喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 目錄 摘要 I 第1章 緒 論 1 1.1電動汽車發(fā)展概述 1 1.1.1國外電動汽車的發(fā)展概述 1 1.1.2 國內電動汽車發(fā)展概述 2 1.2 本論文研究的目的和意義 3 1.3 本文研究的主要內容 4 第2章 電動汽車的基本結構 5 2.1 電動汽車的基本組成 5 2.1.1 電源 5 2.1.2 電池管理系統(tǒng) 5 2.1.3電機驅動系統(tǒng) 6 2.1.4 底盤和車身 6 2.1.5 輔助設施 7 2.2 純電動汽車的動力傳動系統(tǒng)的基本結構及布置方式 7 2.3 本章小結 9 第3章 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)選擇及匹配 10 3.1 某型純電動汽車的整車參數(shù)和性能指標 10 3.2 電動機參數(shù)匹配設計 10 3.2.1 電動機最高轉速及額定轉速的選擇 11 3.2.2 電動機峰值功率及額定功率的匹配 11 3.2.3 電動機額定電壓的選擇 13 3.3 電動汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)設計 13 3.3.1 傳動系傳動速比設計 13 3.3.2 傳動系變速器的選擇 15 3.3.3 檔位數(shù)和換擋規(guī)律對整車的性能影響分析 17 3.4 電池組參數(shù)匹配設計 18 3.4.1 電池組參數(shù)的確定 20 3.5 匹配結果 21 3.6 本章小結 22 第4章 建立整車動力學模型 23 4.1 Matlab/Simulink的簡介 23 4.2 電機模型的建立 23 4.3 電池模塊的建立 25 4.4 變速器模塊的建立 26 4.5 整車模型的建立 27 4.5.1 汽車行駛動力學方程 27 4.5.2 整車動力學模型的建立 28 第5章 仿真結果與分析 30 5.1 循環(huán)工況的選擇 30 5.2 仿真結果與分析 30 5.2.1 ECE-EUDC循環(huán)工況仿真與分析 30 5.2.2 日本1015工況仿真與分析 32 5.3 本章小結 34 第6章 全文總結及展望 35 6.1 全文總結 35 6.2 展望 35 致 謝 36 參考文獻 37 摘要 隨著環(huán)境污染和能源短缺的問題日益突出，純電動汽車以其零排放、低噪聲等優(yōu)點而倍受關注，世界各國都把電動汽車作為汽車工業(yè)的發(fā)展方向。 本文首先對純電動汽車的基本結構及相關的動力電池技術、電動機及其控制技術和能量管理技術進行了介紹。純電動汽車與燃油汽車的主要區(qū)別在于它們的驅動系統(tǒng)不同。通過比較幾種常見的驅動系統(tǒng)布置方案，對蓄電池、電機等動力元件進行選型。在此基礎上，對參數(shù)選擇和參數(shù)問的合理匹配進行分析研究，提出一套比較合理的純電動汽車驅動系統(tǒng)參數(shù)的設計理論原則。 本論文以SC7130純電動汽車作為研究對象，以整車的動力性作為指標要求， 從汽車的動力學出發(fā)，匹配設計了傳動系統(tǒng)的關鍵參數(shù)，包括電機參數(shù)、電池參數(shù)、傳動比及變速箱等。并利用Matlab/Simulink仿真軟件建立了電動汽車的蓄電池、電動機、傳動系等仿真模型。根據(jù)電動汽車的動力性要求，進行了其加速性能，最高車速，最大爬坡度和續(xù)駛里程等性能的仿真研究。仿真結果表明其傳動系參數(shù)的選擇和匹配基本合理。 本文對純電動汽車傳動系統(tǒng)所進行的參數(shù)選擇匹配及仿真研究，為發(fā)展純電動汽車及開發(fā)滿足純電動汽車性能的傳動系統(tǒng)，提供了一定的理論依據(jù)、技術參考和研究方法。 關鍵詞：純電動汽車；傳動系統(tǒng)；參數(shù)匹配；Matlab/Simulink Abstract Along with the increasingly concern about the shortage of energy and the pollution of the environment, pure electric vehicles have been developed for its benefit of zero emission and low noise. Many countries make electric vehicles as the development direction of automobile industry. First discuss the basic structure of the electric vehicle and its reference techonology,the battery,the motor and its control，and the energy management system．The main difference between the electric vehicle and the fuel vehicle is the drive system．Despite of the electric vehicle is using for reference of the fuel vehicle，but it has its owned character,the structure，performance and techonology parameters．Then select the power parts of battery and motor through the compare of different kinds of drive system disposal．