面向?qū)ο蟮钠嚹Ｐ腕w系框架及性能計(jì)算【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)含任務(wù)書+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯+答辯ppt】,面向,對(duì)象,汽車模型,體系,框架,性能,機(jī)能,計(jì)算 1 is a of It be on of is to of of s of of 991, ZA .8 25kW of 176km/h. 996, of of CO dc .8 0kW is a of 001, by ac AZ of 11 km/h. AZ in of 5 of AZ ~ 100km/h s. In to AZ AZ 003, is to an N 001, of to 2 of of dc 004 T of dc A .5 64 V of 24 3 000r/10 V. It on is or a a in is in of in is in in In to a of of be at of to of of is of in to in 3 4000r/is to of be in In of in to of of of to of n of be to of of 1)of or dc by as As by of of of At to to of by is of of of 4 by or of to is In in In to on of is (2)is is of of is To to So of is is to is is i - Ni Li n/of is of is in of be is is in is a o., of is to of 5 of to as he of of is of At of is At of is 6 輪轂式電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 1、 發(fā)展現(xiàn)狀 輪轂式電動(dòng)汽車是一種新興的驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車，有兩種基本形式，即直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)輪和帶輪邊減速器電動(dòng)輪。它直接將電機(jī)安裝在車輪輪轂中，省略了傳統(tǒng)的離合器、變速器、主減速器及差速器等部件，簡(jiǎn)化了整車結(jié)構(gòu)，提高了傳動(dòng)效率，并且能通過(guò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)輪的電子差速控制。電動(dòng)輪將成為未來(lái)電動(dòng)汽車的發(fā)展方向。 目前國(guó)際上對(duì)輪轂式電動(dòng)汽車的研究主要以日本為主。日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的電動(dòng)汽車研究小組已試制了 5 種不同形式的樣車。其 中， 1991 年與東京電力公司共同開(kāi)發(fā)的 4座電動(dòng)汽車 用 池為動(dòng)力源，以 4 個(gè)額定功率為 值功率達(dá)到 25外轉(zhuǎn)子式永磁同步輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高速度可達(dá) 176km/h。 1996 年，該小組聯(lián)合日本國(guó)家環(huán)境研究所研制了電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的后輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車 車的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選用永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，額定功率為 值功率為 20配以行星齒輪減速機(jī)，該電動(dòng)輪采用機(jī)械制動(dòng)與電機(jī)再生制動(dòng)相結(jié)合的方式。 2001 年，該小組又推出了以鋰電池為動(dòng)力源，采用 8 個(gè)大功率交流同步輪轂電機(jī)獨(dú) 立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)轎車 車安裝了 8 個(gè)車輪，大大增加了該車的動(dòng)力，從而使該車的最高速度達(dá)到 311km/h。 電動(dòng)輪系統(tǒng)中采用高轉(zhuǎn)速、高性能內(nèi)轉(zhuǎn)子型電動(dòng)機(jī)，其峰值功率可達(dá) 55高了 車的極限加速能力，使其 0～ 100km/h 加速時(shí)間達(dá)到 8s。為了使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速符合車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速要求， 動(dòng)輪系統(tǒng)匹配行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。 輪采用盤式制動(dòng)器，后輪采用鼓式制動(dòng)器。 2003 年日本豐田汽車公司在東京車展上推出的燃料電池概念車 采用了電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)。美國(guó)通用汽車公司 2001 年試制的全 新線控4 輪驅(qū)動(dòng)燃料電池概念車 采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)型式，電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)靈活的控制與布置方式，使該車能更好地實(shí)現(xiàn)線控技術(shù)。 國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式的研究也取得了一些進(jìn)展。同濟(jì)大學(xué)研制的“春暉”系列燃料電池概念車采用了 4 個(gè)直流無(wú)刷輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)輪模塊。比亞迪于 2004 年在北京車展上展出的 念車也采用了電動(dòng)汽車最新驅(qū)動(dòng)方式： 4 個(gè)輪邊電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模式。中國(guó)科學(xué)院北京三環(huán)通用電氣公司研制的電動(dòng)轎車用直流無(wú)刷輪轂電機(jī)，又稱電動(dòng)車輪。單個(gè)電動(dòng)車輪功率為 壓264V，雙后輪直接驅(qū)動(dòng)。中船總公 司 724 研究所的 4 輪電動(dòng)汽車，其電動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)為：額定功率 3定轉(zhuǎn)速 3000r/定電壓為 110V。 2、 結(jié)構(gòu)分析 7 輪式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有直接驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)輪和帶輪邊減速器電動(dòng)輪兩種基本形式。這取決于是采用低速外轉(zhuǎn)子還是高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。直接驅(qū)動(dòng)式汽車采用低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)輪與車輪組成一個(gè)完整部件總成，采用電子差速方式，電機(jī)布置在車輪內(nèi)部，直接驅(qū)動(dòng)車輪帶動(dòng)汽車行駛。其主要優(yōu)點(diǎn)是電機(jī)體積小、質(zhì)量輕和成本低，系統(tǒng)傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，既有利于整車結(jié)構(gòu)布置和車身設(shè)計(jì)，也便于改型設(shè)計(jì)。這種電動(dòng)輪直接 將外轉(zhuǎn)子安裝在車輪的輪輞上驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。然而電動(dòng)汽車在起步時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)矩，也就是說(shuō)安裝在直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪中的電動(dòng)機(jī)必須能在低速時(shí)提供大轉(zhuǎn)矩。為了使汽車能夠有較好的動(dòng)力性，電動(dòng)機(jī)還必須具有很寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。