M1E驱动电机设计方案书

Ⅰ目录1概述.....................................................................12驱动电机设计.............................................................12.1整车技术要求及基本参数..................................................12.2电机功率初步选择........................................................12.3电机最高转速要求........................................................22.4爬坡计算................................................................22.5加速性能验证............................................................23对电机控制器的要求........................................................33.1电机控制器与整车控制器通讯方式及通讯规范................................33.2对电机控制器的其它要求..................................................4附录A海马纯电动轿车CAN网络通讯设计文件..................................4A.1总线波特率、ID及地址分配...............................................4A.2整车控制器网络报文协议..................................................5A.3电机控制器网络报文协议..................................................5M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书11概述本文件作为M1E电动车驱动电机及控制器设计选型的参考和依据，包括动力计算过程、电机及控制器参数选择的理论依据。2驱动电机设计2.1整车技术要求及基本参数M1E电动车的整车技术要求及基本参数如表1所示表1整车技术要求及基本参数指标要求轮胎滚动半径m0.258传动效率g0.9空气阻力系数0.31迎风面积m21.868滚动阻力系数0.018满载质量1475最高车速km/h800～50km/h加速时间s≤10最大爬坡度%≥20%减速比6.372.2电机功率初步选择根据公式Ft=Ff+Fw+Fi+FjP=F*V依据公式Ft=(Ttq*ig*io*g)/rdFf=G*f*cosaFw=CD*A*Ua2/21.15Fi=G*sinaUa=(0.377rd*n)/(ig*io)其中Ft--驱动力(N);Ff--滚动阻力(N);Fw空气阻力(N);Fi—坡度阻力(N);Fj--加速阻力系数;Ttq--发动机最大扭矩(N);ig--变速器传动比;io--主减速器传动比;CD--空气阻力系数;A--迎风面积;rd—车轮半径(m);n--发动机转速(r/min);g—发动机效率;f--滚动阻力系数.当汽车以最高车速行驶时，加速阻力和坡道阻力均为零。因此，选择电机功率应该等于最高车速行驶时的滚动阻力和空气阻力的功率之和。根据公式P=F*V得,代入上述参数值可以计算出当最高车速为80km/h时电机功率为10.75kw。)761403600(13aDageAuCmgfuPM1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书2车辆匀速从10km/h到100km/h行驶时对应的电机功率见表3。表2车辆平路匀速行驶所需功率对照表车速km/h102030405060708090100功率kw0.811.672.643.755.076.648.5210.7513.3916.48按照速度20km/h,最大爬坡度20%计算，必须满足iwftFFFF,所需功率必须大于19kw，所以电机所需的最大额定功率选择11kw，峰值功率27kw。2.3电机最高转速要求因为车辆最高车速为80km/h，由公式n=ua*i/0.377/rd(其中ua为车速，单位km/h，i为减速比、rd为轮胎滚动半径，单位m)，80km/h时电机转速为5240rpm，故电机的最高转速应不低于5240rpm，本方案电机最高转速n=5600rpm。2.4爬坡计算选择车辆以20km/h的车速爬20%的坡，根据汽车行驶时的动力学公式，汽车爬坡时必须满足以下条件：iwftFFFF，其中Ft为牵引力，Ff为滚动阻力，Fw为空气阻力，Fi为坡道阻力，经计算可得电机所需的驱动力约为3100N。由公式P=T*n/9550可知，当车辆以20km/h的车速爬20%的坡时，电机的转速为1310rpm，所需功率约为19kw，小于27kw的峰值功率，电机所需扭矩为140Nm，本方案选择电机最大扭矩180Nm。2.5加速性能验证以峰值功率27kw计算加速性能数据如表3所示：表3车辆在不同车速下的加速参数车速km/h车速m/s电机转速rpm加速力N加速度m/ss本速度段用时s总时间s102.78654.913736.842.391.161.16205.561309.813728.632.381.162.33308.331964.723714.942.381.173.504011.112619.623695.772.361.184.675013.893274.531421.130.913.067.736016.673929.431099.380.703.9511.687019.444584.34855.490.555.0816.758022.225239.24658.190.426.6023.359025.005894.15490.130.318.8632.2110027.786549.05340.900.2212.7444.950-50km/h加速曲线如图1所示：M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书30-50km/h加速曲线0.005.0010.0015.0020.0025.001020304050607080车速km/h加速时间s图10-50km/h加速曲线经计算0-50km/h加速时间为7.73s10s，满足要求。