Based on the disposal,study the parameters selection and their matching，and put forward a reasonable principle to design the drive system of electric vehicle，and choose the parameters of the under design electric vehicle. In this thesis, based on SC7130 EV as research object. According to the power-train requirement of electric vehicle，considering the dynamics of the vehicle, the key parameters of power-train including motor parameters,battery parameters, transmission ratio ,transmission gear several choice and so on, which are designed and matched. Utilizing the simulation soft of Matlab/Simulink to build the simulation models about the battery, the motor, the power-train and so on. According to the requirement of the electric vehicle dynamic performance, acceleration ability, maximum speed, climbing performance, cruising range are simulated. The results indicate that the choice of power- train parameters can satisfy the requirement. In this paper, research on Electric Vehicle Power-train System Parameter Matching and Simulation provide the theoretical basis, technical reference and research methods for the development of pure electric vehicles and the Power-train System which can satisfy the vehicles ' performance. Key words: pure electric vehicles; power-train system; parameter matching Matlab/Simulink I 第1章 緒 論 內燃機汽車經過一百多年的發(fā)展，逐步實現(xiàn)了機電一體化，其性能也越來越完善。另外汽車工業(yè)的發(fā)展促進了國民經濟的發(fā)展，同時汽車也成為人們生 活中不可缺少的交通運輸工具。因此，汽車行業(yè)已成為大多數(shù)國家的支柱產業(yè)。但是，傳統(tǒng)燃油汽車給人類帶來利益的同時也給人類帶來了巨大的危害，由于汽車的有害氣體的排放和噪聲污染，人們的身體健康也因此受到了威脅。隨著 世界上汽車保有量的日益增加，汽車排出的廢氣對環(huán)境的污染也越來越嚴重。 同時伴隨著當今世界各國對能源的需求越來越多，而現(xiàn)今石油儲存量越來越少， 燃油汽車將面臨著能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力。因而，當今汽車工業(yè)的發(fā)展勢必向低噪聲、零排放、低碳環(huán)保的方向發(fā)展，既走可持續(xù)發(fā)展的道路。所以，電動汽車將成為未來發(fā)展的主要趨勢。 電動汽車與傳統(tǒng)內燃機汽車相比具有較多的優(yōu)點。純電動汽車具有零排放，低噪聲、安全可靠且操作簡單等優(yōu)點，可被稱為“綠色的交通工具”[1]。電動汽車零排放技術將會減輕汽車尾氣對大氣的污染，由于傳統(tǒng)汽車造成的能源短缺，環(huán)境污染的問題日益嚴重，因此當今世界開發(fā)研制電動汽車將成為各國政 府，學術界及汽車行業(yè)的主要任務。 1.1電動汽車發(fā)展概述 1.1.1國外電動汽車的發(fā)展概述 汽車尾氣的排放污染和能源危機促使世界各國汽車行業(yè)都在迅速研制和開發(fā)電動汽車，并且有了一定的成果。由于日本是能源短缺的工業(yè)大國，城市污染較嚴重，早在 30 多年前就開始了對新能源電池的研究。同時日本對新能源電動汽車的開發(fā)與研制工作也啟動的較早。日本的電動汽車技術在全世界來說，是少數(shù)幾個國家中發(fā)展速度最快的之一，尤其混合動力汽車的發(fā)展日本在世界 上居首位。1997年12月，世界上第一款混合動力轎車 PRIUS 由豐田汽車公司 在日本市場上進行推出2000 年 7 月至 9 月，該轎車開始向北美、歐洲出口?，F(xiàn)在該轎車已遍布世界上20多個國家。目前市場上銷售的產品已經是第二代產品，其汽車的綜合性能有了進一步的提高，成本也有了降低。據(jù)有關統(tǒng)計數(shù)據(jù) 顯示，全球混合動力汽車市場 90%的份額被豐田汽車公司占據(jù)。2004 年9 月15日，豐田汽車公司與一汽集團就混合動力汽車項目，在北京簽訂了合作協(xié)議，并宣布在 2005 年內，豐田PRIUS混合動力轎車由雙方共同生產。因此，PRIUS混合動力轎車在中國市場上也有了銷售。接著，豐田汽車公司還推出了搭載軟 混合動力系統(tǒng)的CROWN轎車和 ESTIMA混合動力汽車。豐田汽車公司推廣的混合動力系統(tǒng)的經濟性能和行駛動力性能居世界的前列。除此之外，本田汽車 公司研制的Insight混合動力電動汽車銷售狀況良好。Civic 混合動力汽車由本田田汽車公司于2002年4月在美國市場上銷售。在2006 年，日產汽車公司把 Altima 牌混合動力汽車投放到美國市場，這是日產與豐田公司合作生產的第一個混合動力汽車產品[2、3]。 