車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)第二次作業(yè)

1、第二次作業(yè)柏滿飛.設(shè)計(jì)要求汽車參數(shù)車輛總質(zhì)量M1500 kg滾動(dòng)阻力系數(shù)fr0.01空氣阻力系數(shù)CD0.3迎風(fēng)止面的面積Af2.0 m2傳動(dòng)裝置效率(單檔)0.9性能要求加速時(shí)間(0-100km/h)ta 10 1s最大爬坡能力30%(低速)5%(100km/h)最局車速Vmax 160 km/h.牽引電動(dòng)機(jī)量值的設(shè)計(jì)2.1參考一些相關(guān)資料，可以取如下電動(dòng)機(jī)參數(shù):轉(zhuǎn)速比x 4最高轉(zhuǎn)速nmax 5000 r / min max基速nbnmay /4 1250r/ minbmax對(duì)應(yīng)車速Vmax 160km/h基速對(duì)應(yīng)車速Vb 40km/ h電機(jī)額定功率值汽車輪胎半徑：r 0.279m則齒輪傳動(dòng)的

2、傳動(dòng)比：igmm=3.2930Vmax則車輛轉(zhuǎn)動(dòng)慣量系數(shù)：112i21.07 式中 10.0420.0025則電機(jī)的額定功率值：M22212PtVf2 Vb2-MgfrVfaCDAfVf277.45kW2ta35取整可以選額定功率值:P 80kW電機(jī)外特性曲線由以上參數(shù)得該電機(jī)的外特性曲線如圖2.1所示。10D20000500 1030 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000電機(jī)轉(zhuǎn)速10D20000500 1030 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000電機(jī)轉(zhuǎn)速( r/min)4020叩 口 口 O 1118 64

3、o Q o o u O 加606040iJ20(EN)是勝曰即圖2.1電機(jī)外特性曲線.加速性能的檢驗(yàn)基于牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性、齒輪傳動(dòng)比以及車輛的參數(shù)，可以計(jì)算車輛的加速性 能即加速時(shí)間和距離與車速之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。計(jì)算0 100km/h加速時(shí)間：100ta 100ta a 0 Tpigr滿足性能要求。dV 10.21sMGfr2aCDAfV.爬坡能力的檢驗(yàn)應(yīng)用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性、齒輪傳動(dòng)比, 力和阻力關(guān)系式：以及車輛的參數(shù)，并由行駛過程中汽車驅(qū)動(dòng)FtFr Mg fr cossin2 aCDAfV24.14.1所示。從而可計(jì)算出車輛的由此可計(jì)算得出牽引力和阻力與車速之間的關(guān)系，如圖 爬坡能

4、力。6000QO7000 IJL 6o o _u O o o o n o -u -u n5 4 3 2 (N)蜜吧族R而去圖4.1不同坡度下牽引力與車速之間的關(guān)系l 二 nu o onnHI1201401600 2C 406030100車速 f kiri/ti)5 0 5 0 5 0 54 4 3 3 2 2 122 二招罷aJJ=5圖4.2爬坡能力與車速之間的關(guān)系根據(jù)圖4.1和4.2,車輛在100km/h的速度行駛時(shí)可以有 有43%左右的爬坡能力，符合設(shè)計(jì)要求。.發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)量值的設(shè)計(jì)15%左右的爬坡能力，低速時(shí)以高速公路的最高速度這里發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的設(shè)計(jì)要求能夠承載車輛在平坦路面上,15

5、%左右的爬坡能力，低速時(shí)以高速公路的最高速度130km/h行駛的需要。圖5.1表明在130km/h的恒定行駛速度下，考慮傳動(dòng)裝置 （效率為90%）、電動(dòng)機(jī)（效率為 90%）以及發(fā)電機(jī)（效率為85%）,所需發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為 32.5kW。同時(shí)圖5.1表明發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 32.5kW時(shí)，可以承載車輛以 77km/h左右的速度在5%坡度的道路上行駛。車速(kEh)圖5.1平坦路面和5%坡度路面上發(fā)動(dòng)機(jī)功率與恒定車速的關(guān)系發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)組額定功率設(shè)計(jì)中另一個(gè)考慮的方面在于：當(dāng)車輛以某種典型的停車-起動(dòng)模式行駛時(shí)所對(duì)應(yīng)的平均功率。在這些行駛循環(huán)中的典型數(shù)據(jù)如表5-1所示。表5-1不同行駛循環(huán)中的典型數(shù)據(jù)最局