由于電機(jī)工作產(chǎn)生一定的沖擊和振動(dòng)，要求車輪輪輞和車輪支承必須堅(jiān)固、可靠，同時(shí)由于非簧載質(zhì)量大，要保證車輛的舒適性，要求對(duì)懸架系統(tǒng)彈性元件和阻尼元件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率也受到車輪尺寸的限制，系統(tǒng)成本高。 帶輪邊減速器電動(dòng)輪電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，適合現(xiàn)代高性能電動(dòng)汽車的運(yùn) 行要求。它起源于礦用車的傳統(tǒng)電動(dòng)輪，屬于減速驅(qū)動(dòng)類型，這種電動(dòng)輪允許電動(dòng)機(jī)在高速下運(yùn)行，通常電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)在 4000～ 20000r/目的是為了能夠獲得較高的比功率，而對(duì)電動(dòng)機(jī)的其它性能沒(méi)有特殊要求，可以采用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子高速電動(dòng)機(jī)。減速機(jī)構(gòu)布置在電動(dòng)機(jī)和車輪之間，起到減速和增矩的作用，從而保證電動(dòng)汽車在低速時(shí)能夠獲得足夠大的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)輸出軸通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與車輪驅(qū)動(dòng)軸連接，使電機(jī)軸承不直接承受車輪與路面的載荷作用，改善了軸承的工作條件；采用固定速比行星齒輪減速器，使系統(tǒng)具有較大的調(diào)速范圍和輸出轉(zhuǎn)矩 ，充分發(fā)揮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的調(diào)速特性，消除了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率受到車輪尺寸的影響。設(shè)計(jì)中主要應(yīng)考慮解決齒輪的工作噪聲和潤(rùn)滑問(wèn)題，對(duì)電機(jī)及系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)要求更高。 3、輪轂式電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù) （ 1）輪轂電機(jī)及其控制技術(shù) 目前電動(dòng)輪所用的低速外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)和高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)都是徑向磁通永磁輪式電機(jī)。高速內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)或無(wú)刷直流電機(jī)基本相同。電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速主要受線圈和摩擦損耗以及變速機(jī)構(gòu)承受能力等因素的限制。外轉(zhuǎn)子輪式永磁電機(jī)作為電動(dòng)汽車直接驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器，電機(jī)采用表面安裝 鋼的外轉(zhuǎn)子定子多極少槽結(jié)構(gòu)。外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)在車輪直徑固定的約束條件下，使電樞直徑增加，提高了電機(jī)能力；同時(shí)，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)使電機(jī)散熱條件惡化，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載能力有一定影響。定子采用 8 多極少槽結(jié)構(gòu)，減小體積、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，有利于產(chǎn)生所需的電勢(shì)諧波以提高力能指標(biāo)。永磁轉(zhuǎn)子位置傳感器采用磁阻式多極旋轉(zhuǎn)變壓器，與電機(jī)本體一體化安裝，結(jié)構(gòu)緊湊。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用軸角變換技術(shù)，使用軸角變換芯片將旋轉(zhuǎn)輸出信號(hào)變換為數(shù)字位置信號(hào)，供相電流指令合成電路產(chǎn)生各相的電流指令；相電流指令與電流負(fù)反饋信號(hào)經(jīng)電流調(diào)節(jié)器 (理，控制 逆變功率電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。 輪轂式電動(dòng)汽車一般有 2 個(gè)或 4 個(gè)輪邊電機(jī)，對(duì)多個(gè)電機(jī)實(shí)行協(xié)調(diào)控制。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行控制，其中包括車輛行駛的穩(wěn)定性控制、轉(zhuǎn)向差速控制、系統(tǒng)動(dòng)力性能優(yōu)化和節(jié)能控制等。在穩(wěn)定性控制中，以牽引控制為主要研究方向，系統(tǒng)的綜合節(jié)能策略在電池技術(shù)沒(méi)有足夠進(jìn)步之前，也相當(dāng)重要。為了更好地對(duì)車輛進(jìn)行研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，電動(dòng)汽車的有效數(shù)學(xué)模型和快速有效的系統(tǒng)運(yùn)行控制算法也是當(dāng)今世界各國(guó)的攻關(guān)熱點(diǎn)。 （ 2）能源及能量管理系統(tǒng) 電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉 ，也是制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電動(dòng)汽車電 池的主要性能指標(biāo)是比能量、能量密度、比功率、循環(huán)壽命和成本等。要使電動(dòng)汽車與燃油汽車競(jìng)爭(zhēng)，關(guān)鍵要開(kāi)發(fā)出比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)的高效電池。 到目前為止，電動(dòng)汽車電池經(jīng)過(guò) 3 代的發(fā)展，已取得了突破的進(jìn)展。第 1 代是鉛酸電池，目前主要是閥控鉛酸電池 (由于其比能量較高、價(jià)格低和放電倍率高，是目前惟一能大批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車用電池。第 2 代是堿性電池，主要有 多種電池，其比能量和比功率都比鉛酸 電池高，大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程，但其價(jià)格比鉛酸電池高。第 3 代是以燃料電池為主的電池。燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應(yīng)過(guò)程，能量轉(zhuǎn)化過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，是理想的汽車用電池，但目前還處于研制階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破。 由于電動(dòng)汽車的車載能量有限，其行駛里程遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到燃油車的水平，能量管理系統(tǒng)的目的就是最大限度地利用有限的車載能量，增加行駛里程。智能能量管理系統(tǒng)采集從各個(gè)子系統(tǒng)輸入的傳感器信息，這些傳感器包括車內(nèi)外氣溫傳感器、充放 電時(shí)電源電流和電壓傳感器、電動(dòng)機(jī)電流和電壓傳感器、速度和加速度傳感器以及車外環(huán)境和氣候傳感器等。能量管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下基本功能：優(yōu)化系統(tǒng)的能量分配；預(yù)測(cè)電動(dòng)汽車電源的剩余能量和繼續(xù)行駛里程；提供最佳的駕駛模式；再生制動(dòng)時(shí)合理地調(diào)整再生能量； 9 自動(dòng)調(diào)整溫度控制方式。智能管理系統(tǒng)如同電動(dòng)汽車的大腦，同時(shí)具有功能多、靈活性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。 4、 結(jié)語(yǔ) 本文介紹了輪轂式電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，說(shuō)明了輪轂式電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向 控制模型及其關(guān)鍵技術(shù)。