美國的汽車公司在電動汽車的研制開發(fā)方面和日本相比較要差很多，美國的三大汽車公司生產、銷售的純電動汽車還是小批量，還沒有達到一定的規(guī)模。然料電池電動汽車和混合動力汽車還未能實現(xiàn)產業(yè)化，因此日本的混合動力汽 車在美國市場上占據(jù)了重要的地位?；旌蟿恿﹄妱悠囇邪l(fā)合同由美國能源部與三大巨頭汽車公司在 1993 年簽訂。其中三大汽車公司分別投入的資金如下：通用投入1.48億美元，克萊斯勒投入8480萬美元，福特投入1.38億美元，這些資金預計使用5年來研發(fā)電動汽車。在此基礎上，目前已推出三款混合動力 概念車 Daimler Chrysler DodgeESX3、GM Precept 、Ford Prodigy。在 2004年12月14日，通用汽車公司與戴姆勒-克萊斯勒汽車公司共同合作開發(fā)混合動力電動汽車，以此推動混合動力汽車的發(fā)展。在2009年2月，在金融風暴的沖擊下，美國政府大力支持本國電動汽車的研發(fā)，三大汽車公司配合政府支持各企業(yè)的新能源項目[4、5、6、7]。 歐洲各國汽車公司也都在開發(fā)和研究新能源電動汽車項目。就目前來看，法國是世界上電動汽車的普及程度和保有量最多的國家，據(jù)估計已有2萬輛不同的電動汽車投入使用，純電動汽車大概約有8000輛[8]。 總的來說，目前，日本和美國的電動汽車研究處于世界的領先水平，其他國家對電動汽車的研究還處在一定的階段。 1.1.2 國內電動汽車發(fā)展概述 1981年，我國開始正式對電動汽車進行研制，當時全世界各行各業(yè)的人對電動汽車的認識還不夠，往電動汽車上投入的精力和資本都很少。近年來，我國對電動汽車的研究、開發(fā)提上了日程。國家和汽車企業(yè)開始對電動汽車投入大量的資金，并且國家在電動汽車研發(fā)方面給以積極有效的引導[9]。 2006 年 6 月，“十一五”的“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目通過論證。12 月，由13名成員組成的“十一五”的“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家正式成立。這些專家來自不同的單位，涵蓋了節(jié)能與新能源汽車整車技術研究和開發(fā)，驅動電機，蓄電池等關鍵部件技術研究的方面，以及技術標準和實驗測試技術應用方 面。這一構成有利于對項目的整體技術方向的把握并促進項目實現(xiàn)產學研結合?！笆濉逼陂g，中國在電動汽車研究方面投入 24 億元，“十一五”期間有望增 加到 50 億元。2006 年－2007 年，中國新能源汽車產業(yè)取得了重大的進展，中國自主研制的純電動、混合動力和燃料電池三類新能源汽車整車產品相繼問世；混合動力和純電動客車實現(xiàn)了規(guī)模示范。國內的比亞迪、奇瑞、吉利、長安、哈飛等汽車企業(yè)，紛紛在各大國際車展上頻頻亮相，展出了自行研發(fā)的混合動 力汽車，從而在這場新能源的競爭中，取得了不可估量的首發(fā)權。 2008 年，北京成功舉辦了以“綠色、科技、人文”為主題的奧運會，且在 奧運期間使用了許多電動汽車，排放標準達到了世界上最嚴格的要求，電動汽 車無形中在奧運會期間得到了很好的宣傳。2009 年 2月5日，國家出臺了《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財政補助資金管理暫行辦法》，這一舉措剛好適應經濟的發(fā)展，同時節(jié)能減排。政府并對不同類型的電動車給予了不同資金的補助。 在上海世博會上，著名的各大汽車公司都向世界推廣各自獨特的汽車新理念，同時對未來汽車發(fā)展的方向作出預測，并得出結論新能源汽車已經 成為關注的焦點，再加上無污染電動汽車在各個場館都有大量的使用，這些現(xiàn)象都將促進電動汽車在國內的迅速發(fā)展[10]。 計劃到2020年，我國新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的汽車技術達到先進水平，部分技術處于世界領先水平，我國將變成世界上的汽車強國。 用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車上的燃油，全力推進汽車能源動力系統(tǒng)的轉型。計劃到 2015 年，純電動汽車的保有量應用達50萬輛以上；新的電動技術廣泛應用于傳統(tǒng)汽車，混合動力汽車比例將達到年產量的30%以上，電動汽車的關鍵零部件及電動汽車整車產業(yè)化達到一個新的水平。新車平均單車油耗比2009年下降30%以上，達到國際先進水平。 1.2 本論文研究的目的和意義 純電動汽車和傳統(tǒng)內燃機汽車一樣有著復雜的系統(tǒng)，它涉及到各個學科領域。純電動汽車的主要性能指標是最高車速、加速能力、最大爬坡度和續(xù)駛里程等，電動汽車能否達到這些指標的要求，動力傳動系統(tǒng)起著重要的作用，因此，要滿足整車的動力性能，傳動系統(tǒng)參數(shù)合理的選擇及優(yōu)化仿真即是本論文研究的重點。 目前動力電池技術還不夠成熟，有待進一步的研究與開發(fā)，電池性能的好 壞直接影響了純電動汽車的續(xù)駛里程，續(xù)駛里程如果能達到較理想的值，那么 電動汽車的使用數(shù)量將會增加。除電池之外，純電動汽車動力傳動系部件參數(shù) 對純電動汽車的動力性、續(xù)駛里程等都有顯著的影響[15]。因此，本文結合某型 純電動汽車項目，對純電動汽車傳動系的參數(shù)進行選擇和計算，并利用仿真軟 件Matlab/Simulink對其進行仿真分析并對所選的傳動系參數(shù)進行優(yōu)化。在電池和電機參數(shù)不變的條件下，提高整車的傳動系效率增加電動汽車的續(xù)駛里程，以及為將來開發(fā)研制滿足純電動汽車性能的傳動系統(tǒng)奠定了理論依據(jù)。 1.3 本文研究的主要內容 本論文研究的主要內容如下： 1）對純電動汽車動力傳動系參數(shù)設計的原則和方法進行分析和探討。 2）對動力傳動系的主要參數(shù)進行合理的選擇和匹配。 3）應用電動汽車仿真軟件 Matlab/Simulink建立整車動力傳動系統(tǒng)及關鍵部件的性能仿真模型。 