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HA31动力性及续航里程计算报告

编号：
版本号：

众泰HA31整车开发项目

HA31项目动力性及续航里程计算
报告

编 制：
校 对：
审 核：
批 准：

江苏金坛汽车工业有限公司
2015年07月

前 言
本报告描述HA31项目动力性及续航里程计算。
本分析报告由江苏金坛汽车工业有限公司提出。
本分析报告由HA31项目组负责起草。
本分析报告主要起草人:
本分析报告于2015年7月发布。

目 录
一、概述 1
二、计算输入参数 1
2.1 计算用基本参数列表 1
2.2 参数取值说明 2
2.3 电机特性曲线 3
2.4 后桥主传动比的确定 4
三、动力性能分析计算基本方法 4
3.1 驱动力、行驶阻力及其平衡图 5
3.2 动力特性图 7
3.3 功率平衡图 7
3.4 爬坡度曲线图 7
3.5 加速度曲线及加速时间 8
四、动力性能分析计算 8
4.1驱动力——行驶阻力平衡图 9
4.2 动力特性图 10
4.3功率平衡图 10
4.4爬坡度曲线图 11
4.5加速度曲线图 11
4.6加速时间-速度曲线图 12
五、续航里程计算 12
1.等速法 12
2.工况法 13
六、动力性及续航里程计算结果及分析 14
参 考 文 献 14

江苏金坛汽车工业有限公司
HANGZHOU E.V. AUTO INDUSTRY CO。，LTD

一、概述
汽车作为一种高效率的运输工具，运输效率之高低在很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本、最重要的性能。动力性的好坏，直接影响到汽车在城市和城际公路上的使用情况。因此在新车开发阶段，必须进行动力性计算，以指导设计方案是否满足设计指标和使用要求。动力性计算的主要内容包括以下几项：
汽车的最高车速Uamax；
加速时间t；
最大爬坡度imax；
续航里程；
下面根据汽车理论对HA31动力性相关指标进行计算分析。
二、计算输入参数
2.1 计算用基本参数列表
计算用参数列表见表1
表1 计算用参数列表
参数名称
参 数 值
电机型号
216V 18kw 永磁同步电机
变速器型式
5档手动
变
速
器
速
比
一挡
3.308
二挡
1.913
三挡
1.258
四挡
0.943
五挡
0.763
倒挡
3.231
后桥主减速比
4.158
满载质量（kg）
1865
动力传动系统机械效率
90%
电机效率
90%
空气阻力系数
0.32
迎风面积（m2）
2.068
滚动阻力系数
经验公式（2）
车轮滚动半径（m）
0.308
蓄电池总能量
26Kwh
蓄电池平均放电效率
95%
2.2 参数取值说明
1）空气阻力系数
根据同类车型的比较，初步确定空气阻力系数为0.32。
2）迎风面积
根据车身外表面及各种附件的数模投影计算出迎风面积A为：
A=2.068m2
3）动力传动系统机械效率
根据HA31的动力传动系统具体结构，传动系统的机械效率主要由变速器传动效率、传动轴万向节传动效率、主减速器传动效率等部分组成：
（1）
其中：=98％；=97%；=95%
可得： =98％×97%×95%=90%
4）滚动阻力系数
滚动阻力系数采用推荐的轿车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式进行计算：
（2）
其中：
对于HR级轮胎（允许最高车速为210km/h的子午线轮胎），推荐范围如下：

——
0.0081～0.0098，取0.009；

——
0.0012～0.0025，取0.002；

——
0.0002～0.0004，取0.0003；

——
对于良好沥青路面，=1.2；

——
汽车行驶速度，单位为km/h。

图1 滚动阻力系数——速度曲线图
2.3 电机特性曲线
将电机功率Pe、转距Ttq与电机转速n之间的函数关系以曲线表示，则此曲线称为电机特性曲线。在进行动力性能计算时，主要用到电机的功率、转矩随转速的变化情况。
表2 电机主要性能参数
电压（V）
AC140
最大功率（kW / r/min）
45
最大转矩（N·m / r/min）
150
因变速器最大输入扭矩为150N.m，所以限制电机的最大输出扭矩为150N.m。
电机的功率、转矩随电机转速变化的关系曲线通过拟合方式确定，已知条件为功率曲线通过原点，最大功率点，最大转矩点，且最大功率点在功率曲线上的导数为零，最大转矩点在转矩曲线上的导数为零。

