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纯电动物流车的底盘布置及动力匹配计算
2019-08-01 20:14:49· 来源：EDC电驱未来 作者：彭书遥，肖黎明
随着国家政策导向及电子商务的快速发展，纯电动物流车发展迅猛。本文选择2.5t纯电动物流车底盘做开发研究，之所以选择这种轻型底盘，是因为该底盘在市场应用广泛
随着国家政策导向及电子商务的快速发展，纯电动物流车发展迅猛。本文选择2.5t纯电动物流车底盘做开发研究，之所以选择这种轻型底盘，是因为该底盘在市场应用广泛，使用成本较低，可扩展为其它专用车。以下对这类电动物流车进行底盘布置，并进行匹配校核计算。
1 底盘布置方案
1.1 总体描述
根据三电系统的需求，在传统平台的基础上进行设计、修改部分子系统，保持底盘框架不变，制动系统、转向系统、悬架系统、传动系统等在保持工作原理不变的前提下做相应的设计调整。
(1)底盘平台：沿用现有车型平台的底盘构架，即车架不做大的变动、底盘子系统工作原理不变。采用中置后驱，大扭矩电机直驱方案，简化系统，降低质量。
(2)底盘子系统：对制动系统、转向系统、传动系统进行重新匹配和调整：增加电动真空泵为其提供真空源，相应管路等零部件需要更改；转向助力改为电动助力转向系统；传动系统根据新的布置重新设计。各子系统零部件设计完成之后，根据总布置结果与零部件数模设计支架。
(3)悬架系统：整车的质量与载荷分配变化，需对悬架参数做出相应调整。
(4)制动系统：前后轴荷分布的变化，制动力需要重新调整。尽量沿用原制动系统方案，对各种载荷状态下所需制动力进行分析和计算，并通过样车试验进行验证。
1.2 布置方案
常规布置方案一般采用动力中置后轮驱动，这种方案将电控系统布置在驾驶室下方原发动机位置，将电机布置在原变速箱位置，动力电池包布置在车架两侧，其他系统沿用传统车底盘。
它的优点是技术难度小，开发周期短，成本投入小，电池在外侧，可维护性较好。市场上此类车型大都采用这种方案。但该方案缺点也明显：动力电池布置在车架两侧，侧面碰撞和刺破风险较高，需要设计防护装置；电池布置在整车中部，导致后桥轴荷状态进一步恶化，同时影响到制动性能；从扩展性来说，动力电池的位置也会对上装设备带来较大影响。
经过理论计算、样车试制和试验，发现后轴荷偏大问题始终无法解决，进而导致制动性能无法满足法规需求，为此提出新的布置方案如图1所示。
图1 常规布置方案
本方案将动力电池包布置在原发动机位置，其后布置驱动电机和控制系统。动力电池包靠前桥布置：空载时，前、后桥载荷比接近5∶5，前后桥制动力分配简单，制动时整车姿态稳定；满载时，前、后桥载荷比接近2∶3，载荷分布均衡，制动力分配合理，配合防抱死系统的控制和调节，整车制动性能良好。
2 动力匹配计算
根据设计方案确定整车参数和性能指标要求，通过分析计算，确定满足目标性能的动力系统参数。
2.1 驱动电机参数计算
计算用基本参数列表如表1。
表1参数取值说明：
(1)迎风面积A：根据车身及各种附件的数模投影计算出：A=2.3925m2
(2)滚动阻力系数f：采用推荐的货车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式
，式中，ua为行驶速度。(3)动力传动系统机械效率
根据动力传动系统具体结构
为传动轴万向节的传动效率，取97%；
为主减速器传动效率，取95%，可得
=97%×95%=92%。2.2 动力性能分析计算
主要依据汽车驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，平衡方程为：
，式中，Ft为驱动力，Ff为滚动阻力，Fw为空气阻力，Fi为坡道阻力，Fj为加速阻力。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。上述驱动力和行驶阻力的计算方法如下：(1)驱动力
，式中，Ttq为电机的输出转矩，i0为主减速器速比，为动力传动系统机械效率，rd为车轮滚动半径。(2)滚动阻力：
，式中，m为汽车计算载荷工况下的质量；g为重力加速度，f为滚动阻力系数；α为道路坡角。(3)空气阻力：
，式中，CD为空气阻力系数，A为迎风面积，ua为汽车行驶速度。(4)坡道阻力：
，式中，m为计算载荷工况下汽车的质量，g为重力加速度，α为道路坡角。(5)加速阻力：
，式中，δ为旋转质量换算系数，此处取1.15；m为法规试验质量，
为汽车行驶加速度。(6)汽车速度与电机转速之间的关系：
式中，ua为汽车行驶速度；n为电机转速；i0为主减速器速比，rd为车轮滚动半径。根据上述公式，我们还可以计算出汽车在任意电机转速下的驱动力、行驶阻力。
2.3 电机选型计算
2.3.1 计算电机最高转速及额定功率
根据车辆最高车速需求，选型电机最高转速计算如下：
经计算
根据车辆最高车速需求，选型电机额定功率计算如下：
经计算，
根据以上计算结果及出于冗余设计需求，取选型电机参数如下：电机最高转速nmax＞5000rpm。
电机额定功率Pe＞18KW。峰值功率一般为额定功率的2倍。
2.3.2 计算电机最大扭矩
根据车辆最大爬坡度需求，选型电机最大扭矩计算如下：
经计算，
出于冗余设计需求，选型电机扭矩Tmax＞350N.m。
2.3.3 选型电机参数
根据上述计算，选型电机参数如下：额定功率(30kw)，最高功率(60kW)，最高转速(6000rpm)峰值扭矩(350N·m)。
2.4 电池容量计算
动力电池包选用锂离子电池组成，经串、并联组合成电池组，配套电源管理系统（BMS）和其他附件打包而成，电池系统放电效率估算为99%。
表1 计算用基本参数列表
表2 计算及仿真分析后选型电机及电池参数
2.4.1 仿真工况
根据《GB/T 18386-2005电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，一次完整工况循环包括4次市区工况及一次郊区工况循环，采用该工况试验能较真实反映真实情况下行车的功耗。
2.4.2 模型搭建
根据整车参数和选型电机参数，使用M AT L A B/Simulink系统搭建仿真模型，经仿真计算，满足180km续航需要41.67kW·h电量。
2.5 选型结果
经计算及仿真分析后选型电机及电池参数如表2所示。
3 结论
经过上述布置和计算校核，证明对电动车结构改型的开发是可行的。本方案选择的三电系统能满足2.5t纯电动物流车性能要求，底盘结构合理，并具有较大的扩展性。作为对原有方案的创新，这套方案依旧延续了开发周期短、技术风险小的优点，可以作为各汽车企业对现有电动车型进行升级改造的基本思路。
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