與傳統(tǒng)電動(dòng)汽車相比，輪轂式電動(dòng)汽車的整車結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率、動(dòng)力性 能、續(xù)駛里程等都有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)電動(dòng)汽車的發(fā)展方向。目前，對(duì)低質(zhì)量、高功率的輪轂電機(jī)的研究仍是熱點(diǎn)。同時(shí)，輪轂式電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的控制是未來(lái)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 I 面向?qū)ο蟮钠嚹Ｐ腕w系框架及性能計(jì)算 摘要： 隨著人類對(duì)城市環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)以及汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，純電動(dòng)汽車由于具有節(jié)能、對(duì)環(huán)境友好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)逐漸成為新時(shí)代汽車產(chǎn)業(yè)化的標(biāo)志。該論文經(jīng)由面對(duì)非燃料車輛的行駛受力情況研究，和非燃料車輛的動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)應(yīng)，然后使繪圖工具創(chuàng)造車輛全部結(jié)構(gòu)的仿真。根據(jù)整車對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的雙重需求，利用整車控制器建立純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力系統(tǒng)之間的關(guān)系，確定整車控制的目標(biāo)，以完成對(duì)整質(zhì)量的減小，完成對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的參數(shù)優(yōu)化。通過(guò)動(dòng)力電池參數(shù)對(duì)純電動(dòng)汽車整車性能的影響分析，得到動(dòng)力系統(tǒng)與整車控制性能的關(guān)系 ，為純電動(dòng)汽車整車的設(shè)計(jì)與控制奠定重要的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ： 純電動(dòng)汽車；動(dòng)力系統(tǒng)；整車控制器；性能優(yōu)化 a of of of of of of of of of an of of of is by to on of to in to in to of of of on of is an of 錄 摘要 ............................................................................................................................................ I ................................................................................................................................... 錄 ..................................................................................................................................... 緒論 ......................................................................................................................................... 1 文研究的背景和意義 ...................................................................................................... 1 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn) .............................................................................................................. 1 電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................. 2 外發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................................... 2 內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................................... 4 究?jī)?nèi)容 .............................................................................................................................. 5 2 純電動(dòng)車汽車的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)介紹 ........................................................................................ 7 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理介紹 ......................................................................................... 7 電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 11 章總結(jié) ............................................................................................................................ 13 3 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配 .............................................................................................................. 14 池參數(shù)設(shè)計(jì)和選型 ........................................................................................................ 14 機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和選型 ........................................................................................................ 15 車仿真模型的建立與分析 ............................................................................................ 16 章小結(jié) ........................................................................................................................... 21 4 整車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分析 .............................................................................................. 22 車控制器基本功能及技術(shù)要求 ................................................................................... 22 車控制器基本功能 ..................................................................................................... 22 車控制器的技術(shù)要求 ................................................................................................ 