综上所述，选择电机参数如表4所示表4电机参数额定功率11kw峰值功率27kw额定转速3000rpm最高转速5600rpm额定扭矩35Nm峰值扭矩180Nm3对电机控制器的要求3.1电机控制器与整车控制器通讯方式及通讯规范电机控制器与整车控制器的通讯按照《海马纯电动轿车CAN网络通讯设计文件》(见附录A)的协议要求进行。电机控制器通过CAN总线接收整车控制器发送的车辆工作指令(正反转、工作或停止)和驱动指令(转矩值)控制驱动电机正确的工作。电机控制器通过CAN总线向整车控制器发送当前电机转速、电机控制器输出电流、电机控制器输入电压、电机控制器实际工作指令及工作状态、电机控制器输入直流电流、电机温度、电机控制器温度。M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书43.2对电机控制器的其它要求电机控制器要具有能量回馈控制功能，即在制动时能够控制电机实现能量回馈。附录A海马纯电动轿车CAN网络通讯设计文件A.1总线波特率、ID及地址分配总线通讯速率:250KbPS，CAN总线网络报文结构图如表A.1所示。表A.1CAN总线网络报文结构图IDENTIFIER11BITSSRRIDEIDENTIFIEREXTENSION18BITS优先级pRDPPDUFORMAT(PF)SRRIDEPFPDUSPECIFIC(PS)SOURCEADDRESS(SA)32111876543218765432187654321282726252423222120191817161514131211109876543210以上为29标识符的分配表:其中，优先级为3位，可以有8个优先级；R一般固定为0；DP现固定为0；8位的PF为报文的代码；8位的PS为目标地址或组扩展；8位的SA为发送此报文的源地址。CAN总线结点地址从J1939标准保留为未来公路设备用的自配置结点地址空间（128-167）中定义，报文编号为分配给每个结点的能进行目的寻址的报文编号空间；对车辆各个节点进行地址分配，结果如表A.2所示。表A.2CAN网络地址分配表结点名称地址SOURCEADDRESS(SA)目的寻址的报文编号（PF）备注M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书5A.2整车控制器网络报文协议整车控制器没隔50ms向电机控制器发送一帧命令，具体报文内容见表A.3。表A.3整车控制器报文1PF0(ID=0x0800A6A7)OUTIN整车控制器电机控制器位置数据名BYTE1工作指令见后表A.4BYTE2驱动指令注[1]BYTE3驱动状态时直流电压限制低字节1V/bitBYTE4驱动状态时直流电压限制高字节BYTE5制动状态时直流电压限制低字节1V/bitBYTE6制动状态时直流电压限制高字节BYTE7备用BYTE8整车控制器(报文1)LIFE每下发一次该数加一，0至255循环注[1]：(-100)至(+100)0时为0力矩+100时为最大驱动力矩，-100时为最大制动力矩(补码形式)。表A.4电机工作命令字A.3电机控制器网络报文协议电机控制器收到整车控制器发送的命令报文后，也已50ms为周期循环向整车控制器发送自身的工作状态和各种故障信息，具体发送内容见A.5、A.6、A.8表A.5电机控制器报文1PF8(ID=0x0C08A7A6)OUTIN整车控制器1670—7既收又发电机控制器1668—15既收又发电池管理系统16516—23只发不收组合仪表16424-31只收不发EPS控制器16332-39既收又发充电机16240—47既收又发BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0备用备用备用备用备用备用0:正转1:反转0:停止工作1:工作M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书6电机控制器整车控制器位置数据名BYTE1工作指令BYTE2驱动指令BYTE3驱动状态时直流电压限制低字节1V/bitBYTE4驱动状态时直流电压限制高字节BYTE5制动状态时直流电压限制低字节1V/bitBYTE6制动状态时直流电压限制高字节BYTE7备用BYTE8整车控制器LIFE表A.6电机控制器报文2PF9(ID=0x0C09A7A6)OUTIN电机控制器整车控制器位置数据名BYTE1电机转速低字节0．2转/分/bitBYTE2电机转速高字节BYTE3电机控制器输出电流低字节0．1A/bit注[2]BYTE4电机控制器输出电流高字节BYTE5电机控制器输入电压低字节0．1V/bitBYTE6电机控制器输入电压高字节BYTE7电机驱动器实际执行的工作指令及状态见表A.7BYTE8电机控制器(报文2)LIFE注[2]：电机控制器输出电流，如果是交流电流为均方根值，如果是直流无刷电机电流为导通项的均方根值。表A.7电机驱动器实际执行的工作指令及状态电机工作命令字(BYTE7)BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT00:正常1:电机或电机控制器过温0:正常1:欠压0:正常1:超速0:正常1:过压0:正常1:过流0:正常1:正在上电0:正转1:反转0:停止工作1:工作表A.8电机控制器报文3PF10(ID=0x0C0AA7A6)M1EXNYSF1006008+M1E驱动电机系统设计方案书7OUTINID周期ms电机控制器整车控制器PGN-50PRD