純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計【3張CAD圖紙+論文+開題報告+任務(wù)書+外文翻譯+文獻(xiàn)綜述】.zip

純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計【3張CAD圖紙+論文+開題報告+任務(wù)書+外文翻譯+文獻(xiàn)綜述】.zip,3張CAD圖紙+論文+開題報告+任務(wù)書+外文翻譯+文獻(xiàn)綜述,電動汽車,動力,傳動系統(tǒng),匹配,設(shè)計,CAD,圖紙,論文,開題,報告,任務(wù)書,外文,翻譯,文獻(xiàn),綜述 目 錄 摘 要 ABSTRACT 第一章 緒 論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 純電動汽車基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 3 純電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 1 3 1 國內(nèi)純電動汽車發(fā)展研究狀況 5 1 3 2 國外純電動汽車發(fā)展研究狀況 8 1 4 本文主要研究內(nèi)容 10 第二章 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 12 2 1 純電動汽車動力系統(tǒng)的布置方案 12 2 2 純電動汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)確定 15 2 3 電動機(jī)參數(shù)匹配 16 2 3 1 電動機(jī)類型選擇 16 2 3 2 電動機(jī)參數(shù)確定 18 2 4 動力電池參數(shù)匹配 20 2 4 1 動力電池類型選擇 21 2 4 2 電池組參數(shù)的確定 22 2 5 傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配 24 2 5 1 傳動系統(tǒng)變速方案選擇 24 2 5 2 傳動系傳動速比設(shè)計 25 2 6 匹配結(jié)果 27 第三章 基于 ADVISOR 的純電動汽車仿真建模 28 3 1ADVISOR 仿真模塊介紹 28 3 1 1ADVISOR 使用說明 29 2012 屆城市專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 論文 I 3 2 純電動汽車整車模型建立 32 3 2 1 車身模型建立 33 3 2 2 車輪模型建立 33 3 2 3 傳動系統(tǒng)模型建立 34 3 2 4 驅(qū)動電機(jī)模型建立 35 3 2 5 動力電池模型建立 36 3 3 參數(shù)輸入及整車性能仿真 36 第四章 全文總結(jié) 58 致 謝 60 參考文獻(xiàn) 61 摘 要 隨著全球能源危機(jī)和環(huán)保問題日益凸顯 世界各國都在積極推進(jìn)節(jié)能環(huán)保發(fā)展戰(zhàn) 略 而交通運(yùn)輸占據(jù)了世界能源消耗的很大一部分 于是人們對于能耗少 污染小的 新型交通工具的需求愈來愈強(qiáng)烈 純電動汽車作為未來最具潛力的交通工具正快速發(fā) 展 但是 在電動汽車電池技術(shù)尚未得到突破性進(jìn)展的情況下 怎樣合理匹配純電動 汽車動力傳動系統(tǒng) 對整車的動力性 經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程顯得尤為關(guān)鍵 首先 本文對電動汽車的基本結(jié)構(gòu) 工作原理作了簡單介紹 對電動汽車的國內(nèi) 外發(fā)展趨勢做了扼要分析 其次 對電動汽車動力傳動系統(tǒng)布置方案進(jìn)行了設(shè)計 且 對電動機(jī) 動力電池以及傳動系統(tǒng) 包括變速器和主減速器 等主要部件進(jìn)行了理論 匹配選型 并得到匹配結(jié)果 然后 基于 ADVISOR 仿真軟件建立了純電動汽車整車 模型 并將整車參數(shù)和匹配結(jié)果輸入到 ADVISOR 中的 CYC NEDC CYC UDDS CYC ECE EUDC CYC 1015 四種常用循環(huán)工況下得到仿真結(jié)果 最后 將 仿真結(jié)果同理論匹配結(jié)果進(jìn)行對比分析 得出仿真結(jié)果符合理論匹配設(shè)計結(jié)果 滿足 整車動力性 經(jīng)濟(jì)性的結(jié)論 從而驗證了本設(shè)計的正確性 合理性 關(guān)鍵字 純電動汽車 動力傳動系統(tǒng) 匹配選型 建模仿真 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 ABSTRACT As the increasingly serious situation currently in the global energy crisis and the environmental issue all countries worldwide have been actively promoting the development strategy of the energy conserving and environment protective However the traffic transportation accounts for a large part of the energy consumption of the world s Accordingly the increasingly requirement of the new type vehicle which is characterized by low energy consumption and little pollution that people is longing to achieve Therefore the Pure Electric Vehicle is being a stage of the rapid development as the most potential vehicle in the future But under the problem in which the Electric Vehicle battery technology has not yet made a breakthrough and how to reasonably match the Pure Electric Vehicle powertrain system in which the consideration is the key point for the the dynamic property economical efficiency and the range of the vehicle Above all this paper would briefly introduce the basic structure and the working principle of the Electric Vehicle as well as briefly analysis the domestic and out development trend of the Electric Vehicle Secondly making a design for the layout plan of the Electric Vehicle powertrain system and making a theoretical matching selection and achieving the matching results for the critical pieces of the motor battery and transmission system and so on including the transmission and the main reducer then it establishes the Pure