电机系统计算报告

电机系统计算报告目录1概述32整车性能参数要求33电机系统参数计算43. 1电机功率43.1.1额定功率43. 1. 2加速功率43. 1. 3爬坡功率53. 2电机转速63. 2. 1最高转速63. 3电机扭矩63. 3. 1峰值扭矩63. 3. 2额定扭矩及额定转速73. 3.3电机参数选择73. 3. 4电机控制器参数选择83. 4电机特性曲线83. 4. 1电机特性曲线图83.4.2 电机 map 图103.4.3电压变动的电机n-T图113.4.4电压变动的电机n-P图124参数校核134. 1功率校核134. 2 最高转速校核134. 3峰值转矩校核131概述NA01-ME100纯电动汽车动力驱动系统采用永磁同步电机加单级减速器及多档减速器 两种型式，根据整车性能参数要求及整车输入条件，对车用电机的参数进行设计计算，以满 足整车对动力性的要求。2整车性能参数要求整车性能参数要求及整车基本参数如表1、表2所示：表1整车性能参数要求项目开发目标备注单档多档动力性lkm最高车速(km/h)N120N15030分钟最高车速(km/h)N120N120050km/h加速时问(s)W6W6最大爬坡度W7W75080km/h加速时问(s)W18W180100km/h加速时问s)N25%N30%环境适 应性低温冷启动性能正常起动、行驶动力电池低温(-20 0C)容量N70%最高允许环境温度C0C)45表2整车基本参数参数名称参数值单档多档整车质量(整备/满载)(kg)1400/1775迎风面积A (m2)2. 13空气阻力系数CD0. 25轮胎半径(m)0. 293路面附着系数(中)0.8滚动阻力系数ff = 1.20.0095 + 0.0021、+ 0.0003(、) 4 100100(经验公式，ua为车速(km/h)机械传动效率(门)0. 9汽车旋转质量系数1. 036减速器速比7. 7933. 462/1. 87/1. 258/0. 943/0. 784/3. 231 主减:4. 3893电机系统参数计算车用驱动电机系统的计算主要依据整车性能参数要求，主要对电机系统以下三个指标 进行计算，即:电机功率、电机转速、电机扭矩。3. 1电机功率3.1.1额定功率汽车以最高车速行驶时，忽略加速阻力和坡道阻力，电机的额定功率应当大于克服汽车 滚动阻力和风阻所需的功率。由下式计算出不同车速下电机所需的功率按下式计算：(1)_ 1 mgfu C Au 3P(a + D a-)i I 360076140式中：CD一空气阻力系数；A一迎风面积，单位为m2m;Ua 一一汽车行驶速度，单位为km/h;f滚动阻力系数；门T一动力传动系统机械效率；根据整车基本参数，各车速下所需功率如表3所示:表3电机功率车速(km/h)计算功率（kW）预留l0%余量（kW）单挡125（最高车速）25.5328.08120 （30min最高车速）23.225.52多档150（最高车速）39.9243.91120 （30min最高车速）23.225.52根据以上计算并预留一定余量电机功率取为30kW60min, 50kW5min3. 1. 2加速功率车辆加速功率的计算公式如下所示:dm(u 2 一u 2) 2* mgfupC Au 3(2)p =云+3f + 一与一f-式中:CD 一一空气阻力系数;迎风面积，单位为m2m;u f 一一汽车行驶末速度，单位为m/s ;ub 一一汽车行驶初速度，单位为m/s ;f滚动阻力系数；P 空气密度，p =1.2258N.s2.m-4t 一一时间，单位s;根据整车动力性要求及基本参数，各加速时间下所需功率如表4所示:表4加速功率速度时间(s)计算功率(kW)预留10%余量(kW)050km/h635.539.055080km/h749.354.20100km/h1852.0157.2根据上述计算并预留一定余量，电机的峰值功率取为58kWlmin, 62kW30min3. 1. 3爬坡功率车辆满载爬坡功率按式(3)计算:.(3)1 mgfu cos a mgu sin a C Au 3P = (a+a+ D )3 七 3600360076140式中：cd一空气阻力系数；A一迎风面积，单位为m2m;ua 一一汽车行驶速度，单位为km/h ;f滚动阻力系数；门T一一动力传动系统机械效率；根据整车动力性要求及基本参数，爬坡所需功率如表_5所示:表5爬坡功率车速(km/h/坡度计算功率(kW)预留10%余量(kW)单 挡20/0.2528.9531.8530/0.1222.725.0160/0.0419.8221.81多档20/0.334.0337.4330/0.1222.725.0160/0.0419.8221.81由以上计算可得，电机功率需求如表6所示:表6驱动电机需求功率项目开发目标30秒所需功率(kW)62kW 30s1分钟持续功率(kW)58kW lmin5分钟持续功率(kW)50kW_5min60分钟持续功率(kW)30kW 60min以上是理论计算值，电机参数的选择还需考虑扭矩和转速的需求。3. 2电机转速3. 2. 1最高转速电机最高转速按式(4)计算：n= max K max 0.377r 式中nmax一一电机最高转速，单位为rpm ;max汽车行驶速度，单位为km/h ;l g减速器减速比；l o一主减速比；r一一车轮半径，单位m;根据整车动力性要求及基本参数，不同速比下的电机最高转速如表7所示:表7最高转速型 式最高车速(km/h)减速比电机转速(rpm)电机转速(rpm)(5%余量)最高转速选定值(rpm)单挡1257.793881992609500多 档1503.440984673490760003. 