純電動(dòng)動(dòng)力設(shè)計(jì)

摘要：講解了純電動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程、電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)完成后的樣機(jī)測(cè)試驗(yàn)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(dòng)動(dòng)力 設(shè)計(jì) 典型故障

項(xiàng)目背景：隨著新型動(dòng)力電源鋰離子電池開發(fā)，加快了電動(dòng)行業(yè)的進(jìn)程。2010年電動(dòng)車整體銷售總量將逼近2300萬輛。為了讓電動(dòng)車適應(yīng)丘陵地帶，現(xiàn)設(shè)計(jì)了變檔的純電動(dòng)動(dòng)力。

1 總體設(shè)計(jì)流程

1.1 資料收集

1.1.1 整車配置及性能要求。設(shè)計(jì)電動(dòng)動(dòng)力產(chǎn)品時(shí)，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(duì)整車性能目標(biāo)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(dòng)動(dòng)力工作原理見下圖。

1.2 設(shè)計(jì)計(jì)算流程

1.2.1 整車性能計(jì)算。①最高車速計(jì)算。以ZG05為例，計(jì)算最高車速時(shí)，需對(duì)整車該狀態(tài)下的阻力進(jìn)行計(jì)算。平路最高車速阻力為：ΣF=Fr+Fw+Fg。Fr為滾動(dòng)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(shí)：α=0；ρ（空氣密度）=1.2258，Ar（迎風(fēng)面積）=2m2，Cd（阻力系數(shù)）=0.7，V=11m/s（40KM/h時(shí)速），Vw（風(fēng)速）=0。M=ΣM=Mg（整車質(zhì)量）+M人（駕駛員標(biāo)準(zhǔn)體重）=145kg。則ΣF=42.87N，扭矩T=9.13N.m，對(duì)應(yīng)此車速下電機(jī)需輸出轉(zhuǎn)速n=497r/min。②最大爬坡能力計(jì)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(jì)算。以車速V=30

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

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

66Km。

1.2.2 電機(jī)系統(tǒng)性能計(jì)算

①電機(jī)主要性能參數(shù)

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通過上述整車能耗計(jì)算，可確定電機(jī)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(jìn)行電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組、磁路等一系列的計(jì)算。以下對(duì)電機(jī)定轉(zhuǎn)子計(jì)算進(jìn)行講解。

②Ansoft Maxwell軟件應(yīng)用。依據(jù)以上對(duì)電機(jī)和車輛的動(dòng)力特性匹配分析，綜合考慮離合器的工作特性、現(xiàn)有電機(jī)的選擇范圍做出電機(jī)的基本要求。利用Ansoft Maxwell電磁場(chǎng)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(duì)電機(jī)磁場(chǎng)進(jìn)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(jì)。①離合器計(jì)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(duì)從動(dòng)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(jī)扭矩和阻力矩，用圖算出完全結(jié)合轉(zhuǎn)速。②變速比計(jì)算。a一檔變速比。電機(jī)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(shí)：折合后輪轉(zhuǎn)速為n=35×1000÷（2×3.14×0.2×60）=465r/min。電機(jī)空載最高轉(zhuǎn)速約4500r/min，因此2檔速比S2≤4500÷465=9.7。查電機(jī)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(shí)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(jì)計(jì)算。以ZG05為例，傳動(dòng)系統(tǒng)為定軸輪系、三軸兩級(jí)。三軸分別為連接轉(zhuǎn)子的電機(jī)軸、中間軸、連接驅(qū)動(dòng)輪的輸出軸。兩級(jí)為初級(jí)變速、末級(jí)減速。

1.2.4 三維外形設(shè)計(jì) 傳動(dòng)箱內(nèi)