图2电机特性曲线
2.4 后桥主传动比的确定
按照配置要求，后桥主传动比为4.158
三、动力性能分析计算基本方法
汽车动力性能计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，汽车的驱动力－行驶阻力平衡方程为：
（3）
其中：
v——
驱动力，单位为N；

——
滚动阻力，单位为N；

——
空气阻力，单位为N；

——
坡道阻力，单位为N；

——
加速阻力，单位为N。
对上述驱动力和行驶阻力的计算方法以及各个曲线的计算方法简要说明如下。
3.1 驱动力、行驶阻力及其平衡图
在电机转速特性、传动系统传动比及效率、车轮半径、空气阻力系数、迎风面积以及汽车的质量等确定后，便可确定汽车的驱动力－行驶阻力平衡关系。
驱动力
＝ （4）
其中：
——
电机的输出转矩，单位为N·m；

——
变速器某前进挡速比；

——
主减速器速比；

——
动力传动系统机械效率；

——
车轮滚动半径，单位为m。
滚动阻力
＝ （5）
其中：
——
汽车计算载荷工况下的质量，单位为kg；

——
重力加速度，单位为m/s2；

——
滚动阻力系数；

——
道路坡角，单位为rad。
空气阻力
（6）
其中：
——
空气阻力系数；

——
迎风面积，单位为m2；

——
汽车行驶速度，单位为km/h。
坡道阻力
＝ （7）
其中：
——
计算载荷工况下汽车的质量，单位为kg；

——
重力加速度，单位为m/s2；

——
道路坡角，单位为rad。
加速阻力
（8）
其中：
——
旋转质量换算系数；

——
计算载荷工况下汽车的质量，单位为kg；

——
汽车行驶加速度，单位为m/s2。
在进行动力性初步计算时，由于不知道汽车飞轮、轮胎等旋转部件准确的转动惯量数值，对于旋转质量换算系数，通常根据下述经验公式进行计算确定：
＝ （9）
其中：
——
0.03～0.05，取0.04；

——
0.03～0.05，取0.04；

——
变速器某前进挡速比。
在进行不同挡位的驱动力和阻力计算时，还需知道汽车速度与电机转速之间的关系：
（10）
其中：
——
汽车行驶速度，单位为km/h；

——
电机转速，单位为r/min；

——
主减速器传动比；

——
变速器某前进挡速比；

——
车轮的滚动半径，单位为m。
根据上述公式，我们还可以方便地计算出汽车在任意电机转速、挡位下的驱动力、行驶阻力，进而可以绘制出汽车的驱动力－行驶阻力平衡图。
汽车的驱动力－行驶阻力平衡图形象地表明了汽车行驶时的受力情况和平衡关系。由此可以确定汽车的动力性。
在驱动力－行驶阻力平衡图中，求出最高挡下驱动力和行驶阻力曲线的交点，曲线交点处对应的速度值即为汽车的最高车速。
3.2 动力特性图
动力因数为
（11）
其中：
D——
各前进挡动力因数。
其它各个参数的意义和单位同上述说明。
利用公式（11）结合前面公式就可以计算出汽车各个前进挡位下的动力因数值，进而可以绘制出动力特性图。
3.3 功率平衡图
在汽车的行驶方程式的基础上，在公式两端同时乘以车辆速度，经过单位换算、整理就可以得到汽车的功率平衡方程式
（12）
其中：
——
电机功率，单位为kW。
其它各个参数的意义和单位同上述说明。
利用公式（12）就可以计算出汽车行驶功率平衡关系，并可进一步绘制出功率平衡图。
3.4 爬坡度曲线图
根据汽车的行驶方程式和驱动力－行驶阻力平衡图，可以计算汽车的爬坡能力。在计算爬坡度时，认为汽车的驱动力除了用来克服空气阻力、滚动阻力外，剩余驱动力都用来克服坡道阻力，即加速阻力为零。
根据公式（3）可以得到如下公式

将公式（5）、（7）代入上式，就可以得到如下公式：

代入公式以及公式（11），经过整理那么就可得
（13）
然后根据公式=tg进行转换，这样就可以计算出爬坡度，并进一步绘制出爬坡度曲线图。
3.5 加速度曲线及加速时间
汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。
汽车加速时，驱动力除了用来克服空气阻力、滚动阻力以外，主要用来克服加速阻力，此时不考虑坡道阻力（=0）。
根据公式（3）、（8），可以得到如下公式：
（14）
所以，加速时间