22 車控制目標(biāo) .................................................................................................................... 23 車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 24 章小結(jié) ............................................................................................................................ 25 基于整備質(zhì)量最小的動(dòng)力電池匹配優(yōu)化 ........................................................................... 26 池容量及質(zhì)量計(jì)算 ........................................................................................................ 26 配優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析 .................................................................................................... 27 章小結(jié) ............................................................................................................................ 28 6 總結(jié) ...................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 30 致謝 .......................................................................................................................................... 31 1 1 緒論 文研究的背景和意義 隨著科技和經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，汽車產(chǎn)品已成為現(xiàn)代文明的重要標(biāo)志之一，汽車產(chǎn)業(yè)也發(fā)展成為許多國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車也越來(lái)越多地走進(jìn)平常百姓家，世界汽車保有量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。從誕生到現(xiàn)在不斷普及的過(guò)程之中，汽車對(duì)人們而言已不再僅僅是交通工具，而是一種現(xiàn)代人快速、時(shí)尚的生活方式。汽車在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也造成了能源的緊缺、環(huán)境的污染、嚴(yán)重的交通事故等一系列全球性的問(wèn)題。 2010 年，我國(guó)機(jī)動(dòng)車排放污染物總共達(dá)到了 噸，這其中，汽車是污染物總量的主要貢獻(xiàn)者?，F(xiàn)在 ，汽車 的污染氣體 已 經(jīng) 成為各 個(gè)地方 污染 的主要原因。 除此之外， 汽車的污染氣體排放對(duì)全球形成很大的壓力，已經(jīng)成為全球領(lǐng)先位置。 發(fā)展新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車（ 純電動(dòng)汽車（ 及燃料電池汽車（ 實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源安全和環(huán)境保護(hù)以及中國(guó)汽車工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 表 界主要國(guó)家電動(dòng)汽車保有量 純電動(dòng)汽車以車載二次電源作為儲(chǔ)能方式，以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)車輛行駛，相比混合動(dòng)力汽車而言，具有零排放、低噪聲且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，而相比燃料電池則在當(dāng)前更具產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，因此而受到了世界各國(guó)政府及汽車企業(yè)的廣泛關(guān)注。目前純電 動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化已成為各汽車企業(yè)的重要目標(biāo)，同時(shí)這也對(duì)提高純電動(dòng)汽車整車技術(shù)和性能水平提出了更為急切的需求。 電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn) 電動(dòng)汽車將逐漸取代傳統(tǒng)汽車成為新世界的主要交通工具之一，不僅是因?yàn)槠洳倏胤奖?、噪聲小、無(wú)污染，更重要的是它代表了人類綠色的生活方式、可持續(xù)發(fā)展的理念[4]。電動(dòng) 的車能量的節(jié)省狀態(tài)突 出 很優(yōu)秀的特性很頑強(qiáng)的性能 ，電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)如下：（ 1）電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車比能量利用率提高，噪聲較低，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的污染小。 2 電動(dòng)汽車的能 量是通過(guò)電池組能量 提供 ， 然而電池組 的 能量能用電池設(shè)備提供，例太陽(yáng)能的各種能量 ， 能夠降低石油的用量。 （ 2）電動(dòng)汽車的能量利用效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)汽車。純電動(dòng)汽車在行駛的過(guò)程中停止運(yùn)行時(shí)不消耗機(jī)械能，在純電動(dòng)汽車制動(dòng)的時(shí)后能夠再循環(huán)利用純電動(dòng)汽車制動(dòng)的時(shí)候傳遞回來(lái)的能量，給蓄電池充電并二次利用，因此能夠提高純電動(dòng)汽車的能量轉(zhuǎn)換效率。 （ 3）純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)車輛相比，結(jié)構(gòu)與原理簡(jiǎn)單，機(jī)械傳動(dòng)所需要的機(jī)械部件較少，機(jī)械損失小，并且更加有利于駕駛員的操作。并且機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中部件的減少，使得純電動(dòng)汽車在檢測(cè)維修的時(shí)候更加方便，所需要的維修資金也會(huì)相應(yīng)減少 。 電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 純電動(dòng)汽車至今已有一百多年的歷史，最早的電動(dòng)汽車甚至于還比內(nèi)燃機(jī)汽車早了十幾年，但是由于當(dāng)時(shí)動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展一直較緩慢且遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車。后來(lái)電力電子技術(shù)不斷發(fā)展尤其是動(dòng)力電池技術(shù)水平有了很大的提高，電動(dòng)汽車有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，技術(shù)水平也得到較大提高。 尤其這么多年對(duì)生態(tài)的維持和大氣的污染源的制止的多方面的聯(lián)系，國(guó)家越來(lái)越對(duì)大氣污染做出更加嚴(yán)格的指示，車輛的制造公司在以后的發(fā)展中遙遙領(lǐng)先的位置。 電動(dòng)汽車最早在 19 世紀(jì)末出現(xiàn)，比燃油汽車略早，但其后來(lái)很長(zhǎng)一 段時(shí)間不如燃油汽車發(fā)展迅速。到了 20 世紀(jì)末，環(huán)境污染和能源短缺已發(fā)展成為人們面臨的嚴(yán)峻的問(wèn)題，尤其是燃油汽車的尾氣排放造成了嚴(yán)重的大氣污染，燃油汽車的尾氣排放也成為污染大氣環(huán)境最主要的原因之一。另外。燃油汽車的數(shù)量日益劇增，對(duì)石油能源的消耗也變得更多，而石油作為不可再生資源，世界各個(gè)國(guó)家對(duì)石油的需求要求也變得更高，所以燃油汽車數(shù)量的急劇增加明顯會(huì)給各個(gè)國(guó)家的能源戰(zhàn)略造成很大的困擾。