Electric Vehicle model which based on the simulation software of the ADVISOR therefore we could get the simulation result by inputting the vehicle parameters and the matching results into the four common states of cycle operation which includes the CYC NEDC CYC UDDS CYC ECE EUDC and CYC 1015 Finally making a comparable analysis of the simulation results with the theoretical matching results and getting a result that the simulation result meets with the design results of the theoretical matching and meeting the needs of the property of the vehicle power economical efficiency and thereby verifying the correctness and reasonableness of the design Keywords Pure Electric Vehicle powertrain system matching selection modeling simulation 0 第一章 緒 論 1 1 研究背景及意義 電動汽車是指以車載電源為動力 用電動機(jī)驅(qū)動車輪行駛 且滿足道路安全法規(guī) 對汽車的各項要求的車輛 其具有能源利用效率高 環(huán)境污染小 可用能源多樣化 噪音低 結(jié)構(gòu)簡單 方便維護(hù)和操作簡單等優(yōu)點 而且 純電動汽的出現(xiàn)很早 經(jīng)歷 了可謂 三起三落 現(xiàn)在又大有崛起之勢 必將成為未來地面交通工具的主力軍 現(xiàn)在人們通常將電動汽車稱為 新能源汽車 其實電動汽車的歷史比內(nèi)燃機(jī)汽車 還要早 1834 年 Thomas Davenport 制造了第一輛電動三輪車 比 1885 年德國的卡 爾 本茨制造出世界上第一輛以汽油為動力的三輪汽車還早 51 年 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì) 初 曾是電動汽車非常繁榮的時代 1890 年全世界汽車保有量約為 4200 輛汽車 其 中 38 為電動汽車 40 為蒸汽機(jī)汽車 其他為內(nèi)燃機(jī)汽車 1911 年巴黎和倫敦有電 動出租汽車運(yùn)營 1912 年在美國有 3 4 萬輛電動汽車 1907 年底特律電氣公司生產(chǎn)的 電動汽車最高車速達(dá)到 40km h 但是 由于電動汽車使用的蓄電池儲能密度低 壽命 短 汽車的續(xù)駛里程 動力性與價格都無法與快速進(jìn)步的內(nèi)燃機(jī)汽車競爭 尤其是福 特公司于 1908 年實現(xiàn)了大批量生產(chǎn)汽車的模式 T 型車的最大功率 20 馬力 最高車 速 72km h 最初的售價只有 825 美元 到了 1921 年 售價降到了 260 美元 將美國 帶入了汽車普及時代 到 1920 年電動汽車基本上被內(nèi)燃機(jī)汽車擠出市場 消費(fèi)者選 擇了后者 可以說這是電動汽車的 一起一落 到了 20 世紀(jì) 70 年代 世界爆發(fā) 3 次石油危機(jī) 純電動車再次受到重視 80 年代 美國通用 福特和日本豐田 本田均開發(fā)了電動汽車 到 2000 年前 全球共銷售電 動車約 6 萬輛 約占全球汽車保有量 6 億輛的萬分之一 其中最有代表性的當(dāng)屬通用 公司的 EV1 電動車了 它的驅(qū)動系統(tǒng)為兩級減速的三相交流感應(yīng)電動機(jī) 裝備 26 個 德科 VRLA 鉛酸電池 外形設(shè)計十分考究 具有很低的風(fēng)阻 見圖 最高時速可達(dá) 129km h 加速性優(yōu)良 0 96km h 加速時間在 9s 以內(nèi) 續(xù)航里程在 120km 160km 之 間 但是 也很遺憾 EV1 總共只生產(chǎn)了 1117 輛就結(jié)束了它的征程 許多人為此感 到嘆息 甚至憤憤不平 著名導(dǎo)演克里斯 佩恩曾經(jīng)拍攝了一部新聞紀(jì)錄片 誰殺死 了電動車 指出殺手是石油公司 聯(lián)邦政府和通用公司自己 指責(zé)通用公司更愿意 生產(chǎn)悍馬這種大排量且利潤高的汽車 沒有耐心培育 EV1 這種利于社會但是要賠錢 的產(chǎn)品 平心靜氣分析 客觀上的原因是當(dāng)時電池技術(shù)遠(yuǎn)沒有能力取代內(nèi)燃機(jī)技術(shù) 1 最早的鉛酸電池 以及后來的鎳氫電池都不能滿足車輛續(xù)駛里程和壽命要求 同時還 因為電池帶來的最致命的問題 EV1 高昂的造價 還是消費(fèi)者的選擇起了關(guān)鍵的作用 轟動一時的電動汽車再次落幕 可以說這是電動汽車的 二起二落 歷史走到 21 世紀(jì) 在油價不斷攀升與地球環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的壓力下 電動汽 車再次迎來了新一次高潮 人類執(zhí)拗地要將電動汽車推上舞臺 在布什總統(tǒng)年代 美 國人將注意力放在氫燃料電池汽車上 但由于燃料電池價格昂貴等原因 短時間內(nèi)不 具備產(chǎn)業(yè)化條件而使計劃擱淺 日本豐田公司卻在混合動力技術(shù)上取得了突破 有電 池與電機(jī)參與工作的普銳斯汽車取得了成功 燃油消耗大幅度降低并已在全球銷售出 300 多萬輛 緊接著人們又將注意力轉(zhuǎn)移到純電動汽車上來 由于能量密度高于鉛酸 電池 3 4 倍的新型鋰離子電池的出現(xiàn) 人們似乎又看到了不依賴石油 安靜清潔的純 電動汽車推廣應(yīng)用的希望 國際上許多汽車企業(yè)與電池企業(yè)聯(lián)手開展了新一輪電動汽 車研發(fā)與試驗的熱潮 可以說這是電動汽車的 三起 吧 能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)已經(jīng)是當(dāng)今世界各國發(fā)展面臨的兩個巨大問題 隨著化石能 源的減少和環(huán)境的惡化 人們對于能耗少 污染小 效率高的新型交通工具的需求越 來越強(qiáng)烈 純電動汽車作為未來最具潛力的交通運(yùn)輸工具正快速發(fā)展 而且在世界各 國都大力提倡并得到有效的政策支持 我國汽車工業(yè)起步較晚 與世界汽車工業(yè)的發(fā)展相比 相對較落后 尤其是在發(fā) 動機(jī) 變速器等關(guān)鍵零部件技術(shù)方面更是受制于人 雖然我國汽車年產(chǎn)銷已經(jīng)突破 1800 萬輛 是名副其實的汽車大國 但是我們面臨的是大而不強(qiáng)的局面 很是尷尬 想要成為汽車工業(yè)強(qiáng)國 那么我國汽車工業(yè)必須具有前瞻性 發(fā)展未來技術(shù)儲備 研 發(fā)更高效能新能源汽車 尤其是純電動汽車 爭取掌握新一輪世界汽車市場競爭的主 動權(quán) 汽車雖然改變了我們的世界 但是又有誰能知道 未來的汽車將會把我們帶到何 方 我們暫且拋開我們國家與世界汽車技術(shù)的差距不管 現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展卻面臨 了另外的嚴(yán)峻問題 環(huán)境污染和石油缺乏 這直接對當(dāng)今世界高速發(fā)展的汽車產(chǎn)業(yè)的可 持續(xù)性成長造成嚴(yán)重影響 同時對石油的占有競爭也會使得各國摩擦增大 由此導(dǎo)致 世界范圍內(nèi)的動亂無可避免 傳統(tǒng)汽車對環(huán)境污染具體來講主要是汽車尾氣污染 還有噪聲污染 汽車尾氣污 染是由內(nèi)燃機(jī)汽車排放的廢氣造成的環(huán)境污染 汽車廢氣中的主要污染物為碳?xì)浠?