本科毕业设计论文--12米纯电动公交客车整车性能计算

摘要

进入21世纪以来，随着社会的发展，全球汽车保有量持续增加全球的能源危机和环境问题日益严重，石油等化石燃料随着人们的消耗越来越少，而燃烧化石燃料带来的环境问题对社会发展的负面影响则日益严重。目前世界各国都将发展新能源汽车作为未来汽车发展的方向，我国新能源汽车产业也被纳入“七大战略性新兴产业”之中。纯电动汽车作为新能源汽车的一种，能实现零排放，具有显著的节能减排效果，是新能源汽车领域发展的最终方向。

在纯电动汽车领域，优先发展纯电动城市公交客车意义重大，不仅能在很大程度上减少市区的环境污染，而且根据公交车本身的运行特点，如线路固定，频繁启停等，也与纯电动车的运行特点相符。

本文以东风EQ6120EVL3为分析对象，在企业的工程师根据设计任务书选取的电机和各个总成后进行整车的性能计算，包括整车的动力性，悬架系统的性能，制动系统的性能，转向系统的性能，并且将所得到的结果与设计任务书中的开发要求和国家标准进行对比校核，来确定选取的电机和各个总成的合理性。这样可以在产品试制前就能判断所选取的总成是否合理，减少试制和试验成本，缩短产品开发周期。最后使用MATLAB/GUI编写用户操作界面，方便用户查阅该车型的动力性和各个总成的性能参数，并且绘制曲线图来更加直观的表现汽车的性能。

关键词：纯电动汽车；整车性能计算；用户操作界面；动力性；校核

Abstract

Since entering the 21st century, with the development of the society, the global car ownership increased global energy crisis and environment problem increasingly serious, the consumption of fossil fuels such as oil as people less and less, and the burning of fossil fuels environmental problems brought by the negative effect on the social development is increasingly serious.Now all countries in the world the development of new energy vehicles as the direction of future development, new energy automobile industry in our country has been built into the "seven strategic emerging industries".Pure electric vehicles as a kind of new energy vehicles, can realize zero emissions, has significant effect of energy conservation and emissions reduction, is the final direction of new energy automobile industry development.

Priority to the development of in the field of pure electric vehicles, pure electric city bus is of great significance, not only can reduce the pollution of urban environment to a great extent, and according to the characteristics of the bus itself, such as fixed lines, such as frequent start-stop, also accords with the characteristics of pure electric vehicles.

Taking dongfeng EQ6120EVL3 as analysis object, engineers in the enterprise according to the design plan descriptions of the selection of motor and the assembly after the calculation of the vehicle performance, including vehicle power performance, the performance of the suspension system, braking system, the performance of the performance of the steering system, and will be the result of the development of the design plan descriptions of the requirements were compared with national standard, to determine the selection of motor and the rationality of the assembly.In this way can in front of the trial production can judge whether the assembly of the selected reasonable, reduce trial production and test cost, shorten the product development cycle.Finally using MATLAB/GUI write user operation interface, convenient user access to the model of performance and performance parameters of various assembly and a graph more intuitive to the performance of the car's performance.

Key words: pure electric vehicles;The vehicle performance calculation;The user interface;Power performance;check

目录

第一章绪论 (1)

1.1前言 (1)

1.2国内外纯电动汽车发展现状 (2)

1.3性能计算的现状 (3)

1.4毕业设计的主要内容 (4)

第二章 EQ6120EVL3动力性计算 (5)

2.1汽车整车有关动力性的参数 (5)

2.2电动机的使用外特性 (5)

2.3汽车的速度特性 (6)

2.4汽车的驱动力和行驶阻力 (7)

2.4.1汽车的驱动力 (7)

2.4.2汽车的空气阻力 (7)

2.4.3汽车的滚动阻力 (8)

2.4.4 汽车的行驶阻力 (8)

2.4.5汽车的驱动力行驶阻力平衡图 (8)

2.5 汽车的功率平衡 (9)

2.5.1电机的输出功率 (9)

2.5.2汽车的阻力功率 (9)

2.5.3汽车的功率平衡图 (10)

2.6 汽车的动力因数 (10)

2.7汽车的爬坡度 (11)

2.8汽车的加速度 (12)

2.9汽车的加速时间 (13)

2.10 本章小结 (14)

第三章 EQ6120EVL3的转向系统计算 (15)

3.1相关底盘参数 (15)

3.2主要总成的选型及基本参数 (15)

3.2.1前轴总成 (15)

3.2.2 车轮总成 (15)

3.2.3动力转向器 (16)

3.2.4转向油泵总成 (16)

3.2.5转向油罐 (16)

3.2.6方向盘 (16)

3.2.7转向传动装置 (16)

3.2.8管路系统 (17)

3.3前轴、转向系统设计计算 (17)

3.3.1汽车最小转弯半径 (17)

3.3.2 汽车转向拉杆系统参数优化结果 (18)

3.3.3 方向盘转动圈数 (19)

3.4动力转向能力计算 (19)

3.4.1转向系统传动比 (20)

3.4.2 汽车最大转向阻力矩 (20)

3.4.3转向器摇臂轴上的阻力矩 (20)

3.4.4方向盘转动力（转向助力失去后） (21)

3.5 本章小结 (22)

第四章 EQ6120EVL3的悬架系统计算 (22)

4.1整车悬架的有关参数 (23)

4.2前悬架设计计算 (24)

4.2.1垂直振动工况的核算 (24)

4.2.2 最强制动工况核算 (25)

4.3后悬架设计计算 (26)

4.3.1垂直振动工况的核算 (27)

4.3.2 最强制动工况的核算 (27)

4.4整车侧倾校核 (30)

4.4.1侧倾力臂 (30)

4.4.2 悬架角刚度 (31)

4.4.3侧倾角 (31)

4.5本章小结 (32)

第五章 EQ6120EVL3的制动系统计算 (33)

5.1制动器制动力 (33)

5.2 行车制动性能分析计算 (33)

5.2.1整车性能参数 (33)

5.2.2力学方程的建立 (34)

5.2.3 同步附着系数的计算 (34)

5.2.4满载制动效能的计算 (35)

5.2.5满载前桥失效制动效能 (36)

5.2.6满载后桥失效制动效能 (37)

5.3驻车制动 (37)

5.4 制动系统性能计算 (38)

5.5 制动力分配 (39)

第六章整车性能计算程序设计 (40)

6.1MATLAB/GUI简介 (40)

6.1.1MATLAB简介 (40)

6.1.2 GU I简介 (40)

6.2 整车性能计算系统介绍 (41)

6.2.1整车性能计算程序设计原则 (41)

6.2.2整车性能计算程序组成和使用 (41)

6.3本章小结 (44)

结论 (46)

致谢 (46)

参考文献 (47)

附录 (49)

第一章绪论

内燃机车辆，尤其是汽车的发展是现代工业科学技术发展最重大的成就之一。汽车在现代社会发展的过程中，满足了人们每天生活和工作流动性的许多需求，做出了巨大贡献。汽车工业和与汽车密切相关的其他工业一起，构成了世界经济的支柱。实际上，汽车工业也已成为我国国民经济中非常重要的支柱产业，近年来，我国汽车产销量连续居于全球之首，且保持着稳定的增长势头[1]。

1.1 前言

目前全球的现代汽车上仍广泛采用内燃机作为动力源，以石油为能源消耗大量的石油资源，排出大量的废气，制造噪音和严重污染环境；电动汽车则是以电力这种可再生资源为能源，既没有有害气体排放也没有温室气体排放，噪音也很小。目前中国已成为世界第二大石油消费及进口国且自身的石油需求和自身储量根本不成比例，能源危机早晚到来。基于对环保和节能的考虑，开发电动车已成为我们必然的课题。

目前对新能源汽车的研究主要集中在清洁替代燃料汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、纯电动汽车上。其中，纯电动汽车不消耗石油资源,能够实现零排放，并具有噪声小、效率高、电机转矩响应迅速、加速快等优点。而且，纯电动汽车使用的电能来源广泛，容易获取。可以预测，纯电动汽车将是传统燃油汽车最好的替代者，因此，研究纯电动汽车意义重大，全世界范围内也出现了研究开发纯电动汽车的热潮。

按照目前技术状态和车辆驱动原理，电动汽车划分为纯电动汽车，混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车三种类型[2]。

纯电动汽车是完全由可充电电池提供动力源的汽车。完全依靠动力蓄电池作为动力源，并以电动机与电机控制系统驱动的汽车，才是纯电动汽车。动力电池组输出电能驱动电机，从而推动车辆行驶。电池的电能通过充电系统在汽车行驶一定里程后进行补充。纯电动汽车的突出优点在于用户端真正实现了“零排放”，所以纯电动汽车被认为是汽车工业的未来。

1.2 国内外纯电动汽车发展现状

从汽车发展的历史来看电动汽车其实比燃油汽车还要早诞生几年，但受电池和驱动控制技术的局限，其发展却远远落后于燃油汽车。本世纪六七十年代，电动汽车开始复苏。现在随着电力电子、控制、材料等技术的发展在世界各国激发了研究、开发、应用电动汽车的热潮，可以预见电动汽车将是21世纪的重要交通工具。

国外的发展状况，德、日、法、美这几个汽车工业发达国家，到目前为止都已研制出实用的电动汽车。美国几大主要汽车制造商已广泛深入的开展了电动车的研究。其中通用汽车公司是电动汽车行业的领导者。日本东京电力公司1988年联合日本电池公司共同开发TZA电动汽车，体现了当时最新技术水平，空载量1573kg，装有288v镍镉电池，四台直流无刷电机，输出功率为100kW，最高车速176kmh。法国标致——雪铁龙与雷诺两大汽车公司一直在积极研制，1990年的J5和C25电动货车投入生产，1995年将标致106和雪铁龙AX电动车投入生产。德国早在1900年波许公司就生产早期的电动汽车。1972年开始欧宝公司研制电动汽车，1981年与ABB公司合作改装电动车。其他国家和地区如丹麦、奥地利、捷克、匈牙利、俄罗斯、澳大利亚、墨西哥等都在开展和研制电动汽车[3]。

我国一直很重视清洁、高效汽车技术的开发。电动汽车被列入国家863重大专项后，在整车开发方面主要有燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车3种技术。

我国从“十五”时期开始实施新能源汽车科技规划，“863”项目共投入20亿元研发经费，形成了以纯电动、油电混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。共计200多家整车及零部件企业、高校和科研院所，以及3000多名科技人员直接参加了电动汽车专项研发。经过近十年的发展，我国电动汽车的研发取得明显进展。到2009年，我国已形成约1800项专利，并开发出了多款电动汽车样车。目前，共有48个型号的各类电动汽车获得机动车新产品公告，其中，比亚迪、奇瑞、长安等企业的插电式和油电混合动力汽车已具备上市销售的条件。电动汽车在我国正在进入快速发展新阶段[4]。

纯电动汽车的优点有很多：1、无污染、噪声小。2、单一的电能源。3、结构简单，维修方便。4、能量转换效率高。5、平抑电网的峰谷差。

但同时，纯电动汽车也有很多问题：1、续驶里程有限。2蓄电、池的寿命短。3、

蓄电池的尺寸和质量大。4、电动汽车价格昂贵[5]。

对于纯电动汽车而言，其电池需要满足较高的要求，包括高比能量、高比功率、快速充电和具有深度放电功能、循环和使用寿命长等。目前的电池一方面充电时间较长(在家充电需810小时)，另一方面一次充电的行驶里程偏短，需要像建加油站那样建设相当一批充电站，因此无法实现商业化量产。在各种车用电池中，铅酸电池是比较成熟的技术，具备较高的性价比和高倍率放电，是目前唯一能大批量生成的电动汽车用电池，但是其比能量、比功率和能量密度都比较低。镍镉电池和镍氢电池虽然性能好于铅酸电池，但是其性价比不高，含重金属，用完遗弃后对环境会造成严重污染。锂离子动力电池的工作电压和比能量较高，并且具有体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，不过目前的成本难以降低，而且由于锂离子过于活泼，存在安全隐患，充电性能在低温下大打折扣。同时成品车的成本也比较大。其它的问题有如黄鲁成、顾成建在《电动汽车单于的未来》里面提到电动汽车面临的问题有：A.整车系统集成进程缓慢；B.充电机车的普及迟缓；C.市场认识不足；D.成本过高；E.政府缺乏有力的指引支持。康凤林、李军民在《电动汽车发展分析》里面提到电动汽车面临的问题有：A.续驶里程有限；B.蓄电池使用寿命太短；C.蓄电池尺寸和质量制约；D.电动汽车价格昂贵；E.间接污染严重。在《发展电动汽车是解决中国汽车能源的理想途径之一》里面提到电动汽车面临的问题有：A.政府的政策支持；B.蓄电池技术；C.基础设施建设；D.电机等重要部件技术；E.电能的供应；F.市场的认可。

1.3 性能计算的现状

目前在国内外对于纯电动汽车的性能计算主要有3种方法：1、样车道路模拟；2、实验室台架试验；3、计算机仿真模拟试验。使用样车在道路上试验所需的周期长，试验的成本高，重复试验所需的成本更高；如果只是使用计算机仿真模拟试验，虽然成本低，操作简单，但是试验结果的可靠性不高；实验室台架试验所需的研制周期短、试验所需的成本低、重复试验的成本低，而且试验不受环境的影响。所以目前纯电动汽车主要使用实验室的台架试验来模拟道路试验，根据台架试验所得到的数据来修正纯电动汽车的性能指标来改善电动汽车的性能。

