小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

导语小明电动汽车:"百公里加速多长时间","最大爬坡度是多少","最高车速能达到多高"诸如此类的动力性问题,是每一位终端客户非常关心的话题,而与其表现直接相关的就是电驱动系统中的峰值特性和持续特性。我们以小明一家人为刻画对象,先从需求端,来聊一聊如何根据终端客户需求,实现系统性能的定制化设计?

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

本文按以下逻辑展开:

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

1. 小明一家人

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

2. 小明想要的车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

3. 动力总成系统的量化需求定义(关键)

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

4. 电机、电控、减速器的选型与设计

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明一家人

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明有一个幸福的四口之家:爸爸(小明)、妈妈、姐姐和弟弟。

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

买汽车的目的,除了日常上下班之外,周末家庭出行也是必不可少的。

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

他们家住在一个高高的山顶,只要出行就不可避免地下坡...上坡...

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

小明电动汽车,小明想要一辆定制化的电动汽车

另外,小明的职业是一名资深汽车工程师,除了汽车的基本功能需求外,对汽车的加速性能和爬坡性能有自己的坚持。

当然,价格、安全性和使用成本是也本次购车的关键。

小明想要的车

根据小明一家人的需求,结合对目标对象和对竞争对手的产品分析,我们可以初步锁定一组整车参数,如表1所示。

表1 整车参数

其中,整备质量、满载质量、试验质量是与整车动力性、经济性直接相关,具体定义可以参见国标,部分整车也有自己要求; 质心高度、重量分布、轴距、路面附着系数、轮胎半径与整车的打滑扭矩相关 ,详见后续分析; 另外,如果 由驻车 需求,还要考虑 拖车相关参数。

经进一步了解,小明对动力性的整体需求如表2所示:

表2 性能需求

基本参数和需求调研清楚了,下一步我们要做的就是建立客户需求与系统需求之间的链接关系了!

动力总成的量化需求定义

打滑扭矩的计算

根据目标车型的整车参数信息,可以根据以下公式获得打滑扭矩,即路面能给我们提供的最大驱动力到底有多大。

经计算,前置前驱,0%坡度下的打滑扭矩约为?2576Nm?,能提供的最大驱动力为7904N.

这里要特别说明的是:打滑扭矩的计算前一定要明确动力总成的布置位置,前驱、后驱、四驱计算结果全然不同,对于质量分布不均的车而言,一般后轮驱动都会比较高,这也是为什么很多传统的高性能跑车做成后置后驱的原因;另外,加速过程中质心的变化影响也是不可忽略。

动力总成特征曲线的定义

在定义特征曲线(即电驱系统外特性)之前,我们要先理清楚 整车性能指标和电驱系统特征曲线的关系 。 借用汽车理论中驱动-阻力关系(#具体公式就不多做赘述,感兴趣的可以自行百度#),一张图来讲清楚这个问题(?关键!?请放大查看!?):

图1 整车性能需求与电驱动性能需求映射图

与车速性能相关的需求可以一目了然从图中读到;值得特别说明的是加速性能要求,即图中阴影部分[0,100]km/h转速区间内,驱动力和阻力曲线所围成的面积,可以看到百公里加速时间不仅仅取决于峰值扭矩,与拐点转速和弱磁区的后备功率也直接相关;其他转速区间的加速性能同理。

根据上述驱动力-阻力曲线关系图,我们可以将整车相关的动力性指标一一落实到特性曲线上。我们再回去看看小明对性能需求的需求描述:

根据图1中表述的关系,通过理论计算,可以获得轮端关键点或关键转速区间内的扭矩/功率需求,进一步的锁定小明所需求动力总成峰值特性和额定特性曲线,如下所示:

图2 小明需求的峰值特征曲线

图3 小明需求的额定特征曲线

到此,我们就获得了小明所需的轮端动力性需求!

有些客户可能还会对以下指标有要求:

? 20km/h车速爬坡度

? 50km/h车速爬坡度

? 80~120km/h加速时间有要求

无论怎么要求,本质都是汽车理论中驱动力和阻力的关系,抓住了这条要素,所有复杂的需求都可以简化,就这么简单!

(注:动力性能也与电池组放电倍率相关,本文只聚焦于电驱动系统,对电池相关内容不做更多阐述)

电机、电控、减速器的选型与设计

动力性能需求清楚了,我们就可以考虑电机、电控、减速器的选型与设计问题。在此过程中也要统筹成本、能耗(效率)、可靠性、舒适性需求带来的影响,具体可以参照文章<?多挡三合一电驱动系统设计的“路在何方”?>所述逻辑,过程中不断迭代、优化,后续有机会我们展开再聊。

图4 电驱动系统开发逻辑简图

最后,祝贺幸福的小明一家人提到了心仪的爱车。

写在最后:

本文所涉及基于汽车理论中内容,并不复杂,但确实是我们在电驱动系统的需求定义中最为关键的一个环节 ; "小明"的例子比较理想化,实际开发过程中很难做到"人人定制化"的设计,在此只是为例说明系统特性参数与整车动力性之间的逻辑关系; 实际开发中更多的还要考虑市场环节、法规政策、竞争对手、技术迭代性等方面因素,内外部因素统筹考虑,定义产品或平台的战略目标。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

2022-06-10

2022-06-10