物 一氧化碳 二氧化硫 含鉛化合物 氮氧化合物 苯丙花及固體顆粒物等 部分 排放物能引起光化學(xué)煙霧 破壞臭氧層導(dǎo)致全球溫度上升等直接影響人類健康下降 另一方面 工業(yè)化的進(jìn)展和現(xiàn)代化的凸顯造就了現(xiàn)代城市的高樓大廈 使得汽車內(nèi)燃 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 2 機(jī)排放的廢氣不容易擴(kuò)散而導(dǎo)致地面局部的廢氣濃度過高 汽車尾氣的顆粒物中含有 強(qiáng)致癌物苯并花 當(dāng)空氣中的苯并花濃度達(dá)到 0 012 微克 立方米時 附近居民中得肺 癌的人數(shù)就會明顯增加 由于汽車廢氣的排放主要集中在離地面 0 3 米至 2 米之間 正好是人體的呼吸范圍 對人體的健康損害非常嚴(yán)重 刺激呼吸道 使呼吸系統(tǒng)的免疫 力下降 導(dǎo)致暴露人群慢性氣管炎 支氣管炎及呼吸困難的發(fā)病率升高 肺功能下降 等一系列癥狀 對人體造成極大的危害 另外值得注意的是汽車尾氣中的鉛一般分布 于地面上 1 米左右的地帶 恰好是青少年的呼吸范圍 環(huán)境監(jiān)測部門對比取樣分析的 結(jié)果也表明 青少年的血鉛含量明顯高于成年人 因此鉛污染對青少年的危害更重 1955 年和 1970 年洛杉磯兩度發(fā)生光化學(xué)煙霧事件就是汽車廢氣污染的表現(xiàn) 前者有 400 多人因五官中毒 呼吸衰竭而死亡 后者使全市四分之三的人患病 該事件在歷 史上被稱為 世界八大公害 和 20 世紀(jì)十大環(huán)境公害 之一 另外 燃油汽車的內(nèi)燃機(jī) 是巨大的噪聲來源 據(jù)統(tǒng)計 城市中 80 的噪聲污染是由于燃油汽車所致 我國大約 有 2 3 的人口生活在比較高的噪聲環(huán)境中 其中有 29 的人們的生活是在難以忍受的 噪聲中度過的 可以看出國民的健康狀況受到嚴(yán)重威脅 加入世貿(mào)組織之后 我國的汽車產(chǎn)業(yè)可謂是高速發(fā)展 但帶來的巨大的汽車保有 量所造成的噪聲和環(huán)境污染也將進(jìn)一步危害我國人民的健康 燃油汽車面臨的另外一 個難題就是石油資源匱乏 石油作為能源及其制品都能在汽車上應(yīng)用 所以石油資源 匾乏將會直接阻礙汽車行業(yè)的發(fā)展 統(tǒng)計顯示 全球汽車產(chǎn)量從 1950 年到 2010 年 60 年間汽車保有量增加近 12 倍達(dá)到 8 億輛 這些汽車所要消耗的石油可想而知 眾所 周知世界石油蘊(yùn)藏量在近 50 年內(nèi)就可能用盡 而我國作為近幾年汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快 的國家對石油的需求卻是不斷增加 所以考慮到社會穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展我國不得不從外 界購買石油 預(yù)計到 2012 年我國的汽車石油年消耗量將突破 8 千億噸 所以解決石 油能源問題在我國更是刻不容緩的了 正是因為傳統(tǒng)汽車帶來了環(huán)境和能源問題 基于這樣的背景下 各國都在未雨綢 繆研究制造新能源汽車 而純電動汽車零排放 使用方便 結(jié)構(gòu)相對簡單等優(yōu)點得到 大家的青睞 被稱作真正意義的 綠色汽車 所以自上個世紀(jì) 90 年代后 世界范圍 內(nèi)的電動汽車熱興起 被視為解決傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車問題和石油危機(jī)的主要途徑 因而 發(fā)展純電動汽車具有很廣泛的現(xiàn)實意義 可緩解我國石油能源短缺 城市 大氣環(huán)境惡化 增強(qiáng)汽車企業(yè)競爭力等幾個方面 第一 緩解石油能源短缺 預(yù)計 2012 年后我國石油消費(fèi)將超過 1 2 億噸 世界石 油局勢也日趨緊張 以美國為首的發(fā)達(dá)國家都積極占領(lǐng)石油戰(zhàn)略資源 由于純電動汽 車不采用石油作為燃料 所以在很大程度上緩解目前石油資源短缺的現(xiàn)象 可以預(yù)見 3 純電動轎車的發(fā)展首先將替代城市私家用車 出租車和公務(wù)車 汽車在城市大氣污染 中的比率很高 發(fā)展零排放的純電動汽車將對改善城市的大氣環(huán)境 減少 CO 排放將 起到非常重要的作用 其節(jié)油效果更加明顯 而生活環(huán)境的改善對于國民健康的提高 和醫(yī)療以及環(huán)境長遠(yuǎn)的有利影響更是不可估計 一些國家和國際組織經(jīng)常在能源消耗 和環(huán)境保護(hù)方面對我國政府施壓 發(fā)展純電動汽車可以緩解國際政治壓力 第二 緩解城市大氣環(huán)境惡化 目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的 10 個城市中有 7 個在中國 國家環(huán)保中心預(yù)測 2010 年汽車尾氣排放量將占空氣污染源的 64 為 使自己有更好的生存環(huán)境 世界上越來越多的國家開始關(guān)注環(huán)保問題 很多國家特別 是發(fā)達(dá)國家都制定出越來越苛刻的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn) 純電動汽車由于幾乎是零排放 的優(yōu)點 受到世界各國的重視 第三 增強(qiáng)汽車企業(yè)競爭力 國家政策的補(bǔ)貼支持給國內(nèi)汽車制造廠商帶來很好 的發(fā)展機(jī)遇 在純電動汽車的研發(fā)上 在知識產(chǎn)權(quán)上面受到國際制約比較少 有可能 發(fā)展出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品 有望縮短與發(fā)達(dá)國家的汽車制造水平 我國 必須及時制定一個雄心勃勃的國家電動汽車發(fā)展戰(zhàn)略 抓住機(jī)遇 應(yīng)對挑戰(zhàn) 發(fā)揮優(yōu) 勢 揚(yáng)長避短 實現(xiàn)我國汽車工業(yè)由大變強(qiáng)的戰(zhàn)略目標(biāo) 綜上所述 在環(huán)境污染和資源短缺問題日益突出的今天 純電動汽車技術(shù)的發(fā)展 正是為了解決這一問題 從能源觀點考慮 電動汽車?yán)玫哪茉词且环N可靠的 來源 廣泛的 均衡的 對環(huán)境友好的能源 例如使用多種可再生能源 從環(huán)境方面考慮 純電動汽車在城市交通中可實現(xiàn)零排放或極低排放 即使考慮到給這些電動汽車提供 能量的發(fā)電廠的排放 使用電動汽車仍能顯著降低全球的空氣污染 因此可以預(yù)見到 純電動汽車的發(fā)展將對能源 環(huán)境 交通以及尖端技術(shù)的發(fā)展 新型工業(yè)的建立和經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響 1 2 3 1 2 純電動汽車基本結(jié)構(gòu)和工作原理 相對傳統(tǒng)汽車而言 純電動汽車是將電動機(jī)替代發(fā)動機(jī)輸出動力以驅(qū)動車輛前進(jìn) 同時 以蓄電池替代油箱儲存能量 當(dāng)然 并非簡單替代 只是在功能上替代而已 他們具有各自特性 純電動汽車的主要結(jié)構(gòu)由電力驅(qū)動控制系統(tǒng) 汽車底盤 車身以 及各種輔助裝置等部分組成 除電力驅(qū)動控制系統(tǒng) 其他部分的功能和結(jié)構(gòu)基本與傳 統(tǒng)汽車相似 所以電力驅(qū)動控制系統(tǒng)決定了整個純電動汽車的結(jié)構(gòu)組成及性能特征 相當(dāng)于傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī)與其他功能以機(jī)電一體化方式結(jié)合 如圖 1 1 中所示為典型純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)原理圖 其主要由 3 個子系統(tǒng)構(gòu)成 