3电机扭矩3. 3. 1峰值扭矩由于汽车在爬坡时忽略加速阻力，根据汽车行驶方程，汽车爬坡时必须满足F % + F其中，滚动阻力为 Ff=mgfcos 9 ;坡度阻力为F.=mg sin 0 ;电机最大扭矩按式(5 )计算：尸厂_ -F = gT (5)t r根据整车动力性要求及基本参数，不同速比下的电机峰值扭矩如表8所示：表8峰值扭矩型式减速比电机扭矩(N. m)电机扭矩(N.m)(10%余量)峰值扭矩选定(N. m)单挡7.793187.88206.7220多档15.1947112.98124.281483. 3. 2额定扭矩及额定转速电机额定转速按式(6)计算：额定=955%直/T峰值 (6)电机额定转矩按式(7)计算：7峰值瑚气值/ 额定(7)根据上述计算结果，电机额定转速及额定扭矩的选择如表9所示：表9电机的额定转速及转矩型 式峰值功率(kW)峰值扭矩(N.m)额定功率(kW)额定扭矩选定值(rpm)额定转速选定值(rpm)单挡62220302700106多 档62148304000723. 3.3电机参数选择根据上述计算过程，对电机参数的具体要求如表10所示:表10驱动电机参数项目参数需求单档五档型式永磁同步电机62kW 30s220N.m148N.m58kW1 min205N.m138N.m50kW 5min177N.m119N.m30kW 60min106N.m72N.m基速N2700rpmN4000rpm最高转速1N9500rpmN6000rpm电机效率N95%电机重量45%绝缘等级H冷却方式水冷3. 3. 4电机控制器参数选择PCU总成（电机控制器）参数要求如表11所示：表11 PCU总成（电机控制器）相关参数项目单位参数要求输入电压范围VDC200-450额定电压VDC300转矩控制精度额定以下5 N.m,额定以上5%冷却方式水冷控制器最高效率%95高效区范围%N80%区域占80%防护等级IP65PCU总成重量Kg25.4转速控制精度rpm基速以下3%,基速以上5%冗余控制功能具备CAN失效后，模拟控制有效，双路模拟信号输入 模拟量1: 0. 57V-2. 7V加速踏板 模拟量2: OV-4V对应档位能量回馈功能有具备在制动和滑行时能量回馈功能3. 4电机特性曲线3. 4. 1电机特性曲线图单档电机特性曲线如图1所示:230205177500 0 I (DO 20003 COO4OD 5OX) 6O(D 7000 SOK) SJCOn(rpm)图1单档电机工作特性曲线图多档电机特性曲线如图2：1601481981 19100726040200 o28 aomaom4or sotx? eooon(rpm)图2多档电机工作特性曲线图wo% 戒，T网度NQQO3QOO4000n(rpm)图4多档电机map图TOGO SDOO 90003.4.2电机map图电机map图如图3、4：图3单档电机map图5000600010OT 9000100Q2000400050006000n(rpm)20530s.作区1eIfi工作区go% j78% scy? 83% SB%0100。2000300040005000600070008000900010000电机转速n(rpm)2D0O&402003& CJ CM 1 1 1 1 J1(EzH理& w三15D160-1401SD1加11D1DD90单档电机电压变动的n-T曲线如图_5所示：驱动电压与电机转矩?4i7i图5单档电机电压扭矩图多档电机电压变动的n-T曲线如图6所示：驱动电压与电机转矩1D0D 200C 3CD0 4000500C 就如电机转速n (rpm)单档电机电压变动的n-P曲线如图7所示：驱动电压与电机功率000 D 10003000 3COD 40005000 GOOD 7DD0 SOCO 300010000H6050W30出10 (乏)0_*食妄三屯机转速nfrpm）图7单档电机电压功率图多档电机电压变动的n-P曲线如图8所示：驱动电压与电机功率800 01000200030004C005C006C001070GO5040W20(MM) d.岬顼，d.康电机转速口（ rpm）4参数校核4. 1功率校核电机的功率按照公式(1)进行校核，可计算出不同车速下的电机驱动力与道路阻力如表12所示：表12功率校核型 式最高车速(km/h)电机功率(kW)峰值驱动力(N)道路阻力(N)单挡125621607680多 档150621339862通过上表计算结果可看出电机的峰值驱动力大于对应的道路阻力，满足整车性能目标要 求。4. 2最高转速校核电机最高转速按公式(8)进行校核计算：_ 0.377* n * rmaxi i根据整车动力性要求及基本参数，不同峰值转速下的车速如表13所示：表13峰值扭矩型式减速比电机峰值转速(rpm)要求最高车速(km/h)计算车速(km/h)单挡7.7939500125134多档3.4416000150192通过上表计算结果可看出电机最高转速满足整车性能目标要求。4. 3峰值转矩校核电机峰值扭矩要满足汽车爬坡度的要求，按公式(9)进行校核计算：月月 有T ii n - Gf - CDAu 2F F - Ftq g o tJ 21.15 ai = tan a = tan(arcsin f) = tan(arcsin GG根据整车动力性要求及基本参数，不同峰值转矩下的爬坡度如表14所示: