劉秋生，張?jiān)?，徐曉宇，胡勝?/p>

輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車試驗(yàn)平臺(tái)的三維建模*

劉秋生，張?jiān)?，徐曉宇，胡勝?/p>

（江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院 汽車學(xué)院，江西 贛州 341000）

為了設(shè)計(jì)和搭建輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車實(shí)車試驗(yàn)平臺(tái)，文章針對(duì)輪轂電動(dòng)電動(dòng)汽車整車試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了三維建模設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)證，該試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案可行，可為后期的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車試驗(yàn)平臺(tái)的搭建提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車；整車試驗(yàn)平臺(tái)；三維建模

引言

輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車試驗(yàn)平臺(tái)作為整車道路試驗(yàn)與性能研究的試驗(yàn)基礎(chǔ)，其作用不言而喻[1]。目前，很多研究機(jī)構(gòu)在開發(fā)實(shí)車平臺(tái)多以市場(chǎng)主流車型進(jìn)行改裝，本文則完全采用自主設(shè)計(jì)理念，完成基于車身簡(jiǎn)化的整車試驗(yàn)平臺(tái)的模型設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)的過(guò)程如圖1，項(xiàng)目開始后，根據(jù)試驗(yàn)平臺(tái)的功能定位，對(duì)其總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；然后使用CATIA三維建模軟件對(duì)整車主要總成部件進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，并對(duì)其匹配、校核、優(yōu)化，最后進(jìn)行裝配，完成整車試驗(yàn)平臺(tái)的三維建模。

1 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車的心臟，它決定了整車的行駛動(dòng)力。在模型設(shè)計(jì)之前，根據(jù)整車要求的行駛動(dòng)力參數(shù)對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行選型計(jì)算，完成設(shè)計(jì)匹配[2]。試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)要求的性能參數(shù)如下表1。電機(jī)的初選首先根據(jù)整車行駛的最高速度來(lái)計(jì)算其功率大小Pl，然后再結(jié)合加速及爬坡性能，計(jì)算出電機(jī)的最高功率P2，并由電機(jī)的最高功率來(lái)確定電機(jī)的峰值功率[3]。功率的計(jì)算公式如式1、2，其中，η為機(jī)械效率，為滾阻系數(shù)，其它參數(shù)參照表1。

經(jīng)過(guò)電機(jī)的選型計(jì)算，選定永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為整車試驗(yàn)平臺(tái)的使用電機(jī)，根據(jù)其機(jī)械結(jié)構(gòu)，完成輪轂電機(jī)系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)模型如圖2。

圖1 試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)過(guò)程

表1 整車性能參數(shù)表

1.2 動(dòng)力電池系統(tǒng)

圖3 電池模塊及電池箱體的三維設(shè)計(jì)模型

根據(jù)上述電機(jī)系統(tǒng)工作電壓的要求，為減小成本并達(dá)到其要求，動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用9個(gè)12V的鉛酸蓄電池，電池組串聯(lián)后的電壓總和為108V。另外，根據(jù)初期的構(gòu)想，要求試驗(yàn)平臺(tái)在充滿電后能持續(xù)行駛的里程為40km?？紤]到整車設(shè)計(jì)要求的續(xù)航里程，還需設(shè)計(jì)好動(dòng)力電池的容量[4]。動(dòng)力電池容量的計(jì)算跟整車的驅(qū)動(dòng)能量相聯(lián)系，驅(qū)動(dòng)能量的計(jì)算公式如下式2.3，式中，η為電機(jī)的效率，η為電池的放電效率，η為傳動(dòng)系統(tǒng)的工作效率，ζ為電池放電的范圍系數(shù)，表示放電從 30%到100%。比如，汽車按40Km/h的平均車速在水平良好的路面上行駛，根據(jù)公式可以計(jì)算該汽車的功率需求約為10kw，也就是該車需要大概10kw.h的驅(qū)動(dòng)能量，根據(jù)轉(zhuǎn)換公式，得到動(dòng)力電池組所需要的最小容量為30A.h。為盡可能地減少電池的尺寸和重量，以便布置安裝，并保證整車的動(dòng)力性能，滿足后期實(shí)車試驗(yàn)的里程需求，電池的容量定為40Ah。為使動(dòng)力電池系統(tǒng)在整車上更合理地布置，先對(duì)電池系統(tǒng)及其箱體進(jìn)行了三維設(shè)計(jì)，如圖3。

1.3 懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車因其沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)總成，這就使得傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)無(wú)法正常使用，所以考慮在后期輪轂電機(jī)實(shí)車平臺(tái)搭建時(shí)，使駕駛員更好地操縱汽車行駛的方向，采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)[5]。其轉(zhuǎn)向器采用大眾型的齒輪齒條式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，根據(jù)其機(jī)械結(jié)構(gòu)，進(jìn)行三維模型的設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 懸架轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)模型

1.4 制動(dòng)系統(tǒng)

輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車因?yàn)闆](méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)總成結(jié)構(gòu)，因此在整車試驗(yàn)平臺(tái)的制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮由真空泵提供能量給其真空助力器中伺服氣室。真空泵采用24V的車載直流電供給，其工作后，為試驗(yàn)平臺(tái)提供真空助力，制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)示意如圖5，系統(tǒng)的三維模型設(shè)計(jì)如圖6。

1-制動(dòng)踏板；2-控制閥；3-真空伺服氣室；4-真空單向閥；5-真空泵；6-儲(chǔ)液瓶；7-真空瓶；8-制動(dòng)主缸

圖6 制動(dòng)系統(tǒng)的三維模型設(shè)計(jì)模型

2 整車試驗(yàn)平臺(tái)的三維建模

在各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，經(jīng)三維匹配、校核、組裝，完成試驗(yàn)平臺(tái)的三維模型設(shè)計(jì)，如圖7。試驗(yàn)平臺(tái)采用鉛酸蓄電池組作為整車動(dòng)力源，利用四輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)獨(dú)立懸架結(jié)構(gòu)，加裝電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)，并集成獨(dú)特的儀表設(shè)計(jì)功能，由此真正實(shí)現(xiàn)整車驅(qū)動(dòng)行駛的“高效率、低噪聲、零排放”。

圖7 輪轂電機(jī)電動(dòng)汽整車的三維設(shè)計(jì)模型

3 總結(jié)

本文考慮后期實(shí)車平臺(tái)的搭建，預(yù)先設(shè)計(jì)了輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車整車試驗(yàn)平臺(tái)。基于模塊化設(shè)計(jì)思想，對(duì)相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的三維模型合理可行，可為后期的輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車實(shí)車平臺(tái)的搭建提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

[1] 王博.四輪獨(dú)立電驅(qū)動(dòng)車輛實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及驅(qū)動(dòng)力控制系統(tǒng)研究[D].清華大學(xué),2009.

[2] 劉興龍.基于輪轂電機(jī)的車輛全轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)及底盤優(yōu)化研究[D].西南交通大學(xué),2018.

[3] 智晉寧,項(xiàng)昌樂(lè),朱麗君等.輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車性能仿真與控制方法的研究[J].汽車工程,2012,34(5):389-393.

[4] 劉秋生.輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車實(shí)車平臺(tái)及其驅(qū)動(dòng)控制策略研究[D].西華大學(xué),2016.

[5] 馮沖,丁能根,何勇靈,等.分布式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車底盤綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].汽車工程,2015,37(2):207-213.

Three-dimensional Modeling of Hub Motor Electric vehicle Test platform*

Liu Qiusheng, Zhang Yuanqing, Xu Xiaoyu, Hu Shenglong

( College of Automotive, Jiangxi Vocational College of Applied Technology, Jiangxi Ganzhou 341000 )

In order to design and build the real vehicle test platform of hub motor electric vehicle, the 3D modeling design of the test platform of hub electric vehicle is carried out in this paper. It is proved that the design scheme of the test platform is feasible and can provide the design basis for the construction of the later hub motor electric vehicle test platform.

Hub motor electric vehicle; Vehicle test platform; 3D modeling

TH16; U461.6

A

1671-7988(2019)24-10-03

TH16；U461.6

A

1671-7988(2019)24-10-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.004

劉秋生（1989.09-），男，漢族，江西贛州人，碩士，就職于江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院汽車學(xué)院，主要從事新能源汽車技術(shù)方面的研究。

江西省教育廳資助項(xiàng)目（GJJ181272）；贛州市社會(huì)科學(xué)研究課題（19107）；贛州市社會(huì)科學(xué)研究課題（18102）；江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院重點(diǎn)科技項(xiàng)目。（JXYY-KJ-201702）。