即電機(jī)驅(qū)動子系統(tǒng) 能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動子系統(tǒng)由車輛控制器 電力 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 4 電子控制器 電動機(jī) 機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪組成 能源子系統(tǒng)由能源 能量管理 單元及能量源供給單元組成 輔助子系統(tǒng)包括功率控制單元 車內(nèi)溫度控制單元和輔 助電源等 在電動汽車工作的過程中 首先駕駛員踩下加速踏板或是制動踏板 從而產(chǎn)生一 個車輛控制信號 車輛控制器接收該信號后向電力電子變換器輸出正向的控制信號 當(dāng)電力電子控制器接收到該信號后 發(fā)出相應(yīng)的控制指令去控制電動機(jī) 調(diào)節(jié)電動機(jī) 和能量源之間的功率流 從而獲得駕駛員想要實現(xiàn)的加速 減速或是停車等目的 當(dāng) 純電動汽車再生制動時 產(chǎn)生的能量通過電力電子變換器逆變將能量儲存到能量源中 同時 能量管理單元與車輛控制器一起控制可再生制動能量 從而實現(xiàn)系統(tǒng)能量流的 最優(yōu)化 輔助能源主要給純電動汽車輔助設(shè)備 尤其是車內(nèi)溫度控制單元 功率控制 單元 動力轉(zhuǎn)向單元等提供不同電壓等級的所需功率 4 圖 1 1 典型純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)原理圖 1 3 純電動汽車國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 3 1 國內(nèi)純電動汽車發(fā)展研究狀況 早在上世紀(jì) 60 年代 我國就開始了純電動汽車相關(guān)的研究工作 并于上世紀(jì) 90 年代掀起了一股研究高潮 國內(nèi)一些高校 科研單位和企業(yè)陸續(xù)開始研究純電動汽車 并取得了一些成果 同時 我國政府已經(jīng)確定把純電動汽車為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方 5 向 而普通混合動力汽車將作為節(jié)能車看待 不享受國家對新能源汽車的支持政策 政策就是導(dǎo)向 這導(dǎo)致汽車企業(yè)失去了研發(fā)普通混合動力汽車的動力而紛紛轉(zhuǎn)向純電 動汽車 2006 年 我國第一批純電動轎車取得了產(chǎn)品準(zhǔn)入公告 吸引了更多的企業(yè)和 單位加入了純電動汽車的研發(fā)或試運(yùn)營陣營 在政府方面 2001 年我國正式啟動了 十五 國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃 863 計劃 電動汽車被列入其中并投資數(shù)億 確立了以燃料電池汽車 混合動力汽車和純電動汽 車為 三縱 以多能源動力總成 驅(qū)動電機(jī)和動力蓄電池共性關(guān)鍵技術(shù)為 三橫 的 三 縱三橫 研發(fā)布局 具體分工如下 承擔(dān)電動大客車項目的有北方車輛廠和北京理工 大學(xué) 承擔(dān)純電動轎車研發(fā)的是上海汽車 奇瑞公司 上海交通大學(xué) 天津汽車集團(tuán) 和中國汽車技術(shù)研究中心 同時 2009 年國家推出 汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃 規(guī)劃中確定八大目標(biāo)和十 一項政策 為今后一段時期我國的汽車工業(yè)發(fā)展提出了要求 指明方向 劃清道路 突出了發(fā)展電動汽車的重要性 同年 財政部提出了一攬子補(bǔ)貼方案 對采購混合動 力汽車的單位和個人實施每輛車最高補(bǔ)貼 60 萬元的政策 其中購買純電動轎車最高 可獲得 6 萬元的現(xiàn)金補(bǔ)貼 這使得在國內(nèi)形成了良好的電動汽車發(fā)展氛圍 而且 目 前純電動汽車的推廣主要是以公共用車為基礎(chǔ) 在高校和科研機(jī)構(gòu)方面 北京理工大學(xué)作為整車總體單位承擔(dān)了 86 電動汽車重 大專項 純電動客車項目 作為技術(shù)依托單位承擔(dān)了北京市科技奧運(yùn)電動汽車特別專 項 電動汽車運(yùn)行示范 研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化 等項目 已完成純電動準(zhǔn)低地板公交車 純電動中巴客車 純電動旅游客車 純電動超低地板公交車等四種車型的整車開發(fā) 型式認(rèn)證和定型設(shè)計 并進(jìn)行了 40 余輛的小批量試生產(chǎn) 各項動力性 經(jīng)濟(jì)性 續(xù) 駛里程 噪聲等指標(biāo)已達(dá)到或接近國際水平 并組建了電動汽車示范車隊 在北京市 開展 一線一區(qū) 兩種模式示范運(yùn)行 目前 北京理工大學(xué)等單位已經(jīng)完成了北京理工 科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè) 初步形成了關(guān)鍵技 術(shù)的研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化配套能力 同濟(jì)大學(xué)先后試制成我國第一臺由直流無刷輪轂電機(jī)獨立驅(qū)動的 4 輪驅(qū)動燃料電 池微型電動汽車 春暉一號 和 春暉二號 以及 超越 系列混合動力電動汽車 春暉一 號 四輪電驅(qū)動燃料電池轎車最高時速 50 km h 配置鋰離子蓄電池和燃料充氫電池 2 種混合動力 續(xù)駛里程 150km 超越一號 燃料電池混合動力轎車已經(jīng)通過驗收 主 要技術(shù)參數(shù)為 0 100km h 的加速時間小于等于 30S 14S 內(nèi)可以加速到 80km h 最高時速為 105km h 最大爬坡度 20 續(xù)駛里程 230km 超越三號 主 要技術(shù)參數(shù)為 0 100km h 的加速時間小于等于 20S 最高時速 120 km h 最大 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 6 爬坡度 20 續(xù)駛里程 200km 5 6 清華大學(xué)承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目 燃料電池城市客車整車技術(shù) 等有 關(guān)電動汽車的研究課題 目前已研制出了 12 輛 16 座中巴環(huán)保燃料電池輕型客車樣車 并已投入運(yùn)行 該車采用質(zhì)子交換膜燃料電池 氫 氧型 額定功率 18kw 驅(qū)動電機(jī) 額定功率 35kw 最大功率 90kW 配置無級調(diào)速傳動系統(tǒng) 最高車速 80km h 最大 爬坡度 15 0 40km h 的加速時間不大于 15S 一次加氫續(xù)駛里程大于 165km 1993 年香港大學(xué)研制出 4 座電動轎車 U2001 配置了 45kW 永磁直流無刷電 機(jī)和 26 V 鎳氫蓄電池 其中 永磁無刷直流電機(jī)采用了特殊設(shè)計 可以在很廣的轉(zhuǎn) 速范圍內(nèi)高效率工作 該車采用了一系列 20 世紀(jì) 90 年代水平的高新技術(shù) 采用聲頻 導(dǎo)航系統(tǒng)提高了安全性 便于用戶駕駛 采用智能能量管理系統(tǒng)使能量的轉(zhuǎn)化和傳遞 達(dá)到最優(yōu) U2001 轎車的最高速度為 110km h 0 48km h 的加速時間為 6 3S 以 88km h 的速度行駛時 一次充電的續(xù)駛里程為 l76km 7 西安交通大學(xué)在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究開發(fā)了 15 項國家發(fā)明專利 正式授 權(quán) 5 項 有 2 項國際發(fā)明已被正式受理 