4）針對已經建立好的仿真模型運行仿真，并對仿真結果作出分析，驗證動力性及續(xù)駛里程能否滿足整車的動力性求。 第2章 電動汽車的基本結構 2.1 電動汽車的基本組成 對于傳統(tǒng)內燃機汽車，純電動汽車的結構有很大差別，具體組成包括：電力驅動及控制系統(tǒng)、驅動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務的工作裝置等。電力驅動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點。電力驅動及控制系統(tǒng)由驅動電動機、電源和電動機的調速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內燃機汽車相同。 2.1.1 電源 電源為電動汽車的驅動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應用，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。本文討論的對象使用高能鋰電池作為動力源的電動汽車，鋰離子電池由于其比能量大、放電電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應、具有快速充電能力、自放電速率小、具有多種安全保護措施、密封良好，無泄漏現(xiàn)象、環(huán)保等眾多優(yōu)點，使得其在未來電動汽車中的應用前景非常廣闊。 2.1.2 電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)一直是電動汽車發(fā)展中的一項關鍵技術，電池組管理系統(tǒng)最基本的作用是監(jiān)控電池的電池電壓、電流和溫度，通過對這些參數(shù)的測量，預測蓄電池的SOC和相應的剩余行駛里程，管理電池的工作情況，避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現(xiàn)象，以便最大限度地利用電池的存儲能力和循環(huán)壽命。 電池管理系統(tǒng)按照實現(xiàn)方式可以分為兩大類：一類是基于芯片的電池管理系統(tǒng)；另一類是基于分立式器件的電池管理系統(tǒng)?；谛酒碾姵毓芾硐到y(tǒng)一般將前端采集電路、均衡電路以及電量計量算法、通訊功能等集成在芯片中，輔以外圍電路完成對電池的管理功能。具有更小的體積、更高的集成度等優(yōu)勢；基于分立器件的電池管理系統(tǒng)，有基于純硬件和基于軟硬件協(xié)調工作的解決方案，而軟硬件協(xié)調工作方案由于實現(xiàn)更靈活、功能更完善，被廣泛采用。該方案在產品設計的靈活性上占有一定優(yōu)勢。 2.1.3電機驅動系統(tǒng) 電機驅動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功用是將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。 圖2-1 電機驅動系統(tǒng) 目前電動汽車驅動系統(tǒng)主要分為4類：1）、直流電動驅動系統(tǒng)，這種驅動系統(tǒng)結構簡單、電磁轉矩控制特性優(yōu)良，在城市無軌電車上廣泛應用但重量和體積也較大；2）、感應電機驅動系統(tǒng)，這種驅動系統(tǒng)結構簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠、轉矩脈動低、低噪聲、不需要位置傳感器、轉速極限高、矢量控制調速技術比較成熟，但驅動電路復雜，成本高；3）、永磁無刷電機系統(tǒng)，這種驅動系統(tǒng)功率密度較高、電機尺寸小、體積小、轉子結構簡單、穩(wěn)定性好；4）新一代牽引電機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)即開關磁阻電機驅動系統(tǒng)，具有高密度、高效率、低成本、寬調速。 2.1.4 底盤和車身 電動汽車的車身與傳統(tǒng)汽車基本相同，底盤中的傳動系比內燃機汽車有所簡化。在底盤的布置上還要有足夠的空間存放動力電池組，并且要求線路連接方便，充電方便，檢查方便和裝卸方便。能夠實現(xiàn)動力電池組的整體機械化裝卸。這就要求在電動汽車的底盤的布置上，打破傳統(tǒng)的內燃機汽車底盤布置模式，加大承載空間的跨度和承載結構件的剛度，并且充分考慮防止動力電池組滲出的酸或堿液對底盤結構件的腐蝕侵害。 車身采用輕質材料如鎂、鋁、優(yōu)質鋼材及復合材料，優(yōu)化結構，可使汽車自身質量減輕30%-50%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。 2.1.5 輔助設施 輔助系統(tǒng)包括輔助動力源、動力轉向系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、空調器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機、安全保護裝置等，借助這些輔助設備來提高汽車的操縱性、安全性和乘員的舒適性。 2.2 純電動汽車的動力傳動系統(tǒng)的基本結構及布置方式 電動汽車的動力傳動系統(tǒng)是電動汽車的核心部分，其性能決定著電動汽車動力性能的好壞。圖 2-1 為純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的基本組成，由結構圖可以看出該動力傳動系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)和電力驅動系統(tǒng)兩分。電源系統(tǒng)主要有蓄電池和電子控制系統(tǒng)等組成。電力驅動系統(tǒng)主要由變速器傳動裝置、電動機、驅動車輪等組成；其中，電子控制系統(tǒng)主要包括各種傳感器、電機驅動器及控制器。由圖可知：控制器在電能轉化為機械能中起著重要的作用。電機的轉速，轉矩，都有控制器來控制，然后在經過變速器，電機的機械能最終傳給車輪。從圖中知加速踏板、制動踏板、檔位、電機及轉向盤輸出的信號反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)對接收的信號經過處理后在傳送到到電動機驅動器，電機的輸出功率就會得到控制，實現(xiàn)控制驅動電機的轉速和轉矩，輸出的動能 經過變速器最終傳給車輪，然后汽車按駕駛員的要求行使[11]。 圖 2-2 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)基本組成 目前，電動汽車的動力傳動系統(tǒng)常見的布置形式有以下幾種：[16,17] （1）電機+傳統(tǒng)汽車變速器 這種布置方式和傳統(tǒng)的內燃機汽車傳動系統(tǒng)布置方式相同，裝有變速器和離合 器。這種車是將發(fā)動機換成電動機，屬于改裝型電動汽車。這種布置可以提高電動汽車的啟動轉矩，增加后備功率。 （2）固定速比減速器 因這種傳動系統(tǒng)取消了變速器和離合器，減輕了整車的質量。取消了變速器和離合器后，這就要求電動機有足夠高的起動轉矩，有足夠大的后備功率，以此來滿足電動汽車的行駛需求。 （3）電機驅動橋一體化 這種布置方式依然是取消了變速器和離合器。與第二種布置方式不同的是將電動機裝到驅動橋上，變速和差速轉換直接由電動機來實現(xiàn)。這種傳動方式對電動機和控制系統(tǒng)都有較高的要求，同樣要求有足夠大的起動轉矩和后備功率，同時要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度和良好的可靠性，這樣才能保證電動汽平穩(wěn)、安全的行駛。 （4）輪輻電機 這種布置方式同第三種布置方式相似，此種方式是將電動機直接裝到驅動輪上， 機械能不在經過驅動軸傳遞，而是由電機直接驅動車輪行駛。 （5）電機+變速器 此種布置方式與第一種方式的不同之處在于沒有安裝離合器，只安裝變器。安裝變速器可以提高整車的動力性能和整車的效率，且傳動系統(tǒng)的結構不至于那么復雜。 目前，我國的電動汽車的研發(fā)技術還不夠成熟，大都是以傳統(tǒng)發(fā)動機汽車為基礎進而研發(fā)設計的。電動汽車高性能的實現(xiàn)，并不是簡單地將傳統(tǒng)的內燃 機汽車的發(fā)動機和油箱改換成電動機和蓄 電池。它必須通過對傳動系統(tǒng)各部件如電動機、蓄電池、減速器、變速器、和控制系統(tǒng)等參數(shù)進行合理匹配選擇和計算。本論文將要參考第二種和第五種傳動系統(tǒng)的布置方式，然后根據(jù)某型純電動汽車要求的參數(shù)，通過計算來確定最終使用哪一種布置方案。 2.3 本章小結 電動汽車與傳統(tǒng)汽車差別較大，傳統(tǒng)汽車是由發(fā)動機氣缸的往復運動，驅動車輛行駛。而電動汽車是由電機旋轉驅動電機。電機驅動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內燃機汽車的最大不同點。 本章詳細討論電動汽車的5大系統(tǒng)，即電源、電池管理系統(tǒng)、電機驅動系統(tǒng)、車身及底盤、輔助設施。對于電動汽車的設計研發(fā)，有一定的綜合指導作用。 第3章 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)選擇及匹配 3.1 某型純電動汽車的整車參數(shù)和性能指標 本文參考同類型純電動車的相關技術參數(shù)獲得如下數(shù)據(jù)，表3.1，3.2所示為整車參數(shù)和性能指標： 表3.1 純電動汽車整車主要技術參數(shù) 技術參數(shù) 單位 參數(shù)值 滿載質量 kg 1365 空氣阻力系數(shù) - 0.32 迎風面積 1.89 傳動效率 - 95% 車輪滾動半徑 m 0.266 滾動阻力系數(shù) - 0.02 表3.2 純電動汽車動力性能指標要求 動力性能參數(shù) 單位 參數(shù)值 加速性能 s 0~50km/h 的加速時間≤10 0~80km/h 的加速時間≤25 最大爬坡度 - 最高車速 續(xù)駛里程 km 等速工況下≥150；循環(huán)行駛工況下≥115 3.2 電動機參數(shù)匹配設計 電動汽車的動力性評價指標即汽車的最高車速、加速時間和最大爬坡度，電動汽車的動力性評價指標與傳統(tǒng)內燃機汽車評價指標相同。但是，電動機機械特性與傳統(tǒng)汽車發(fā)動機的機械特性有很大的區(qū)別，即電動機的峰值功率與額定功率可差3倍或者更高，但是在最大功率工況下電動機不能長時間工作，因此必須在電動機的額定工況下計算電動汽車的最高車速，最大爬坡度可以在最大功率工況下計算。汽車的起步過程和加速過程時間較短，在理論上可以用電動機的驅動特性進行設計計算。電動機與傳統(tǒng)發(fā)動機特性不同的是，電動機的機械特性是低速時恒轉矩和高速時恒功率，如果傳動系有多個擋位時，其驅動力與內燃機汽車相比也有許多不同，所以在選擇擋位和速比、計算最高車速等 考慮的因素與內燃機汽車也不同。 在純電動汽車的電機參數(shù)選擇和設計中，通常以汽車的最高車速，最大爬坡度和最大加速度來初步選擇電動機的功率。通過上述三種汽車行駛狀態(tài)下的計算，所選擇的電動機功率應大體上等于或者大于汽車以最高車速、最大爬坡度或者最大加速度行駛時行駛阻力消耗的功率之和。電動機參數(shù)設計主要包括 電動機的額定電壓、額定轉速、額定功率、峰值功率、最大轉矩及最高轉速等參數(shù)。 3.2.1 電動機最高轉速及額定轉速的選擇 電動機的轉速越高，就意味著對電動機的制造精度和制造工藝要求就越高，和電機相連的變速器或減速器的的尺寸也會受到影響，此外還會提高制造成本。 轉速在 3000~6000r/min 的為低速電動機，轉速在6000~10000r/min的為中速電機，轉速高于10000r/min 的為高速電動機。中速和高速電動機成本較高、而且制造工藝復雜，對電磁材料的性能，軸承的承載能力有較高的要求。因此在本文中將采用低于6000r/min的低速電機[18]。 