因此，目前越來(lái)越多的國(guó)家與汽車企業(yè)轉(zhuǎn)向研制更為環(huán)保的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)，以期來(lái)減少環(huán)境惡化與石油能源的短缺帶給人類社會(huì)的巨大困擾。 外發(fā)展現(xiàn)狀 美國(guó)與世界上其他國(guó)家相比，生產(chǎn)汽車最早，也是全世界對(duì)污染限制最嚴(yán)格的國(guó)家，同時(shí)也是研發(fā)電動(dòng)汽車最早的國(guó)家之一。美國(guó)政府 為了做出有關(guān)系的內(nèi)容 ， 用非常的精力來(lái)做出非燃油汽車花費(fèi)更加大大的發(fā)展功能和應(yīng)用。 美國(guó)政府制定了側(cè)重降低石油依賴、確保能源安全的戰(zhàn)略目標(biāo)，希望通過(guò)發(fā)展電動(dòng)汽車能夠?qū)崿F(xiàn)汽車領(lǐng)域擺脫對(duì)石油依 3 賴，并以法律法規(guī)明確了其戰(zhàn)略定位。 1978 年，日本電動(dòng)汽車協(xié)會(huì)制定了“電動(dòng)汽車試用制度”，為電動(dòng)汽車消費(fèi)者提供一定額度的費(fèi)用補(bǔ)貼來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。到了20 世紀(jì)末，日本最大的汽車制 造商本田公司、豐田公司也開(kāi)始致力于研發(fā)電動(dòng)汽車 [10]。到目前為止，日本已成為世界上電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展最為迅速和成熟的國(guó)家。歐洲許多國(guó)家，如法國(guó)、英國(guó)也開(kāi)始加速研發(fā)電動(dòng)汽車并且注重推廣限定使用區(qū)域的電動(dòng)汽車，逐步擴(kuò)大電動(dòng)汽車的使用范圍。 圖 014 年底歐洲主要國(guó)家電動(dòng)汽車保有量 目前，歐洲、日本、美國(guó)的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃已基本形成，大部分汽車廠商都在全面推進(jìn) 開(kāi)發(fā)，普遍把 2013～ 2015 年定為了電動(dòng)汽車甚至是燃料電池汽車進(jìn)入市場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要節(jié)點(diǎn)。這不僅是出于環(huán)保和油價(jià)方面的考慮，而更是在未來(lái)汽車行業(yè)領(lǐng)域中取得領(lǐng)先地位的一個(gè)重要保證。 4 圖 洲對(duì)電動(dòng)汽車扶持政策 圖 盟未來(lái)汽車研發(fā)目標(biāo) 內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5 二十世紀(jì) 60 年代我國(guó)開(kāi)始研究電動(dòng)汽車，并且在 1980 年以后得到了迅速發(fā)展。國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車在世界來(lái)看速度較慢 ， 為了能跟上國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 、 提供良好的環(huán)境和對(duì)國(guó)內(nèi)的個(gè)飯面的能力增加使我國(guó)在世界的汽車行業(yè)具有領(lǐng)先的位置重新組成汽車的發(fā)展重要機(jī)構(gòu)零件和有關(guān)的內(nèi)容 ，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)和研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)的純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在研究原理與技術(shù)水平方面有了很大的提高，并逐步縮小了和世界純電動(dòng)汽車的先進(jìn)技術(shù)差距，甚至在純電動(dòng)汽車的某些技術(shù)領(lǐng)域做到了世界領(lǐng)先的地步。當(dāng)前，我國(guó)鼓勵(lì)汽車產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展純電動(dòng)汽車，在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域投入很大的人力物力來(lái)推動(dòng)純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)與原理，針對(duì)純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，特別是整車的經(jīng)濟(jì)性能水平以及使用的便利性等來(lái)極大地提 高純電動(dòng)汽車的發(fā)展。 圖 國(guó)政府對(duì)電動(dòng)汽車財(cái)政補(bǔ)貼 圖 2014 年我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)量 究?jī)?nèi)容 論文針對(duì)純電動(dòng)汽車整車性能的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了對(duì)純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的分析、整車控制系統(tǒng)與動(dòng)力控制系統(tǒng)的優(yōu)化等研究工作。主要工作包括： （ 1） 基本了解 純電動(dòng)汽車的發(fā)展概況，查詢并學(xué)習(xí)純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理，對(duì)純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行熟悉。 6 （ 2）結(jié)合純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)力學(xué)，對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行選擇與匹配。掌握動(dòng)力系統(tǒng)中電池組與電機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)與整車性能的關(guān)系，并利用軟件建立整車仿真 模型， 對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分析 。 （ 3）通過(guò) 分析 純電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)，完成對(duì)純電動(dòng)汽車整車控制性能的了解，得到純電動(dòng)汽車整車控制的目標(biāo) ，并分析純電動(dòng)汽車控制軟件結(jié)構(gòu)模式。 （ 4）以整車降重為主要目標(biāo)，分析動(dòng)力電池參數(shù)的匹配情況， 在 滿足純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求下 ，實(shí)現(xiàn)整車降重。 7 2 純電動(dòng)車汽車的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)介紹 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理介紹 純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)組成主要為電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)輔助系統(tǒng)、車身、底盤四大部分 [11]。眾所周知，在純電動(dòng)汽車的四大組成部分中，區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同之處，電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車的唯一核心，是純電動(dòng)汽車的動(dòng)力源輸出。電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由電源、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)等組成 [12]，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)框架如圖 示。 純 電 動(dòng) 汽 車車 身機(jī) 械 傳 動(dòng) 輔 助 系 統(tǒng)底 盤 電 力 驅(qū) 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng)電 源驅(qū) 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 及 控 制 系 統(tǒng) 輔 助 控 制 系 統(tǒng)電 池 管 理 系 統(tǒng)電 機(jī)控 制 系 統(tǒng) 調(diào) 速 控 制 裝 置傳 動(dòng) 裝 置 行 駛 裝 置 轉(zhuǎn) 向 裝 置制 動(dòng) 裝 置工 作 裝 置圖 電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)框架 純電動(dòng)汽車中汽車的車身、底盤與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的結(jié)構(gòu)相似，設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)材料與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相似，在此不再贅述。 純電動(dòng)汽車的 各個(gè)能量的控制技術(shù)中 ，電源 要對(duì) 汽車 的整個(gè)車體提供更多的能量 。電源的整個(gè)管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)的是對(duì)鋰電池的端電壓、電池內(nèi)阻、電池溫度、電解液濃 8 度、電池的充放電時(shí)間、電池的剩余電量及使用情況、放電電流及深度等多個(gè)電池參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控監(jiān)測(cè)，通過(guò)電池的電源溫度設(shè)定、充放電電流來(lái)控制蓄電池的過(guò)熱情況與過(guò)充、過(guò)放電等相關(guān)情況。做到在蓄電池的有關(guān)參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)報(bào)警參數(shù)值得情況下提醒駕駛員注意車體的安全 。 圖 電動(dòng)汽車中的鋰電池 輸出動(dòng)力的動(dòng)力輸出裝置和操縱機(jī)構(gòu)的核心功能即把能源的源能改變成裝置前進(jìn)要耗費(fèi)的其他能量。還經(jīng)由運(yùn)遞設(shè)備把他工作需要的能量傳送 到車輛的作業(yè)設(shè)備。用來(lái)支持車輛的前進(jìn)改變方向和剎車等核心功能。 在早期的純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置上采用的是直流串激電動(dòng)機(jī)，由于其本身所具有的優(yōu)勢(shì)特性與汽車十分相吻合，但隨著純電動(dòng)汽車向更深度的方向發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)所存在的比功率較小、效率低、維修工作繁重等缺點(diǎn)被逐漸放棄，目前的驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要采用交流異步電動(dòng)機(jī)、直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、開(kāi)關(guān)阻力電動(dòng)機(jī)等三種主要電機(jī)。 和動(dòng)力輸出裝備密切聯(lián)系的速度改變裝置目的讓非燃油的車輛速度的改變及方向的改變定下的，其經(jīng)由操縱動(dòng)力輸出裝置傳遞的能量解決動(dòng)力輸出裝置傳動(dòng)力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)目 的的操縱。與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型類似，調(diào)速控制系統(tǒng)的控制變換也主要由直流電動(dòng)機(jī)匝數(shù)的變化向其他晶體管斬波調(diào)速的方向發(fā)展，電動(dòng)汽車的直流逆變技術(shù)與旋轉(zhuǎn)交流變換技術(shù)將成為目前的優(yōu)勢(shì)技術(shù)。常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式見(jiàn)圖 示，圖 (a)-(c)為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)方式， (d)為雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪軸驅(qū)動(dòng)方式，圖 (e)-(f)為輪轂電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式。 9 圖 電動(dòng)汽車中的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 非燃油車輛的動(dòng)力運(yùn)輸系統(tǒng)核心組成由動(dòng)力傳遞設(shè)備、前進(jìn)設(shè)備、改變方向的設(shè)備、剎車設(shè)備、作業(yè)設(shè)備。 與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的工作方式類似，機(jī)械傳動(dòng)輔助裝置的主要目的是滿足汽車的行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等功能。 非燃油車輛的動(dòng)力傳遞設(shè)備是把輸出動(dòng)力的動(dòng)力輸出裝置的動(dòng)力輸出轉(zhuǎn)動(dòng)力矩送到車輛的動(dòng)力輸出桿，因?yàn)閯?dòng)力輸出裝置自己能夠以一定的額外的重量發(fā)動(dòng)，然后非燃油汽車拋棄一般的發(fā)動(dòng)機(jī)車輛的分離結(jié)合裝置。 由于采用電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)汽車也可以忽略傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的差速器。 動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu) 的 大部分設(shè)備在車輛能不關(guān)注做到了動(dòng)力傳輸?shù)慕档?。 運(yùn)動(dòng)設(shè)備 是 把動(dòng)力輸出裝置 的 輸出 力 經(jīng)由輪胎轉(zhuǎn)換為 對(duì) 行駛路面 的 相互力 ， 使得汽車前進(jìn) 。純電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向裝置的原理與傳統(tǒng)汽車的轉(zhuǎn)向裝置原理相同，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤上來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，最終作用在轉(zhuǎn)向輪上進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。純電動(dòng)汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的類型主要有液壓轉(zhuǎn)向、機(jī)械轉(zhuǎn)向以及液壓助力轉(zhuǎn)向等。非燃油汽車的剎車設(shè)備與普通發(fā)動(dòng)機(jī)汽車相同，目的是對(duì)設(shè)備的降低行駛的速度而剎車的裝備，通常關(guān)鍵是為了車輛剎車系統(tǒng)和幫助剎車系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)。在新能源電動(dòng)汽車上，還裝載著電磁輔助制動(dòng)系統(tǒng)，電磁輔助制動(dòng)系統(tǒng)工作的原理是利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)操作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的主要工作運(yùn)行，以此使得純電動(dòng)汽車在減速制動(dòng)的時(shí)候?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電流，對(duì)蓄電池進(jìn)行二次充 電，實(shí)現(xiàn)主要能量的循環(huán)使用。純電動(dòng)汽車中的特殊工作裝置主要是為工業(yè)類別的純電動(dòng)汽車為完成工業(yè)作業(yè)而設(shè)置的，例如叉車采用電動(dòng)裝置而設(shè)置的升降系統(tǒng)等。 10 圖 電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方式 圖 燃油汽車動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)圖 純電動(dòng)汽車的 根本緣由通過(guò) 電 池釋放 的能 量 通過(guò) 整個(gè)車身向整個(gè)車提供能量， 整車控制器通過(guò)控制電源控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、調(diào)速控制系統(tǒng)以及輔助裝置控制系統(tǒng)等協(xié)調(diào)整車的工作狀態(tài)，將電池傳送過(guò)來(lái)的電能充分利用到驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，最后將電 11 能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，變成汽車前進(jìn)的牽引力或者汽車停止和減速的制動(dòng)力。 