在電動汽車驅(qū)動控制和能量回收技術(shù)的研究 中 率先將 H 魯棒控制應(yīng)用到電動汽車能量回收技術(shù)上 與傳統(tǒng)的控制方法相比 H 魯棒控制可以方便地同時考慮輸入電壓變動 負(fù)載擾動和其他非線性的補(bǔ)償 顯著 地提高了車輛的一次性充電的續(xù)駛里程 8 11 試驗表明 采用西安交大制動能量回收 專利技術(shù)的鉛酸電池純電動汽車 XJTU 1 可以使續(xù)駛里程由 160km 延長到 200km 以 上 12 13 西安交大對電動汽車超級電容 蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)的研究表明 在市內(nèi)道路 行駛時 可以提高電動汽車?yán)m(xù)駛里程 30 50 14 2005 年 10 月 19 日 西安交大電 動汽車 XJTUEV 2 與日本大阪產(chǎn)業(yè)大學(xué)太陽能車及 My way 公司的電動汽車一起進(jìn)行 了 新絲綢之路挑戰(zhàn) 拉力活動 經(jīng) 8 天 7 夜的征程 于 l0 月 26 日完成了從西安到敦 煌的長途行駛 接受了惡劣路況的考驗 同時 該車由西安交大獨創(chuàng) 是世界上第一 輛實現(xiàn)了利用車輛振動能量進(jìn)行壓電發(fā)電功能的電動汽車 在企業(yè)方面 國內(nèi)各大汽車公司紛紛投入了大量的人力 物力與資金進(jìn)行電動汽 車的研發(fā) 并取得了豐碩的成果 國內(nèi)從事純電動汽車研發(fā) 少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運(yùn) 營的有東風(fēng) 天津清源 北京理工科凌 比亞迪 萬向等企業(yè) 天津清源電動車輛有 限公司 深圳雷天公司等單位研發(fā)的純電動汽車 其整車的動力性 經(jīng)濟(jì)性 續(xù)駛里 程 噪聲等指標(biāo)已達(dá)到甚至超過國外同級別車型 初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力 東風(fēng)公司是國內(nèi)最早從事電動汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一 開發(fā)了游覽車 多功能 車 工業(yè)專用車和高爾夫球車等 4 大系列 近 20 個品種的純電動車 包括東風(fēng)純電 動轎車 EQ7160EV 純電動富康轎車 EQ7140EV 純電動客車 EQ6690EV 等 7 2003 年東風(fēng)純電動車實現(xiàn)商品化銷售以來 已累計銷售 1000 余臺 進(jìn)入行業(yè)前三甲 截止到 2005 年 11 月 參與示范運(yùn)營的東風(fēng)純電動小巴有 93 臺 到 2010 年 東風(fēng)電 動車公司計劃實現(xiàn)純電動場地車銷售 5000 輛的年產(chǎn)銷量 天津市電動車輛研究中心與天津一汽產(chǎn)品開發(fā)中心聯(lián)合眾多汽車技術(shù)研究中心與 大學(xué)資源 組建天津清源電動車輛有限責(zé)任公司 承擔(dān) 863 計劃重點項目 XL 2 純電 動轎車 研發(fā)工作 各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平 全車總重 1600kg 最高時速 達(dá)到 140km h 續(xù)駛里程超過 260km 0 50km h 的加速時間 6 8s 被認(rèn)為是國內(nèi)水 平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動車型 2005 年 清源公司開發(fā)的 6 輛 幸福使者 純電動 汽車出口美國 這是國內(nèi)電動汽車整車第一次出口 根據(jù)美方要求 該車作為美國家 庭用車 最高時速限定為 40km 最大續(xù)駛里程 100km 整車定價近 1 萬美元 之后 清源公司繼續(xù)向美國出口純電動轎車 2005 年出口總數(shù)達(dá)到 112 輛 2006 年銷往歐 美 500 輛 2007 年國際市場訂單已超過 1000 輛 2006 年底 清源公司在天津濱海新 區(qū)建設(shè)電動汽車研發(fā)制造基地 形成一條年產(chǎn) 2 萬輛純電動汽車的生產(chǎn)線 比亞迪股份有限公司憑借其在電池領(lǐng)域的優(yōu)勢 率先將電動轎車實現(xiàn)商業(yè)化 2008 年 12 月 15 日 推出世界第一款雙模電動車 F3DM 純電動模式可持續(xù)行駛 100 多公里 電池循環(huán)充電 2000 次后容量還有 80 以上 實際可使用 4000 次 目前比亞 迪已經(jīng)在北京 上海 深圳 西安等四大基地完成了內(nèi)部實驗性電動汽車充電站的建 設(shè) 2010 年 在廣州國際車展上 比亞迪公司推出了全球首款批量投放純電動出租車 E6 同時 2012 年北京國際車展比亞迪有望推出性價比更高的純電動汽車 秦 萬向集團(tuán)公司從 1999 年開始涉足電動汽車領(lǐng)域 目前已經(jīng)研制出了純電動轎車 和純電動公交車 運(yùn)行總里程已經(jīng)超過了 15 萬公里 其純電動轎車最高時速為 126km h 經(jīng)濟(jì)時速下最大續(xù)駛里程為 380km 百公里平均耗電量為 11kWh 純電動 公交車最高時速為 90km h 經(jīng)濟(jì)時速下的最大續(xù)駛里程為 280km 百公里平均耗電 量為 70kWh 充電方式采用設(shè)置換電站快速更換電池組方式 2006 年 4 月 萬向集 團(tuán)公司研制的鋰離子電池電動汽車在杭州開始示范運(yùn)行 同時 在 2010 年 10 月的廣州國際車展上 長安 江淮 奇瑞等自主品牌也紛紛 推出了自主研發(fā)的純電動汽車 如今 在能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益加劇的形式下 國 內(nèi)的電動汽車猶如雨后春筍一般涌現(xiàn) 1 3 2 國外純電動汽車發(fā)展研究狀況 在電動汽車的發(fā)展進(jìn)程中 各國和各地區(qū)都依據(jù)自己的國情和特點選擇了不同的 技術(shù)路線 而處在技術(shù)領(lǐng)先位置的仍然是日本 美國和歐洲 他們在電動汽車的車速 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 8 續(xù)駛里程 加速性能 動力蓄電池 基礎(chǔ)設(shè)施等方面都有較大的優(yōu)勢 日本的資源貧乏 能源供給大部分得依靠海外 且主要是石油資源 各領(lǐng)域都在 尋求更好的對策以便應(yīng)對能源問題 在日本的能源消費(fèi)中 運(yùn)輸部門大約占 25 1997 年 其中 50 以上的石油是用于汽車產(chǎn)業(yè)上的 也就是說 電動汽車的發(fā) 展和促進(jìn) 對日本能源狀況的改善可以說是至關(guān)重要的 我國目前的能源消耗情況和 日本類似 但隨著汽車保有量的快速增長 形勢會比日本更加嚴(yán)峻 1967 年 日本為了促進(jìn)本國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成立了日本電動汽車協(xié)會在之后 的 20 年間 日本制定了 電動汽車的開發(fā)計劃 和 第三屆電動汽車普及計劃 并 制定了汽車生產(chǎn)和保有量目標(biāo) 本田公司作為日本主要的汽車制造商之一 在電動汽 車方面的研究主要集中在混合動力和燃料電池汽車兩個方向 在 1999 年推出 Insight 2004 年推出 Accord Hybrid 2006 年推出 Civice Hybrid 都顯示了本田公司在 混合動力電動汽車上做的努力 燃料電動汽車方面也于 2006 年試行 FCX 該車由交 流同步電動機(jī)驅(qū)動 最高車速為 160km h 可以連續(xù)行使 570km 與本田相比 豐田 公司在電動汽車領(lǐng)域也取得了更大的成功 只是豐田主要把研究的重點放在了混合電 動汽車 自上世紀(jì) 80 年代開始 豐田公司就研制了 EV10 