電動機最高轉速與額定轉速的比值有一個范圍，這個范圍也被稱為電機擴大恒功率區(qū)系數(shù)β，β值的大小與電動機的轉矩的大小有關，β值越大，電動機在低速下就可以獲得較大的轉矩，大轉矩有利于汽車的爬坡和加速。但β值不易過大，過大會導致功率損耗。因此，一般β值取2~4之間，因此電動機的額定轉速范圍應該在1200~2500r/min 之間。 3.2.2 電動機峰值功率及額定功率的匹配 電動機是電動汽車行駛的動力源，對整車的動力性有直接的影響。所選的電動機功率越大，整車的動力性也就越好，但是如果功率過大，電動機的質量和體積也會增大，且電機的工作效率不高，這樣就不能充分利用有限的車載能源，從而使續(xù)駛里程降低。因此，電機功率參數(shù)設計時通常參考汽車的最高車速，加速時間和最大爬坡度。 首先，根據(jù)電動汽車以最高車速確定電動機的功率： （3-1） 式中：M 為整車質量(kg)；f 為滾動阻力系數(shù)； 為迎風阻力系數(shù)；A 為迎風面積（）；為最高行駛車速（km/h）。 其次，根據(jù)電動汽車以某一車速爬上最大坡度來計算所消耗的功率： （3-2） 式中：為電動汽車行駛速度（km/h）, i為坡度。 最后，根據(jù)電動汽車加速性能確定電動機功率。電動汽車在水平路面上加 速行駛消耗的功率： (3-3) (3-4) 式中，δ為汽車旋轉質量換算系數(shù)； 為飛輪的轉動慣量（）；為車輪的轉動慣量（）；R為車輪半徑（ m ）；為變速器傳動比；為主減速器傳動比。 電動汽車的電動機功率必須能同時滿足汽車動力性能的任何一種要求。所以電動汽車電動機的峰值功率： （3-5） 電動汽車電動機的額定功率為： （3-6） 式中，ηt 為機械傳動系統(tǒng)效率； λ 為電動機的過載系數(shù)。 按照整車動力性要求，將表3.1中的整車參數(shù)代入上述公式，經過計算得到電動機的峰值功率和額定功率。根據(jù)性能指標最高車速 =80km/h,代入式（3-1）得到 Pmax1=13kw。汽車爬坡時，此時電機的功率可以達到峰值功率，因為通常情況下爬坡時間較短，電機可以在較短時間內以峰值功率工作。所以汽車的峰值功率可由汽車爬最大坡度計算出來。將最大坡度設值為20%，爬坡時的車速 =15km/h ，代入式(3-2)計算得Pmax2=15.79kw 。根據(jù)動力性要求0~50km/h 的加速時間小于10s，同時考慮電機的后備功率約20%，由公式 3-3，3-4經過計算得Pmax3=13.6kw。 所選擇的電機功率必須同時滿足上述三項動力性指標的要求，最終確定電動機峰值功率為Permax=16kw。因此，電動機的額定功率可根據(jù)峰值功率由式（3-6）求出。電動機過載系數(shù)λ取為2，由式3-6得電動機額定功率=8kw。 3.2.3 電動機額定電壓的選擇 電動機額定電壓與電動機的額定功率成正比，額定功率越大額定電壓也就越大。電動機額定電壓選擇與電動汽車的電池組的電壓有密切的關系。因此，要選擇合適的電池組的電壓和電流以滿足整車能源的需要。不過最終都是由所選取的電動機的參數(shù)來決定額定電壓。因為前面已經確定電機的額定功率， 所以在此確定電動機的額定電壓范圍為70V~100V。綜合考慮電動機的整體性能和成本,以及能和即將選擇的傳動系統(tǒng)部件完好的匹配,本論文中選擇某型永磁同步電動機,具體參數(shù)如下。 表3.3電動機參數(shù) 類型 永磁同步式 最大轉矩 額定轉速 2000r/min 最高轉速 5300r/min 額定轉矩 電動機質量 40kg 峰值功率 16kw 控制器質量 10kg 額定電壓 80v 電動機尺寸 3.3 電動汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)設計 能否滿足車輛的動力性能和續(xù)駛里程是純電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)設計首先要考慮的問題。車輛行駛的動力性能可以用以下四個指標來評價： （1）起步加速性能。汽車由靜止起步并以最大的加速度加速到某一車速或在某一預定的距離加速行駛所需的最短時間。 （2）最高車速穩(wěn)定行駛的能力。在水平良好的路面上，電動機發(fā)出的功率應該能夠維持電動汽車以最高車速行駛的能力。 （3）額定車速穩(wěn)定行駛的能力。對電動汽車來說，蓄電池和電動機提供的全部功率能滿足車輛以額定車速穩(wěn)定行駛的能力。 （4）爬坡能力。電動汽車提供的功率能使其爬上最大坡度路面的能力。除此之外，電動汽車上動力電池組的能量應該能夠維持電動汽車行駛一定的續(xù)駛里程。 3.3.1 傳動系傳動速比設計 電動汽車的核心電氣傳動系統(tǒng)代替機械推進系統(tǒng)、電池代替汽油作為車載能源，在實現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項功能、價格指標的要求。傳動系參數(shù)的設計主要包括變速器檔位的選擇和各檔傳動系速比的計算，以及主減速器速比的選擇和計算。電動機確定后，即電動機的機械特性不變時， 傳動系的各參數(shù)主要根據(jù)整車的動力性指標要求來確定。電動汽車傳動系參數(shù) 的選擇應該滿足電機基速以下大轉矩以適應快速起動、加速、負荷爬坡、頻繁啟停等要求，電機基速以上小轉矩、恒功率、寬范圍以適應最高車速和公路飛馳、超車等要求。在電動機整個轉矩/轉速運行范圍內，效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)駛里程盡可能長。 傳動系速比的上限： （3-7） 式中，為主減速器的傳動比； 為變速器的傳動比；i 為傳動系速比；為電動機最大轉速；為最高行駛車速；R 為車輪半徑。 把表3.1中的相關數(shù)據(jù)代入公式 3-7 中可得出 ∑i ≤ 6.64。 （2）傳動系速比的下限: 根據(jù)電動汽車以最大車速行駛時，汽車受到的行駛阻力，電動機以最高轉速旋轉時，輸出的最大轉矩，來確定傳動系速比下限為： (3-8) 式中，為最高車速對應的行駛阻力；為電動機最高轉速對應的輸出轉矩；為機械傳動系統(tǒng)效率，為滾動阻力，為空氣阻力。 