圖 電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)圖 電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì) 純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)主要在于純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的確定不僅可以結(jié)合傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且考慮到純電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成類型，結(jié)合汽車設(shè)計(jì)理論，通過(guò)電源能量控制策略與動(dòng)力系統(tǒng)總成，設(shè)計(jì)出所需要的純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)類型。 純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)需要參考設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，利用純電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)，制定合適的電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)方案選型 。 達(dá)到純電動(dòng)汽車的整體設(shè)計(jì) [13]。純電動(dòng)汽車的整車原理圖如圖 示。 純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)主要分為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、車身底盤設(shè)計(jì)三大類。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車的核心之一 [14]，它的設(shè)計(jì)是純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的重中之重。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)基本參數(shù)選型及匹配必須滿足整車的動(dòng)力性能匹配，通過(guò)動(dòng)力總成計(jì)算方法，合理選擇動(dòng)力系統(tǒng)的各部件參數(shù)，才能設(shè)計(jì)出完整的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 動(dòng)力電池系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車的唯一動(dòng)力源，是純電動(dòng)汽車能夠保持整車的動(dòng)力性 。以及高續(xù)航的最大保證 [15]。動(dòng)力電池系統(tǒng)的電池組的類型選擇、電壓、電流、充放電能力都是需要考慮的主要標(biāo)準(zhǔn)。電池組的數(shù)目通過(guò)參考整車的性能要求， 綜合動(dòng)力電池系統(tǒng)的組合方式、總電量來(lái)進(jìn)行計(jì)算選擇。 12 圖 車原理圖 圖 電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池組 車身底盤設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的設(shè)計(jì)方案相似但也有區(qū)別。車身的設(shè)計(jì)主要考慮到對(duì)整車性能以及美觀的影響，國(guó)內(nèi)外有很多針對(duì)汽車車身的研究，通過(guò)選擇合適的設(shè)計(jì)方案與工藝手段可以設(shè)計(jì)出實(shí)用與美觀的汽車車身。 純電動(dòng)汽車的底盤要考慮到動(dòng)力系統(tǒng)的安裝與架構(gòu)。通過(guò)計(jì)算軸荷的分配，對(duì)汽車懸架做出相應(yīng)的改變與調(diào)整。 13 章總結(jié) 本章通過(guò)介紹純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)原理以及設(shè)計(jì)方案，了解純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與設(shè) 計(jì)流程。 14 3 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配 純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性很大程度上取決于動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)匹配。 動(dòng)力輸出裝置和動(dòng)力源 是 該非燃油車 的 重要組成部分 ， 使的動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu) 的 相關(guān)數(shù)據(jù)變化明顯 。 動(dòng)力輸出裝置的單位時(shí)間內(nèi)做功的情況的速率能關(guān)系到設(shè)備的行駛質(zhì)量 ， 設(shè)備做的功太多能造成能量消耗 。 組合的電池很 小會(huì) 很難來(lái)確定大尺寸電動(dòng)機(jī)行駛動(dòng)能 ， 組合電池會(huì)影響汽車的行駛功能。 池參數(shù)設(shè)計(jì)和選型 根據(jù)電動(dòng)汽車行駛時(shí)的最大輸出功率和最小電池容量來(lái)選擇電池組 [16]。 （ 1） 電池組數(shù)目根據(jù)最大輸出功率選擇 最大功率行駛經(jīng)常發(fā)生在高速行駛、加速行駛和爬坡的條件下，結(jié)合整車參數(shù)分別計(jì)算這三種情況下實(shí)際功率消耗，選擇最大的作為最大功率。 （ 式中 為電池組數(shù)目； 為最大功率需求； 為最大輸出功率， 為電機(jī)工作效率； 為電機(jī)控制器工作效率； 為電池?cái)?shù)目。 （ 2） 電池組數(shù)目根據(jù)行駛里程選擇 純電動(dòng)汽車一般按照速度為 60Km/h 進(jìn)行計(jì)算。 （ 式中 為池組數(shù)量； 為行駛里程； 為電能； 為電池電容； 為電池電壓。 電池組數(shù)目 ： ( ) （ 電動(dòng)汽車的關(guān)鍵是電池的選擇和布置 ， 鉛酸電池是目前最為成熟的動(dòng)力電 池，其制造成本低、比功率大、性能穩(wěn)定，但是能量不足，難以滿足汽車?yán)m(xù)駛里程要求，使用壽命也比較短。鎳鎘電池充電快、壽命長(zhǎng)，但是其成本較高，容易造成重金屬對(duì)環(huán)境的污染。鋰 材料能源裝置有 鋰離子 能源裝置 、 該材料相應(yīng)的 熔鹽 能源輸出裝置 等， 他的長(zhǎng)處 是 單位質(zhì)量所存在的 能量高， 可使用的時(shí)間 長(zhǎng)。 本文選用鋰離子電池。具體的電池參數(shù)如下表 示。 表 電池參數(shù) 15 參數(shù)名稱 參數(shù)要求 電池類型 鋰離子電池 單體電池尺寸（ 143×52×222 單體電池重量（ 量密度（ Wh/ 97 單體電池標(biāo)稱電壓（ V） 體電池充電截至電壓（ V) 體電池放電截至電壓（ V） 體電池標(biāo)稱容量（ 65 電池包數(shù)量 3 電池包聯(lián)接形式 串聯(lián) 單個(gè)電池包電池?cái)?shù)目 36 電池系統(tǒng)額定電壓（ V） 356 機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)和選型 電動(dòng)汽車比燃油汽車顯得更加新穎 ， 而現(xiàn)如今更多 的 評(píng)論技術(shù) 和 和其他地方都是用原來(lái)的 汽車。選擇電機(jī)額定功率要考慮汽車的最高行駛車速。 ( ) （ 式中 為最高車速行駛所耗功率； 為整車質(zhì)量； 為摩擦系數(shù)； 為最大車速；為空氣阻力系數(shù)； 為汽車的迎風(fēng)面積； 為電機(jī)傳動(dòng)效率。 電機(jī)最大功率主要考慮汽車的加速與爬坡性能。一般汽車的加速和爬坡過(guò)程發(fā)生的時(shí)間不長(zhǎng)，根據(jù)電機(jī)的最大功率計(jì)算加速性能和大爬坡度。電動(dòng)汽車爬坡所耗功率： ( ) （ 式中 為爬坡所耗功率； 為速度； 為坡度。 電動(dòng)汽車加速行駛所消耗的功率為： ( ) （ 式中 為加速行駛所耗功率； 為質(zhì)量換算系數(shù)； 為時(shí)間。 16 電機(jī)額定功率 不小于最高車速行駛所耗功率；最大功率應(yīng)滿足汽車加速和最大爬坡度要求。 （ ( ) （ 純電動(dòng)汽車 用過(guò)電池組從中運(yùn) 過(guò)來(lái)的能 量變成 為汽車 行駛的能量 。 