿載制動(dòng)分配系數(shù)0.0000.0000.3970.4110.1920.2550.3320.3080.3340.3680.5150.5400.5680.5970.626滿載前軸制動(dòng)力002864441820773684717266789633135671901723376287173447040637滿載后軸制動(dòng)力0714643546336875010751144091497619238233161793719930218072327124322..選擇原則:根據(jù)所需的前后橋制動(dòng)力及現(xiàn)有可利用的資源。5.3.2.1選擇前軸制動(dòng)器規(guī)格：?310×100mm,鑄造底板,采用無(wú)石棉摩擦片。制動(dòng)氣室：16英寸。當(dāng)工作壓力為P=6×105Pa時(shí),前制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力：鼓式制動(dòng)器橋與地面制動(dòng)力<N>F=2*p*<Π*D^2/4>*〔i/2>*η*C*<R/r>36621.51948828.692制動(dòng)氣室氣壓p〔Pa600000800000氣室有效直徑D<m0.1150.115制動(dòng)凸輪傳動(dòng)比i=l/a9.16666679.1666667調(diào)整臂長(zhǎng)l0.110.11凸輪軸基圓半徑a0.0120.012傳動(dòng)效率〔η0.90.9效能因數(shù)C1.761.76制動(dòng)器工作半徑R<m0.1550.155輪胎滾動(dòng)半徑r〔m0.3830.383前橋制動(dòng)器額定制動(dòng)力大于滿載下制動(dòng)強(qiáng)度0.8時(shí)前軸制動(dòng)力需求,可以選用；5.3.2.2后橋制動(dòng)器規(guī)格：制動(dòng)器規(guī)格：?310×100mm,鑄造底板,采用無(wú)石棉摩擦片。制動(dòng)氣室：20英寸。當(dāng)工作壓力為P=6×105Pa時(shí),后制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力：鼓式制動(dòng)器橋與地面制動(dòng)力<N>F=2*p*<Π*D^2/4>*〔i/2>*η*C*<R/r>53364.6771152.894制動(dòng)氣室氣壓p〔Pa600000800000氣室有效直徑D<m0.12817510.1281751制動(dòng)凸輪傳動(dòng)比i=l/a10.41666710.416667調(diào)整臂長(zhǎng)l0.1250.125凸輪軸基圓半徑a0.0120.012傳動(dòng)效率〔η0.90.9效能因數(shù)C1.761.76制動(dòng)器工作半徑R<m0.160.16輪胎滾動(dòng)半徑r〔m0.3830.383后橋制動(dòng)器額定制動(dòng)力大于滿載下制動(dòng)強(qiáng)度0.8下的后軸制動(dòng)力需求,可以選用。但同樣氣壓下不符合制定分配系數(shù),需要加裝感載閥調(diào)節(jié)輸出后橋氣壓,控制后橋制動(dòng)力輸出。5.4制動(dòng)踏板行程與制動(dòng)力控制策略。設(shè)計(jì)目標(biāo):再生制動(dòng)與原車制動(dòng)制動(dòng)感覺(jué)相同;5.4.1整車制動(dòng)控制器不介入時(shí),空、滿載前后分配系數(shù)確定。設(shè)計(jì)目標(biāo)：保持純氣路制動(dòng)〔機(jī)械模式與電控模式在相同的制動(dòng)踏板行程下具有相同的制動(dòng)強(qiáng)度。參數(shù)選擇：參照附圖5.2.1,由于原機(jī)械模式制動(dòng)分配比是通過(guò)控制后橋制動(dòng)力輸出實(shí)現(xiàn)的,前軸制動(dòng)力在電控模式下只能減小。因此選擇的制動(dòng)分配系數(shù)必須滿足符合法規(guī)還要電控制動(dòng)系統(tǒng)能夠技術(shù)實(shí)現(xiàn),所以選擇空、滿載的機(jī)械模式下的分配系數(shù)等于在0.8制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)制動(dòng)分配系數(shù)?？蛰d取β=0.682,滿載取β=0.597,通過(guò)控制后橋制動(dòng)的感載閥實(shí)現(xiàn)。根據(jù)機(jī)械模式制動(dòng)分配系數(shù)前后橋制動(dòng)力如下表：..機(jī)械制動(dòng)模式制動(dòng)強(qiáng)度0.0000.0990.1000.1490.1500.2000.2990.3000.4000.5110.5120.6000.7000.8000.900制動(dòng)減速度〔m/s^20.0000.9700.9801.4601.4701.9602.9302.9403.9205.0085.0185.8806.8607.8408.820空載整車制動(dòng)力〔N035413577533053667154106951073114308182781831421462250392861632193空載制動(dòng)分配系數(shù)0.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.6820.682空載前軸制動(dòng)力〔N024142438363336584877729173159754124601248514631170691950721946空載后軸制動(dòng)力〔N0112711391696170822773404341645545818582968317970910910247滿載整車制動(dòng)力〔N071467218107541082714435215812165328871368823695543306505245774264959滿載制動(dòng)分配系數(shù)0.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.5970.597滿載前軸制動(dòng)力〔N042664309642064638618128831292617235220182206125853301623447038779滿載后軸制動(dòng)力〔N0288029094334436358188698872711636148641489417453203622327126180.PAGE.5.4.2制動(dòng)踏板行程與制動(dòng)輸出力〔電控方案5.4.2.1機(jī)械模式下的踏板與制動(dòng)輸出力關(guān)系。制動(dòng)踏板力與前后橋制動(dòng)力關(guān)系行程01/3行程2/5行程1/2行程3/5有效行程4/5行程全行程踏板行程s〔mm0263139556278空載制動(dòng)分配系數(shù)β0.6820.6820.6820.6820.6820.6820.682空載前軸制動(dòng)力Ff079351159720752488294882948829空載后軸制動(dòng)力Fb0370554159690227992279922799空載制動(dòng)強(qiáng)度z=Ff/β/m/z0.0000.3250.4760.8512.0022.0022.002滿載制動(dòng)分配系數(shù)β0.5970.5970.5970.5970.5970.5970.597滿載前軸制動(dòng)力Ff079351159720752488294882948829滿載后軸制動(dòng)力Fb05357782914010329653296532965滿載制動(dòng)強(qiáng)度z=Ff/β/m/z0.0000.1840.2690.4821.1331.1331.1335.4.2.2電控模式下的踏板行程與制動(dòng)輸出力關(guān)系安裝制動(dòng)踏板行程傳感器,傳感器模擬機(jī)械踏板與制動(dòng)強(qiáng)度關(guān)系信號(hào)傳送到中央制動(dòng)控制器。中央制動(dòng)控制器控制計(jì)算相對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力分配系數(shù)、前后軸需求制動(dòng)力,通過(guò)EP閥控制輸出氣壓。5.5、制動(dòng)原理設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原理皆能滿足以上要求設(shè)計(jì)制動(dòng)原理圖附圖5.5如下：〔1、整車采用雙回路氣路,前后制動(dòng)獨(dú)立；〔2、整車電控系統(tǒng)與機(jī)械控制系統(tǒng)并聯(lián)結(jié)構(gòu)；〔3電控模式設(shè)中央制動(dòng)控制器控制整車電控制動(dòng)力分配,前后制動(dòng)力輸出,后橋制動(dòng)力與再生制動(dòng)力分配；〔4機(jī)械模式采用制動(dòng)總泵+感載閥控制制動(dòng)力分配；〔5安全性:整車制動(dòng)上電自檢后行車制動(dòng)進(jìn)入電控模式,控制機(jī)械控制系統(tǒng)的電磁閥為常開式,在電路系統(tǒng)失效下保證能夠進(jìn)行安全可靠的整車制動(dòng)?！?ABS控制器與中央制動(dòng)控制器相連,如果發(fā)生后輪抱死ABS控制器通過(guò)中央控制器控制電機(jī)解除再生制動(dòng)。5.6、最小制動(dòng)距離因整車報(bào)警氣壓設(shè)為0.54Mpa,為滿足正常的緊急制動(dòng)制動(dòng)氣壓采用0.6Mpa下的最小制動(dòng)距離校核。制動(dòng)距離S=1/3.6*<t1+t2/2>*V1+V1^2/<25.92*jmax><m>26.04875283機(jī)構(gòu)滯后時(shí)間t1<s>0.4制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t2〔s0.2制動(dòng)初速度V1<km/h>60最大穩(wěn)定制動(dòng)減速度jmax=Fmax/m<m/s2>7.84地面最大制動(dòng)力Fmax〔N>57742最大質(zhì)量m〔kg7365制動(dòng)強(qiáng)度z=j/g0.799184506最小制動(dòng)距離s＜36.69m〔法規(guī)距離、制動(dòng)減速度＞MFDD=5m/s^2,符合要求。5.7前、后制動(dòng)失效下制動(dòng)距離與減速度制動(dòng)氣壓取0.6Mpa。應(yīng)急制動(dòng)與部分失效制動(dòng)GB12676-1999N3類要求制動(dòng)初速度〔km/hv50.000制動(dòng)距離〔mS=0.15*v+2*v^2/11550.978制動(dòng)平均減速度MFDD〔m/s^2MFDD2.200整車軸距〔mL3.308質(zhì)心至前軸距離〔ma2.090質(zhì)心至后軸距離〔mb1.218質(zhì)心距離地面高度〔mhg0.946重力加速度g9.800地面附著系數(shù)φ0.700前輪制動(dòng)后輪失效整車質(zhì)量〔kgm7365前輪最大輸出制動(dòng)力〔NFf36622制動(dòng)減速度〔m/s^2j=Ff/m4.972制動(dòng)減速度〔m/s^2j=g*b*φ/<L-hg*φ>3.158前輪失效后輪制動(dòng)后輪輸出制動(dòng)力〔NFb24760制動(dòng)減速度〔m/s^2j=Fb/m3.362制動(dòng)減速度〔m/s^2j=g*a*φ/<L+φ*hg>3.611應(yīng)急制動(dòng)彈簧氣室輸出制動(dòng)力矩〔N.mMs7200輪胎滾動(dòng)半徑〔mr0.383彈簧氣室制動(dòng)力Fs=Ms/r18798.95561制動(dòng)減速度〔m/s^2j=Fb/m2.552制動(dòng)距離S=1/3.6*<t1+t2/2>*V1+