1.4 毕业设计的主要内容

本次毕业设计课题来自于东风汽车股份有限公司、东风襄阳旅行车有限公司2014年开发计划，型号为EQ6120EVL3。通过该车型的设计任务书选定电机、悬架、转向、制动等各个总成的零部件，使用电机的台架试验数据来进行汽车的动力性计算。并且对汽车的悬架、转向、制动等系统进行性能计算，并与国家标准相比校核。最后用MATLAB/GUI来编写用户界面，方便用户了解该车的性能。

第二章 EQ6120EVL3动力性计算

汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率的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。本章将根据EQ6120EVL3纯电动公交客车的性能参数来计算整车的动力性。

2.1 汽车整车有关动力性的参数

汽车整车性能参数如表2.1所示，

表2.1 整车性能参数

车型EQ6120EVL3

总质量m18000kg

电动机型号JD190

前轮距B 2.101m

迎风面积A 6.72m^2

整车高度H 3.2m

车轮滚动半径Rr0.485m

主减速比i0 6.43

传动系效率ηT0.95

空气阻力系数Cd0.6

2.2 电动机的使用外特性

电动机外特性台架实验数据如表2.2所示，

表2.2 电动机JD190外特性的台架实验数据

N（rpm）Me(N.m) M附(N.m) Me使(N.m) Pe(kW) P附(kW) Pe使(kW) 600 2850 0.00 2850.00 179.08 0.00 179.08

800 2150 0.00 2150.00 180.12 0.00 180.12

500 2850 0.00 2850.00 149.23 0.00 149.23

1300 1320 0.00 1320.00 179.70 0.00 179.70

1600 1075 0.00 1075.00 180.12 0.00 180.12

1900 900 0.00 900.00 179.08 0.00 179.08

2200 780 0.00 780.00 179.70 0.00 179.70

2500 680 0.00 680.00 178.03 0.00 178.03

2800 605 0.00 605.00 177.40 0.00 177.40

3000 550 0.00 550.00 172.79 0.00 172.79

电机的外特性曲线如图2.1所示，

图2.1 外特性曲线

2.3 汽车的速度特性

汽车的速度， 0377.0i i R n V g r

e a ???

=

（2.1）

式中：Va －汽车速度（km/h ）

ne －发动机转速（r/min ）

Rr －车轮滚动半径（m ）

ig －变速箱速比

i0－主减速器速比

汽车的车速-转速曲线如图2.2所示，

图2.2 车速-转速曲线

2.4 汽车的驱动力和行驶阻力

2.4.1 汽车的驱动力

汽车的驱动力， Rr i i T T

0 g tq t η???=F

（2.2）

式中:Ft-驱动力（N ）

Ttq-电动机输出扭矩（N ·m ）

ig-变速箱速比

i0-主减速器速比

ηT-传动系效率

Rr-车轮滚动半径（m ）

2.4.2 汽车的空气阻力

汽车的空气阻力，

15

.21u 2

d a w A C F ??= （2.3） 式中：Fw-空气阻力(N)

Cd-空气阻力系数

A-迎风面积(m^2)

ua-车速（km/h ）

2.4.3 汽车的滚动阻力

汽车的滚动阻力，

f g m f ??=F

（2.4） 式中：Ff-汽车的滚动阻力（N ）

m-汽车总质量（kg ）

g-重力加速度（m/s 2）

f-汽车的滚动阻力系数，按经验公式一般取： a

u 000056.00076.0f += （2.5） 2.4.4 汽车的行驶阻力

汽车的行驶阻力，

f w F F F w f +=

（2.6） 式中：Fwf-汽车的行驶阻力（N ）

Fw-汽车的空气阻力(N)

Ff-汽车的滚动阻力(N)

2.4.5 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曲线如图2.3所示，

图2.3驱动力-行驶阻力平衡曲线

2.5 汽车的功率平衡

2.5.1 电机的输出功率

电机的输出功率，

9549e n

T P tq ?=

（2.7） 式中：Pe-电动机输出功率（kw ）

Ttq-电动机的输出扭矩（N ·m ） n-电动机的转速（rpm ）

2.5.2 汽车的阻力功率

汽车的阻力功率，

???

+ ??=?????761403600m 13T wf a d a u A C u f g P η

（2.8） 式中：Pwf-汽车的阻力功率（kw ）