EV40 的一系列電動汽車 1995 年普銳斯研制成功并于 1997 年投放市場并取得很大成功 普銳斯 2005 屬于重度 混合動力電動汽車 它采用永磁同步電動機(jī)和四缸發(fā)動機(jī)共同驅(qū)動 使得該車的節(jié)能 與續(xù)航能力更加突出 因此更具有實用性 截至 2010 年年底 全球銷量已經(jīng)超過 140 萬輛 是當(dāng)前最成功的混合動力電動汽車 日本另外的一個著名的汽車品牌 日產(chǎn) 也致力于發(fā)展電動汽車 日產(chǎn)公司設(shè)計的電動汽車主要是純電動汽車和混合動力電動 汽車 同時也將燃料電池電動汽車上升到一定戰(zhàn)略地位 比較成熟的產(chǎn)品有 Altra Nissan Tino 以及 Altima Hybrid 日產(chǎn)在燃料電動汽車的主要作品是 FCV2005 它集中了日產(chǎn)公司的核心技術(shù) 如鋰電池技術(shù) 高壓電子技術(shù)和 Tino Hybrid 的控制技術(shù)等 15 19 美國采用政府和企業(yè)雙作用力的方式 加速電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展 美國汽車工業(yè)十 分發(fā)達(dá) 汽車產(chǎn)量大 保有量最多 石油消耗量和汽車排放污染物均居世界首位 為 保持汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 美國制定了非常嚴(yán)格的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn) 并較早地大 力鼓勵發(fā)展電動汽車 先后推出了 PNGV Freedom CAR AVP 計劃 在美國能源部 的大力支持下 汽車廠商在電動汽車的開發(fā)研制中投入大量的人力物力 并且取得了 很大的研究成果 20 21 表 1 1 列出了美國部分純電動汽車的技術(shù)性能參數(shù) 表 1 1 美國部分純電動汽車的技術(shù)性能參數(shù) 車 型 通用 EV1 通用 S10 福特 Rangar 克萊斯勒 EPIC 9 整車參數(shù) 整備質(zhì)量 1350Kg 滿載質(zhì)量 1550Kg 整備質(zhì)量 1350Kg 滿載質(zhì)量 1550Kg 整備質(zhì)量 2125Kg 滿載質(zhì)量 2455Kg 整備質(zhì)量 2318Kg 滿載質(zhì)量 2682kg 類型 鎳氫 Ni H 鉛酸 Pb acid 鉛酸 Pb acid 鋰離子 Li ion 動力 電池 性能 電池容量 55A h 額定電壓 312V 電池容量 55A h 額定電壓 312V 電池容量 74A h 額定電壓 312V 額定電壓 360V 類型 交流感應(yīng)電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī) 驅(qū)動 電機(jī) 最大功 率 Kw 102 67 性能參數(shù) 最高速 128Km h 0 96 加速 9s 續(xù)駛里程 144Km 最高速 50Km h 續(xù)駛里程 80Km 最高速 120Km h 0 96 加速 12 5s 續(xù)駛里程 80Km 最高速 128Km h 續(xù)駛里程 200Km 歐洲地區(qū)延續(xù)其一貫的純電動汽車與清潔柴油等替代能源汽車的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢 特別是歐盟委員會又頒布了更為嚴(yán)格的二氧化碳排放標(biāo)準(zhǔn) 更多歐洲國家政府和跨國 汽車公司將零排放的純電動汽車作為產(chǎn)品研發(fā)主要方向 紛紛推出純電動汽車 雪鐵龍 C Zero 的動力系統(tǒng)為一臺永磁同步電動機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)速在 3200 6200rpm 時 最大功率為 48kw 最大扭矩為 182N m 0 100km h 加速時間為 15s 最高車速約為 130km h 一次充電后可行駛 160 公里 日本 10 15 模式 雪鐵龍 C Zero 采用鋰電池 供電 充電需要 6 個小時 而快速充電時 只需要半小時就可達(dá)到 80 的電量 奔馳 Smart 電動車型配置輸出功率為 40 馬力的電機(jī) 電機(jī)放置在該車的車尾 采 用后驅(qū)結(jié)構(gòu) 其從 0 60Km h 所需的加速時間為 6 5s 最高時速可達(dá) 100Km h Smart 電動車的電動機(jī)由鋰離子電池提供電能 最大可儲存 14KW 的電能 續(xù)航里程可達(dá) 115Km 鋰離子電池被安放在車身的中部 憑借每百公里僅消耗 12Kw h 電量 Smart 電動汽車成為城市交通中最節(jié)能 最環(huán)保的車型之一 22 26 1 4 本文主要研究內(nèi)容 對于純電動汽車各項關(guān)鍵技術(shù)的研究 世界各國都做出了不少研究 可以講在各 項關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)相當(dāng)成熟 只是還沒有突破各項關(guān)鍵技術(shù)而已 基于硬件的缺乏和 條件的制約 所以本文重點參照某款緊湊型轎車的基本參數(shù)進(jìn)行純電動汽車的傳動系 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 10 統(tǒng)選型 匹配設(shè)計 建模以及動力性仿真等研究 本文主要內(nèi)容如下 1 對純電動汽車的研究背景 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡要概述 2 介紹了純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3 關(guān)于純電動汽車的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式作了簡要介紹 并選擇了本文所要研究 的傳動系統(tǒng)布置形式 4 根據(jù)緊湊型轎車動力性能指標(biāo) 對純電動汽車傳動系統(tǒng)中的主要部件進(jìn)行了 選型和匹配 包括驅(qū)動電機(jī) 傳動系統(tǒng)和蓄電池等 5 本文在 ADVISOR 中建立了純電動汽車的整車和傳動系統(tǒng)各部分的模型 并 進(jìn)行了整車動力性仿真 6 對純電動汽車整車動力性仿真結(jié)果進(jìn)行分析 驗證了傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計合理 性 11 第二章 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 當(dāng)前 在沒有突破動力電池關(guān)鍵技術(shù)的條件下 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配 與選型對于純電動汽車整車動力性 經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程具有顯著影響 純電動汽車傳 動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動電機(jī) 傳動系統(tǒng) 動力電池和控制系統(tǒng)四部分 由于本文的主要 研究內(nèi)容是傳動系的匹配設(shè)計 因此 主要針對驅(qū)動電機(jī) 傳動系統(tǒng)和動力電池進(jìn)行 匹配設(shè)計 控制系統(tǒng)暫不研究 本章首先提出純電動轎車的整車參數(shù)和性能要求 接 著根據(jù)緊湊型轎車所需的動力對驅(qū)動電機(jī) 傳動系統(tǒng)以及動力電池進(jìn)行選型和參數(shù)匹 配 最后給出了匹配結(jié)果 包括傳動系統(tǒng)的布置形式和各部件的參數(shù)指標(biāo) 本章在理 論上對傳動系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計 