根據(jù)電動汽車最大爬坡度對應的行駛阻力和電動機低轉速下對應的最大輸出轉矩來確定傳動系速比下限為： (3-9) 式中， 為電動汽車爬最大坡度時的行駛阻力；為電動機最大輸出轉矩， 為坡度行駛阻力。 由于爬坡阻力比平直路上行駛時的阻力要大的多。故應由公式 3-9來確定傳動系速比下限。 由公式3-9來計算傳動速比的下限，其中 =94，其它參數(shù)由表3.1中可得，代入相關數(shù)據(jù)計算可得： ∑i ≥11.2248 3.3.2 傳動系變速器的選擇 由于純電動汽車技術還處在發(fā)展初期，它的續(xù)駛里程制約了純電動汽車的適用區(qū)域，它適合于在市區(qū)或著近郊等短途區(qū)域使用。純電動汽車的最高車速一般在80km/h 左右。由于路況的復雜多樣，在行駛過程中電動汽車遇到的阻力變化范圍較大，又因電動機本身的力矩變化范圍是有限的，不能滿足汽車行駛的要求。因此，可以考慮像傳統(tǒng)汽車一樣在電機和驅動輪之間加減速器和變速 器。安裝了傳動系統(tǒng)以后，電動汽車的動力性能就容易被滿足，且可以提高電機的工作效率，也可以減小電機和動力電池的負荷。最終提高整車的動力性，增大續(xù)駛里程，滿足汽車行駛的需求是安裝傳動系統(tǒng)的主要目的，為了使傳動系的結構不至于太復雜，本論文提出兩種傳動系的設計方案，即采用固定速比減速器和兩檔變速器。 1、方案 A：純電動汽車采用固定速比減速器 采用固定速比減速器，根據(jù)以往的經驗選擇固定速比為8。確定固定速比后，然后對其驗證，固定速比為8時，計算電動汽車的最高車速和最大爬坡度是否能滿足整車的動力性要求。 （1）計算最高車速： 整車的動力性要求中,最高車速為80km/h， 所以汽車在平直路面上以80km/h 行駛時電機的轉速為： (3-10) 代入數(shù)值計算得 n=6382r/min，此時電動機的轉速高于基速。此時電動機的轉矩為： (3-11) 代入數(shù)據(jù)計算得：T≈32N·m 所以車輪上的驅動力 Ft 為： (3-12) 代入數(shù)據(jù)計算得 Ft =431.9N 根據(jù)車輛水平勻速行駛動力學方程式: （3-13） 由式 3-13計算得車輛以 80km/h 行駛時，此時的行駛阻力 ∑F = 450N ，F(xiàn)t < ∑F , 因此此方案不能滿足最高車速要求。 （2）計算最大爬坡度 假設汽車爬坡時車速為15km/h，由電動機基速以下恒轉矩輸出特性圖知此 時電動機的轉矩是峰值轉矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的動力Ft=2685.6N 根據(jù)車輛行駛阻力方程式： （3-14） 由公式（3-14）求出爬坡度為 20%時車輛所需的驅動力為 2814.5N。 Ft < ∑F 。因此方案 A 不能滿足最大爬坡度的要求。 2、方案 B：純電動汽車采用兩檔變速器 由電動機的機械特性知電動機的調速范圍很大，且基速以下為恒轉矩區(qū)，基速以上為恒功率區(qū)，如圖3.4，3.5所示。因此電動機的轉矩特性曲線比發(fā)動機轉矩特性曲線更理想。針對采用固定速比減速器不能滿足車輛爬陡坡時對動力總成具有高輸出扭矩的要求和車輛在平坦路面行駛時需要動力總成輸出最大功率的要求，然后考慮到要降低整車質量提高傳動系的效率，所以選用Ⅱ檔變速器。變速器的Ⅱ檔用于正常行駛，Ⅰ檔用于坡路起步和爬陡坡。 根據(jù)3.3.1中的計算結果，可知傳動系速比的上限 ∑i ≤6.64 ，傳動系速比的下限 ∑i ≥11.2248 。因此根據(jù)傳動系速比計算的范圍確定兩檔變速器的速比。最后確定變速器的兩檔速比分別為 11.3和6.0，通過計算車輛的最高車速和最大爬坡度來驗證所選的速比是否滿足整車的動力性要求。 圖3.4 電動機基速以下恒轉矩輸出特性 圖3.5 電動機基速以上恒功率輸出特性曲線 （1）計算最高車速 車輛高速行駛時變速器置于Ⅱ檔，當車速達到80km/h時，由式（3-10）， （3-11），（3-12）計算出電機轉速 n≈4786.5r/min，電機提供的轉矩為T≈ 64.04N·m，車輪上的驅動力為Ft=450.9N，F(xiàn)t > ∑F ,所以方案B滿足最高車速要求。 （2）計算最大爬坡度 汽車爬坡時需要較大的轉矩，因此變速器要置于Ⅰ檔 ，假設此時車速為15km/h由電動機基速以下恒轉矩輸出特性圖知此時電動機的轉矩是峰值轉矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的驅動力 Ft=2905.7N由公式（3-14）求出爬坡度為20%時車輛所需的驅動力為 2814.5N， Ft > ∑F 。方案B滿足最大爬坡度的要求。 通過兩種方案的校核計算，采用固定速比減速器即不能滿足車輛最高車速 要求，也不能滿足最大爬坡度要求。方案B滿足。因此選用方案B，速比為11.3和6.0的兩檔式變速器為純電動汽車的傳動系裝置。 3.3.3 檔位數(shù)和換擋規(guī)律對整車的性能影響分析 本論文經過上述的計算采用了兩檔式變速器。檔位數(shù)的增加，可以使電動機在較高的效率區(qū)域內工作，提高其續(xù)駛里程。由于電機本身調速特性較好，因此不需要用多檔位的變速器，通常情況不超過三個。檔位太多會使傳動系的結構過于復雜，使整車的質量過重,同時也會使傳動系效率降低，整車性能也會降低。因此檔位數(shù)的合理選擇對整車的動力性有著較大的影響。 圖3.6 功率平衡圖(兩個檔位動力中斷情況） 電動汽車的低檔位有常規(guī)車速決定，也就是經濟車速，一般是在50km/h 左右。上圖3.6為功率平衡圖，由 Ucg 確定Ⅰ檔的檔位后，由于電動機最高轉速的限制，Ⅰ檔和Ⅱ檔功率曲線沒有重合部分。為了提高整車的動力性，考慮到變速器的換擋規(guī)律，在C點位置由Ⅰ檔換入Ⅱ檔，在換入二擋后整車將工作在D 點位置，由圖中知，換擋后整車將工作在D點位置，由Ⅰ檔換入Ⅱ檔過程中此時要產生動力中斷，由圖可知從C點降到D點，電動機的功率有所下降，又因動力的變化會產生換擋沖擊，這對變速器的使用壽命和整車的舒適性會產生影響。因此傳動系檔位數(shù)的選擇也要考慮到動力中斷及換擋沖擊對整車性能的影響。 3.4 電池組參數(shù)匹配設計 動力電池是整車的能量來源，整車所有的能量消耗都來自電池組。