6、車速/（km/h）平均車速/（km/h）平均功率（含全再生制動(dòng)）/kW平均功率（尢再生制動(dòng)）kW/FTP 75巾區(qū)循環(huán)86.427.93.764.97FTP 75高速公路循環(huán)97.779.412.614.1US06循環(huán)12877.418.323.0ECE-1循環(huán)12049.87.899.32根據(jù)表5-1可知，即使不含再生制動(dòng)，這些行駛循環(huán)中的平均功率較小的，發(fā)動(dòng)機(jī)功率 32.5kW可以滿足這些形式循環(huán)的要求。這里選取發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)接近其最大功率，即該發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率略大于32.5kW ,相比選取運(yùn)行在最小油耗點(diǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以減小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸。 在32.5kW功率等級(jí)上，雖油耗稍高，但該功率是通過13

7、0km/ h的恒車速運(yùn)行情況計(jì)算得到，在低速或市區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的平均負(fù)載功率小很多，所以發(fā)動(dòng)機(jī)并不會(huì)呈現(xiàn)較高的油耗。.峰值電源功率容量的選擇因此峰值電源的功發(fā)動(dòng)機(jī)和峰值電源輸出功率之和應(yīng)大于等于牽引電動(dòng)機(jī)的輸入功率, 率容量為：因此峰值電源的功32.5 0.9 64.87kW 0.8532.5 0.9 64.87kW 0.85P P,pps1 e/gm.峰值電源能量容量的設(shè)計(jì)由于第五節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率容量大于平均負(fù)載功率較多，這里采用發(fā)動(dòng)機(jī)開/關(guān)（恒溫）控制策略。選取蓄電池組為峰值電源，使之在荷電狀態(tài)為0.4到0.6之間變化，此區(qū)間運(yùn)行有較佳的效率，控制中允許峰值電源內(nèi)最大的能量變動(dòng)為0.

8、5kWh。因此峰值電源中總儲(chǔ)存的能量可計(jì)算得：E 一 2 5Emax .一 2.5kWhSOC 0.6 0.4.串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車仿真（基于軟件Advisor）根據(jù)上文設(shè)計(jì)選取的電機(jī)參數(shù)等，結(jié)合 advisor提供的數(shù)據(jù)庫選取參數(shù)相近的發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)等，并按設(shè)計(jì)要求中的汽車參數(shù)設(shè)置各參數(shù)的值，設(shè)置后的advisor主界面如圖8.1所圖8.1圖8.1參數(shù)設(shè)置首先選取串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車模型（series）,這里Fuel Converter一欄選擇電火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率為 41kW ,最高效率為0.34,圖8.2是它的萬有特性曲線（未含發(fā)動(dòng)機(jī) 功率），相應(yīng)選取最大功率為 33kW的發(fā)電機(jī)。峰值電

9、源選取最大輸出功率為65kW的蓄電池，電動(dòng)機(jī)最大功率為 80kW ,效率為90%。傳動(dòng)系傳動(dòng)效率設(shè)置為0.9 （如圖8.1所示），左下角 Variable List里設(shè)置相應(yīng)整車參數(shù)及峰值電源的荷電狀態(tài)上下限。Fuel Converter OperationGo 1 .OL (41 kV*O SI Engine - transient dataoooooooooooooooooo9876 5 4 321en)心 rib口一0100020003000400050006000Speoti (rpm)圖8.2發(fā)動(dòng)機(jī)等油耗曲線選取NYCC循環(huán)工況進(jìn)行仿真，循環(huán)工況的詳細(xì)參數(shù)設(shè)置如圖8.3所示。圖8.3仿真參數(shù)設(shè)置仿真結(jié)果如下圖所示:圖8.4仿真結(jié)果Fuel Converter Operation - Geo 1,0L (41 kW) SI Engine - transient data3口 rr- i-i-ti-i-.-1-. 三 為 n .-1-. 三 為 n 三op pts(includ inertia & 猶。11111T0100020003000 40OT 500060007000Speed (rpir)Fuel Converter Efficiency0.353 5 2 6 O,.2O.1 o o&C券晾1 5o,.,0mu6001002