從而可以滿足整車的動力性 也能降低改裝成本和提高 續(xù)駛里程 2 1 純電動汽車動力系統(tǒng)的布置方案 關(guān)于純電動汽車的動力系統(tǒng) 具有不同的布置形式 合理的傳動系統(tǒng)布置會使得 整車的動力性 經(jīng)濟(jì)性和舒適性等性能得到提升 按照傳統(tǒng)的分類方法 動力系統(tǒng)具 有四種布置形式 以下簡要介紹幾種動力系統(tǒng)布置方案的方式 結(jié)構(gòu) 性能要求等 并選擇本文緊湊型純電動轎車的動力系統(tǒng)布置方案 圖 2 1 傳統(tǒng)驅(qū)動模式 1 電動機(jī) 2 離合器 3 變速器 4 傳動軸 5 驅(qū)動橋 6 轉(zhuǎn)向器 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 12 第一種是與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置方式一樣 同樣帶有變速器和離合器 只是利 用電動機(jī)替代了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機(jī) 屬于改裝型電動汽車 如圖 2 1 所示 這種布置 方式可以提高電動汽車的起動轉(zhuǎn)矩 增加低速時電動汽車的后備功率 第二種取消了離合器和變速器 如圖 2 2 所示 這種布置方式具有緊湊的結(jié)構(gòu) 傳動效率高 安裝簡單等特點 但這種方式對電機(jī)的要求較高 不僅要求電機(jī)具有較 高的起動轉(zhuǎn)矩 而且要求具有較大的后備功率 以保證電動汽車的起動 爬坡 加速 超車等動力性 圖 2 2 電動機(jī)驅(qū)動橋組合式 1 轉(zhuǎn)向器 2 電動機(jī)驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) 圖 2 3 電機(jī)驅(qū)動橋整體式 1 轉(zhuǎn)向器 2 電動機(jī)驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) 13 第三種是電機(jī)驅(qū)動橋整體式 該種方式將電動機(jī)裝到驅(qū)動軸上 直接由電動機(jī)實 現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換 這種方式同樣對電機(jī)具有較高要求 大的起動轉(zhuǎn)矩和后備功率 同時不僅要求控制系統(tǒng)具有較高的控制精度 而且要具備良好的可靠性 從而保證電 動汽車行駛的安全 平穩(wěn) 第四種是輪轂電機(jī)式 該種方式和第三種方式比較接近 將電動機(jī)直接安裝到驅(qū) 動輪上 由電機(jī)直接驅(qū)動車輪行駛 當(dāng)然 該種方式使得電動汽車的結(jié)構(gòu)更為緊湊 目前 我國的電動汽車大多建立在改裝車的基礎(chǔ)上 其設(shè)計是一項機(jī)電一體化的 綜合工程 改裝后高性能的獲得并不是簡單地將內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動機(jī)和油箱替換成電 動機(jī)和蓄電池便可以實現(xiàn)的 它必須對蓄電池 電動機(jī) 變速器 減速器和控制系統(tǒng) 等參數(shù)進(jìn)行合理的匹配 而且在進(jìn)行總體方案布置時必須保證連接可靠 軸荷分配合 理等 本文綜合以上幾種動力系統(tǒng)布置形式和本文所參照的緊湊型電動轎車建立在改裝 車的基礎(chǔ)上 本文設(shè)計了如下的動力系統(tǒng)布置方案 見圖 2 5 所示 圖 2 4 輪轂電機(jī)式 1 轉(zhuǎn)向器 2 輪轂電機(jī) 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 14 本方案采用的是電動機(jī)前置前驅(qū)的布置形式 電動機(jī)發(fā)出的動力通過變速器與離 合器組合通過車軸傳遞給車輪 驅(qū)動車輪前進(jìn) 同時 將蓄電池和控制器布置在座椅 下面 這種布置方案是參考當(dāng)前最低成本的改裝方案 4 2 2 純電動汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)確定 本文參照某緊湊型純電動轎車 對轎車的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了分析 最終確立了本文 研究車型的整車參數(shù)如下表 表 2 1 緊湊型純電動轎車整車參數(shù) 整車尺寸 mm 4038 1720 1500 電池類型 鋰離子電池 整備質(zhì)量 Kg 1450 傳動效率 T 0 9 離地間歇 mm 120 續(xù)駛里程 Km 150 前 后輪距 mm 1460 1445 空氣阻力系數(shù) CD 0 38 軸 距 mm 2500 迎風(fēng)面積 A m2 2 136 輪胎規(guī)格 185 55R15 車輪滾動半徑 r m 0 29 圖 2 5 緊湊型電動轎車動力系統(tǒng)布置方案 1 變速器與減速器組合 2 電動機(jī) 3 蓄電池位置 4 轉(zhuǎn)向器 15 驅(qū)動方式 前置前驅(qū) 滾動阻力系數(shù) f 0 014 同時 在電動汽車行駛過程中會經(jīng)歷不同的工況 譬如 坡道行駛 加速工況等 因而對電動汽車的最高車速 最大爬坡度 加速時間和最大續(xù)駛里程等性能有具有要 求 參照諸多文獻(xiàn) 確立如下緊湊型純電動轎車的動力性指標(biāo) 1 最高車速 140Km h 2 最大爬坡度 30 3 加速時間 6 5s 0 50Km h 的加速時間 4 蓄電池放電深度 80 能夠以速度 30Km h 行駛 150 公里 2 3 電動機(jī)參數(shù)匹配 電動機(jī)是純電動轎車中輸出動力的部分 是整個電動轎車的心臟 電動機(jī)的選擇 直接關(guān)系到電動轎車的動力性能 只有所選擇的電動機(jī)具有足夠可以調(diào)節(jié)的動力范圍 才能在不同的工況下實現(xiàn)電動轎車的加速 減速或是制動停車等功能 電動機(jī)參數(shù)的 選擇主要是對電機(jī)的峰值功率 額定功率 最高轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速和額定電壓等參數(shù)的 匹配計算 經(jīng)過理論計算 使設(shè)計的電機(jī)參數(shù)能夠滿足整車的動力性 即不出現(xiàn)動力 不足或是動力過剩浪費(fèi)的情況 電動機(jī)功率選擇越大 則電動汽車的后備功率越多 加速性和爬坡度性越好 但電動機(jī)的體積和質(zhì)量會迅速增加 使得電動機(jī)不能在高效 率區(qū)工作 從而影響了車輛的續(xù)駛里程 另外 電動機(jī)的成本也會隨著電動機(jī)功率的 增加而增加 電動機(jī)功率選擇過小 將無法實現(xiàn)電動汽車所要求的性能指標(biāo) 影響整 車的加速性能 甚至?xí)斐呻姍C(jī)及其他設(shè)備的損壞 因此 合理選擇電機(jī)的峰值功率 和額定功率至關(guān)重要 27 28 2 3 1 電動機(jī)類型選擇 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)要求電機(jī)具有較高的可靠性 耐久性 適應(yīng)性 由于車輛的 振動及機(jī)室的高溫環(huán)境 車用電機(jī)在振動大 沖擊大 灰塵多 溫濕變化大的惡劣條 件下運(yùn)行 因而必須適應(yīng)環(huán)境條件的要求 使電機(jī)可靠 安全 穩(wěn)定的運(yùn)行 此外 由于電動汽車在運(yùn)行的過程中速度的變化范圍大 這就要求電機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍 即車用電機(jī)要具備低速大轉(zhuǎn)矩和高速恒功率的特性 29 電動機(jī)的類型很多 主要包括直流電動機(jī) 交流感應(yīng)電動機(jī) 開關(guān)磁阻電動機(jī) 永磁電動機(jī) 對以上四類電動機(jī)的特性作如下對比 