因此所選擇的電池組的類型、質量和各種技術參數(shù)都會影響電動汽車的整車性能，是電動汽車的關鍵部件之一。電動汽車動力電池系統(tǒng)的參數(shù)匹配主要包括電池組的數(shù)目、電池的類型、電池組容量、電池組電壓等參數(shù)的選擇。 根據(jù)車輛行駛時所需的最大功率和消耗的能量以及滿足電動汽車對動力性和續(xù)駛里程的要求來確定電池組的容量。 （1）所選擇的電池組數(shù)必須滿足電動汽車行駛時所需的最大功率的要求。且蓄電池充滿電后的能量必須大于或等于電動汽車所需的最大能量。因此電池組數(shù)目： （3-15） 式中，為電動機峰值功率；為電池最大輸出功率；為電動機效率；為電動機控制器工作效率。 （2）由電動汽車的車載能源必須滿足續(xù)駛里程的要求來計算電池數(shù)目為： （3-16） 式中，L為電動汽車續(xù)駛里程；為單節(jié)電池電壓；Cr為單節(jié)電池額定容量；W 為電動車行駛1km所消耗的能量。 因此，電動汽車電池數(shù)目為： (3-17) 經過計算n取12。 （3）電池組容量計算 電動汽車上電池組的使用過程中，考慮到車輛上各種電器件使用的安全因素，規(guī)定電池的最大放電電流不能超過 300A。則電池組電壓和電動機的峰值功率的關系式如下： （3-18） 由上式計算出電池組電壓： ≥ 53 ，因為本文所匹配的電動機額定電壓范圍為（70V~ 100V),由此確定電池的電壓為80V。 （4）鉛酸電池組能量的計算 電池組能量的計算公式: (3-19) 式中：為電池組的能量（)；為電池組的電壓（V)；C為單體電池的容量（Ah)。 電動汽車以50km/h的速度行里程S（km)所需的能量可以通過下式計算： （3-20） （3-21） 式中：Pele為純電動汽車行駛所需的功率（Kw)；為純電動汽車續(xù)駛里程S 所消耗的能量（)。有上述公式可知：當時，才能滿足電動汽車的行駛需求。 由電池組容量與電壓可直接求出續(xù)駛里程為： （3-22） 式中：為電池組的有效放電容量。一般為 30%，即放出的最大容量為70%。 按等速下車輛的續(xù)駛里程為150km，選擇電池組電壓為80V。由以上公式計算得：Pele=7.859kw，=23.577kw，又因所以取 =24kw,則由公式(3-19）可得C=200Ah。所以初步確定電池組的電壓為 80V，容量為 200Ah.電池組個數(shù)為12。 3.4.1 電池組參數(shù)的確定 電動汽車上電池組的選擇要從多方面因素考慮，首先是要滿足電動汽車動力性能的能量消耗，其次是環(huán)保因素，經濟因素，使用壽命因素等。以電動汽車上常見的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鋰電池為代表，來分析比較四種電池的基本性能參數(shù)，如表3.4。 表3.4 四種常見電池性能比較 鉛酸 鐵鋰電池 鎳氫 鎳鎘 能量密度（Wh·L-1) 120~160 260 180 120 比能量(Wh·kg-1) 40~50 105~140 65 40~50 比功率(W·kg-1) 200~400 250~400 160~230 150~350 功率密(W·L-1 ) 120 — 480 — 續(xù)駛里程(mph) 70 190 240 130 循環(huán)壽命(次) 500~700 800~1200 600~1200 800~2000 能量效率(%) 65 — 90 65 可回收利用(%) 97 50 90 99 充電時間（h） 8~17 ＜3 ＜6 5~6 價格($/kWh) 100 200 200 300 鉛酸電池的技術已經比較成熟,最早的電動汽車用的就是鉛酸電池作為車載能源。由表3.4中可知鉛酸電池成本較低。由于原材料比較容易得到、可靠性好、放電電壓較平穩(wěn)，且充電效率也較高，生產技術成熟等優(yōu)點在電動汽車的車用電池市場中一直占著主要地位。伴隨著鉛酸蓄電池技術的逐漸發(fā)展及創(chuàng)新，在市場能買到各種形式規(guī)格的鉛酸蓄電池。應用在電動汽車上的新型鉛酸電池也不斷的出現(xiàn)，電池的性能也不斷的得到了提高。 鐵鋰電池的比能量和比功率都很大，且有很長的循環(huán)壽命，可防止過充放電，是較理想的電動汽車動力電池，但是它的經濟成本較高、電池組表面易發(fā)熱，鐵鋰電池技術還不夠成熟，不過它可作為電動汽車用動力電池發(fā)展的重要目標。 鎳氫電池是一種比較環(huán)保的高能量電池，其比能量可達到70～80Wh/kg,比功率是鉛酸電池的2倍。與上述其它電池相比較鎳氫電池有許多優(yōu)點：比能量高、比功率達，有高倍率的放電特性，低溫性能好；鎳氫電池可以密封，有較 強的耐過充放電性能；對環(huán)境不會造成污染，可以稱為是綠色電源，沒有使用重金屬；無記憶效應。雖然鎳氫電池有以上的眾多優(yōu)點，但是還是有很多因素制約著鎳氫電池在電動車汽上的廣泛應用。例如鎳氫電池在充電過程中容易發(fā)熱，發(fā)熱產生的高溫會對鎳氫電池產生負面影響，影響電池的使用壽命。鎳氫電池不易儲存，價格和鉛酸電池相比較也較貴。 鎳鎘電池屬堿性電池，比能量、比功率較高，循環(huán)使用壽命較長，但含有重金屬鎘，污染嚴重，因此不適宜選用。 綜合考慮電池的各項性能及經濟型和技術的成熟性，本論文選用鉛酸電池。 國內研制開發(fā)的電動汽車車用極板鉛酸蓄電池已經達到了以下性能指標：3小時率比能量42wh/kg，10min持續(xù)比功率 80w/kg,快速充電性能4~5h100%充電，15~20min70%充電，80%DOD壽命600次。根據(jù)公式（3-15）,（3-16）,（3-17）計算得需要12節(jié)電池，每只電池電壓為80v,電池組的電壓80v.電池組的容量為400Ah，然后通過公式計算知具體的參數(shù)如下表3.5： 表3.5 鉛酸電池動力電池參數(shù) 名義容量 200Ah 單只電壓 80v 單只質量 14kg 單只體積 210*175*145mm 總電壓 80v 電池只數(shù) 12 總質量 168kg 電池組合方式 并聯(lián) 3.5 匹配結果 根據(jù)整車動力性能的要求，對電動汽車傳動