根据以上公式，通过数值积分方法对上式进行积分求解，就可以得到所需要的加速时间。
四、动力性能分析计算
根据上述已知条件以及相关的计算理论，通过编程计算，可以得到的动力性能曲线图及相关的动力性能指标的计算结果，计算时汽车为满载工况。

4.1驱动力——行驶阻力平衡图

图4.1.1 驱动力－行驶阻力平衡图
表三 各档对应最大驱动力，最大车速及对应转速
档位
最大驱动力（kN）
最大车速(km/h)
对应转速(rpm)
1
6.03
35.4561
4200
2
3.49
61.3115
4200
3
2.29
93.2344
4200
4
1.72
124.38
4200
5
1.39
138.1
3773.2
在驱动力－行驶阻力平衡图中，可以求出最高挡下驱动力和行驶阻力曲线的交点，曲线交点处对应的速度值即为汽车的最高车速Uamax。从图中及表可以求出Uamax =138.1km/h。

4.2 动力特性图

图4.1.2 动力特性图
由动力特性图知，最大动力因数Dmax=0.3299；最高档最大动力因数D=0.0761。
4.3功率平衡图

图4.1.3 功率平衡图
由图可知，最大功率为Pmax=26.6kw。
4.4爬坡度曲线图

图4.1.4 爬坡度曲线图
由爬坡度曲线可以得出，最大爬坡度imax=34%，对应车速为15.3Km/h；
爬坡度i=20%时对应车速为32.2 Km/h。
4.5加速度曲线图

图4.1.5 加速度曲线图
由图加速度曲线图可知，该车最大加速度出现在一挡，amax=2.14m/s2；
4.6加速时间-速度曲线图

图4.1.6原地换挡加速时间——速度曲线图
由图4.1.6可知，原地换挡加速从0至50km/h为8.57s;从50km/h加速至80km/h为8.17s，原地换挡100公里时间为23.92s
五、续航里程计算
1.等速法
计算电动汽车以60km/h的速度等速行驶时的续航里程数（假设蓄电池能放出总电量的80%,因整车用电由蓄电池提供（包括底盘系统用电），故电池总电量按照90%*80%=72%计算）
电动车匀速以60km/h行驶时， = 220.03 N
= 112.64N
+=332.67N
续航里程为：=156Km
——电池总电量，取26Kwh；
——电池放电效率，取95%；
——机械传动效率，取90%；
——电机效率，取90%。
2.工况法
因本款电动汽车的设计针对于城市交通对于经常在城市和良好公路上行驶的汽车，所以按照《GB/T18386-2005 电动汽车 能量消耗率和续驶里程 试验方法》中4.4.4.2条工况法要求，可只使用城市循环进行计算。
城市循环时间为195s，行驶路程为0.99km，平均车速为18.26km/h，最高车速为50km/h，最大减速度为-0.83m/s²，最大加速度为1.06m/s²，停靠次数为3次，具体速度-时间趋势图如下：

按照城市循环工况对每个过程进行计算，分为匀速工况与加速工况，以下为匀速和加速工况功率公式：
匀速过程所消耗的功率：
加速过程所消耗的功率：

在整个工况中所消耗的功率为：
单个循环工况的路程为1.017Km，所以可以得出整车续驶里程：
根据上述公式按照城市工况法进行计算： s=135.27km

六、动力性及续航里程计算结果及分析
动力性指标计算结果
根据上述曲线图，我们可以得到HA31动力性主要指标的计算结果，如表3所示。
表3 HA31动力性指标计算结果
动力性指标
合同设计要求
计算结果
最高车速（km/h）
∕
138.1
0到50km/h加速时间（s）
∕
8.57
50到100km/h加速时间（s）
∕
8.17
100公里加速时间（s）
/
23.92
最高挡最大动力因数
∕
0.0761
最大爬坡度（％）
>20%
34
最大爬坡度对应车速（Km/h）
/
15.3
爬坡度20%对应车速（Km/h）
>15Km/h
32.2
电动车等速法续航里程（Km）
>150Km
156
电动车工况法续航里程（Km）
/
135.27
由表3数据可以看出，HA31动力性能及续航里程指标达到设计要求。
参 考 文 献
1. 余志生. 汽车理论（第三版）. 北京：机械工业出版社，2001
2. 余志生. 汽车理论（第二版）. 北京：机械工业出版社，1990
3. 张洪欣. 汽车设计（第二版）. 北京：机械工业出版社，1989
4. 刘惟信. 汽车设计. 北京：清华大学出版社，2002
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