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 16 表 2 2 驅(qū)動電機(jī)特性比較 29 項 目 直流電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī) 開關(guān)磁阻電機(jī) 永磁電機(jī) 結(jié) 構(gòu) 有電刷和換向器 可靠性差 結(jié)構(gòu)簡單 牢固 可靠性高 由磁阻電機(jī)和開 關(guān)電路控制器組 成 有永磁體不需要 勵磁電流 效率 高 外形尺寸 大 中 小 小 質(zhì) 量 重 中 輕 輕 最高轉(zhuǎn)速 rpm 4000 6000 9000 15000 10000 4000 10000 效率 75 85 85 92 85 93 90 95 可靠性 一般 優(yōu) 優(yōu) 良 價 格 高 便宜 一般 高 缺 點 有電刷易產(chǎn)生火 花 引起電磁干 擾維修復(fù)雜 體 積大質(zhì)量大 控制系統(tǒng)復(fù)雜 輸出轉(zhuǎn)矩脈動大 具有非線性特性 需要檢測轉(zhuǎn)子磁 極位置 永磁體 有退磁的問題 優(yōu) 點 結(jié)構(gòu)簡單 轉(zhuǎn)矩 控制特性良好 結(jié)構(gòu)簡單 調(diào)速 范圍廣 較小的 轉(zhuǎn)動慣量 技術(shù) 比較成熟 維修 業(yè)比較簡單 結(jié)構(gòu)簡單 牢靠 起動時的轉(zhuǎn)矩大 可調(diào)范圍寬廣 效率高 體積小 重量小 所以能量密度大 控制器比較簡單 效率比較高 運(yùn)用前景 電動汽車發(fā)展初 期得到青睞 與 其他驅(qū)動技術(shù)相 比劣勢較多 目前大部分電動 汽車都選擇其作 為動力來源 尚未成熟 發(fā)展 受到限制 大多數(shù)使用在特 殊電動汽車上 如太陽能電動汽 車 1 直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有成本最便宜 易于無極調(diào)速 控制器簡單便宜 技 術(shù)成熟等優(yōu)點 但由于存在碳刷和換向器 制約了電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速還需要定期維護(hù) 使用很不方便 加上電機(jī)本身體積大 重量重 效率低 這些因素制約了在電動汽車 上的使用 只能使用在低速 低價的微型電動觀光車上 2 交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與直流電機(jī)系統(tǒng)相比 具有效率高 結(jié)構(gòu)簡單 堅 實可靠 免維護(hù) 體積小 重量輕 易于冷卻 壽命長等許多優(yōu)點 感應(yīng)電機(jī)本身比 直流電機(jī)成本低 但控制成本比直流電機(jī)高 但隨著功率電子技術(shù)的不斷進(jìn)步 兩者 的成本差距越來越接近 17 3 開關(guān)磁阻電動機(jī)主要特點是結(jié)構(gòu)緊湊牢固 適合于高速運(yùn)行 并且驅(qū)動電 路簡單成本低 性能可靠 在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高 而且可以方便地實現(xiàn) 四象限控制 缺點是轉(zhuǎn)矩脈動大 電磁噪聲大 此外 相對永磁電機(jī)而言 功率密度 和效率偏低 隨著技術(shù)進(jìn)步 該電機(jī)在電動汽車上也具有較好的應(yīng)用前景 4 永磁電動機(jī)可分為永磁無刷直流電動機(jī)和永磁交流同步電動機(jī) 前者的優(yōu) 點是 控制器簡單 輸出轉(zhuǎn)矩大 缺點是轉(zhuǎn)矩脈動大 后者的優(yōu)點是 轉(zhuǎn)矩脈動小 控制較復(fù)雜 對于同功率電機(jī) 其轉(zhuǎn)矩比無刷直流電機(jī)小 可利用矢量算法可以實現(xiàn) 寬范圍的恒功弱磁調(diào)速 綜上所述 永磁無刷直流電機(jī)具有優(yōu)越的起動和調(diào)速性能 沒有換向器和電刷 壽命長 噪音低和電子干擾小等優(yōu)點 在電動汽車設(shè)計中遇到的諸如起步不穩(wěn)定 電 機(jī)噪音大以及行駛過程中頻繁制動 加速等問題都可以得到解決 同時直流電機(jī)驅(qū)動 技術(shù)較成熟 成本較低 所以本文選擇永磁無刷直流電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī) 4 2 3 2 電動機(jī)參數(shù)確定 電動機(jī)的功率包括額定功率和最大功率 電動機(jī)的功率選的越大 則電動汽車的 后備功率越多 加速和爬坡性能越好 但同時電機(jī)的體積和質(zhì)量也會迅速增加 而且 會使電動機(jī)不能經(jīng)常工作在峰值功率附近 從而會出現(xiàn) 大馬拉小車 的現(xiàn)象 造成功 率浪費(fèi) 是電機(jī)效率下降 因此 電動機(jī)的功率不能選得太大 應(yīng)該依據(jù)電動汽車的 最高車速 爬坡度和加速性能來確定電動機(jī)的功率 4 28 30 1 根據(jù)汽車最高車速確定電動機(jī)功率 設(shè)計中常常以先保證汽車預(yù)期的最高車速來初步選擇電動機(jī)應(yīng)有的功率 已知電 動汽車期望的最高車速 選擇的電動機(jī)功率大體上等于但不小于汽車以最高車速行駛 時行駛阻力消耗的功率之和 電動汽車以最高車速行駛消耗的功率為 4 1 3600 76140 3 2 1 式中 M 為整車質(zhì)量 Kg f 為滾動阻力系數(shù) C D 為空氣阻力系數(shù) A 為迎風(fēng)面積 m 2 u max 為最高行駛車速 Km h 將表 2 1 中的參數(shù)帶入公式 2 1 中得到式 2 2 10 9 1450 9 8 0 0143600 140 0 38 2 13678140 1403 40 27 2 2 2 根據(jù)汽車爬坡度確定電動機(jī)功率 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 18 電動汽車以某一車速爬上最大坡度消耗的功率為 1 cos 3600 76140 3 sin 3600 2 3 式中 u a 為電動汽車行駛速度 Km h i 為坡度 本文所設(shè)計的最大爬坡度為 30 即 i 30 取爬坡時電動汽車的行駛速度為 ua 25Km h 將表 2 1 中的參數(shù)帶入公式 2 3 得 10 9 1450 9 8 0 014 cos arctan 30 3600 25 0 38 2 13676140 253 1450 9 8 sin arctan 30 3600 25 33 16 2 4 3 根據(jù)電動汽車加速性能確定電動機(jī)功率 電動汽車在水平路面上加速行駛消耗的功率為 1 3600 76140 3 3600 2 5 式中 為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) 在 汽車?yán)碚?中根據(jù) igi0 值查得 1 065 u 為汽車加速過程的瞬時車速 Km h 為汽車加速度 m s 2 而汽車加速過程中 瞬時車速可根據(jù)經(jīng)驗公式表示為 31 33 2 6 式中 u m 為車輛末速度 Km h t m 為車輛的加速時間 s x 為擬合系數(shù) 一般取 值 0 5 左右 車輛在加速過程的末時刻 電動機(jī)輸出的功率最大 因此加速過程中最大功率需 求為 13600 2 3 6 1 21 15 3 2 7 式中 d t 為設(shè)計過程的迭代步長 通常去 0 1s 就能滿足精度要求 將表 2 1 中的數(shù)據(jù) 代入公式 2 5 中 根據(jù)汽車加速從 0 到 50Km h 所需要的時間為 6 5s 得到 19 13600 0 9 1 065 1450 5023 6 0 1 1 6 5 0 16 5 0 5 1450 9 8 0 014 50 0 38 2 13621 15 503 30 11 2 8 根據(jù)以上三種情況分別計算出了各自所需最大功率 為滿足動力性的這三項指標(biāo) 驅(qū)動電機(jī)峰值功率 Ppeak 必須滿足上述所有的要求 4