促使動(dòng)力裝備是整個(gè)裝備的最重要的位置 ， 他的辦公能力和優(yōu)缺點(diǎn)更好的是全部設(shè)備到達(dá)頂峰 。車 采用的動(dòng)力傳動(dòng)動(dòng)力輸出裝置 類型主要有直流 能源輸出裝置 、感應(yīng) 輸出裝置 、同步 能源輸出裝置 和 可控制的 磁阻 能源輸出裝置 。 直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，最早的電動(dòng)汽車采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，目前直流電機(jī)仍然應(yīng)用于城市無(wú)軌電車和大型客車上，但是與交流電機(jī)相比，直流電機(jī)在轉(zhuǎn)速、功率密度和使用壽命等很多方面都存在明顯的不足。感應(yīng)電機(jī)也叫異步電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、體積小、可調(diào)范圍寬，但控制系統(tǒng)比較復(fù)雜、成本高，而且必須經(jīng)過(guò)逆變器將動(dòng)力電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后才可用。本文選用的是永磁同步電機(jī)。 車仿真模型的建立與分析 非燃油汽車全部機(jī)構(gòu)的 模型如下圖 示。 該作用設(shè)備關(guān)于動(dòng)力傳輸動(dòng)力輸出裝置機(jī)構(gòu) 、動(dòng)力 能量來(lái)源機(jī)構(gòu) 、 傳動(dòng)比力矩改變裝置 、 兩側(cè)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)速度差別機(jī)構(gòu) 、 汽車速度降低機(jī)構(gòu) 、 全部車體數(shù)據(jù)信息機(jī)構(gòu) 、 汽車操縱人員機(jī)構(gòu) 。紅色線條表示動(dòng)力電池與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的電路連接關(guān)系；彩色箭頭表示信號(hào)數(shù)據(jù)總線連接關(guān)系。 為幾個(gè)部分對(duì)整車仿真模型進(jìn)行分析； 17 18 19 圖 整車仿真模型圖 針對(duì)電動(dòng)汽車的最高車速、爬坡性能和加速性能進(jìn)行分析。下表 以看出，從加速性能來(lái)看， 0h、 50h、 0h 的要求是在 10s、 15s、 25s 范圍之內(nèi)，結(jié)果顯示無(wú)論是空載、半載還是滿載情況下加速性能都達(dá)到設(shè)計(jì)要求。從爬坡性能來(lái)看，實(shí)際仿真結(jié)果也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由表可知，車輛最大爬坡度隨著載荷的增加而迅速遞減，主要是由于增加的負(fù)載會(huì)轉(zhuǎn)化為坡道阻力直接作用于汽車上造成的。從最高車速來(lái)看，設(shè)計(jì)要求是超過(guò) 100km/h，仿真結(jié)果超過(guò) 110km/h。隨著車輛負(fù)載的增加最高車速變化穩(wěn)定、稍有下滑，這說(shuō)明電機(jī)和傳動(dòng)系匹配較為合理。 表 動(dòng)力性能仿真結(jié)果 20 測(cè)試項(xiàng)目 空載 半載 滿載 0h 加速時(shí)間（ s) 0h 加速時(shí)間（ s) h 加速時(shí)間（ s) 速時(shí)間（ s） 大爬坡度 30% 最高車速（ km/h） 115 113 112 電機(jī)最大輸出功率與車速關(guān)系如下圖 示。 圖 滿載爬坡能力曲線圖 21 圖 率與車速關(guān)系圖 章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了電池和電機(jī)的設(shè)計(jì)和選型，電池采用鋰離子電池，電機(jī)采用永磁同步電機(jī)；其次建立了整車仿真模型， 依據(jù)非燃油車輛行駛最快速度，走上傾斜道路的能力及提高車速的能力考慮研究。 結(jié)果顯示無(wú)論是空載、半載還是滿載情況下加速性能都達(dá)到設(shè)計(jì)要求；從爬坡性能來(lái)看，實(shí)際仿真結(jié)果也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 22 4 整車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分析 車控制器基本功能及技術(shù)要求 車控制器基本功能 整車控制器 既然是 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的 最重要的部位，基本上完成了純電動(dòng)汽車的駕駛能力， 主要有以下功能： （ 1） 搜索汽車油門反饋 以及 剎車反饋 等 開(kāi)車狀態(tài) ， 依靠開(kāi)車者想法及汽車現(xiàn)如今情況研究考慮，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有錯(cuò)誤的傳遞操縱信息 ， 完成開(kāi)車人的 的 行進(jìn)目的 ，該方法是全部汽車操縱裝備初始的功能 ； （ 2） 通過(guò)直接采集信號(hào)以及接收 線的數(shù)據(jù)來(lái)獲得車輛運(yùn)行的數(shù)據(jù)，主要包括車速、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電機(jī)的工作模式、總電壓、電池溫度和電池的剩余電量等，通過(guò) 線將這些數(shù)據(jù)通過(guò)車載儀表來(lái)顯示，當(dāng)有緊急情況時(shí)，通過(guò) 線檢測(cè)在車載儀表顯示故障信息，駕駛員可以采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)的檢測(cè)和顯示。 （ 3） 整車控制器通過(guò)分析駕駛員的制動(dòng)意圖、電池組狀態(tài)及電機(jī)狀態(tài)等信息，結(jié)合制動(dòng)能量回收控制策略，將電機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)，滿足制動(dòng)能量回收而且使電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量的回收，這是純電動(dòng)汽車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的重要特征。 （ 4） 整車控制器能夠?qū)φ嚹芰窟M(jìn)行優(yōu)化，這是為了延長(zhǎng)汽車的續(xù)駛里程。 車控制器的技術(shù)要求 要想突出控制器的潛力 ， 一定要實(shí)現(xiàn)控制器的利用潛能和標(biāo)準(zhǔn) 。 （ 1） 整車控制器 應(yīng)該有大 量方法 輸入范圍 能夠控制 的 參考數(shù)量 以及 參數(shù)量消息傳入連接處 、 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題研究連接處 、 單位時(shí)間的做功傳到外部所需要的連接處以及起碼 2各 號(hào)連接處 。 （ 2） 全部設(shè)備的操縱裝置因具備快速的計(jì)數(shù)功能，這樣可以提供根本的的保障用來(lái)挑選符合要求的操縱計(jì)數(shù)方法的汽車的高校操縱。 （ 3） 純電動(dòng)汽車 含有零件和 驅(qū)動(dòng)器等 大用電設(shè)備 ，整車控制器 要有很優(yōu)秀的機(jī)械特性。 23 車控制目標(biāo) 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)解雇主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池和整車控制器（ 成。典型的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 示。 圖 型的純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 整車控制器（ 整車的控制中樞，實(shí)時(shí)搜索駕駛員的操作指令，結(jié)合整車各部件的狀態(tài)信息，通過(guò)相應(yīng)的控制策略來(lái)進(jìn)行控制并輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)指令，實(shí)現(xiàn)整車的監(jiān)督、控制和管理。 滿足基本的駕駛需求是純電動(dòng)汽車整車控制的最基本的控制目標(biāo)，節(jié)能降耗是純電動(dòng)汽車的一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)，整車控制應(yīng)該注重提高能量利用率。根據(jù)純電動(dòng)汽車的技術(shù)特點(diǎn)和基本性能需求，整車控制目標(biāo)應(yīng)如下： 1） 具備較強(qiáng)的動(dòng)力輸出能力，體現(xiàn)純電動(dòng)汽車駕駛性能良好； 2） 在保證基本駕駛性能的前提下應(yīng)該降低能耗水平，延長(zhǎng)汽車的續(xù)駛里程； 3） 為了 保 正汽車所有結(jié)構(gòu)可以 工作 很長(zhǎng)的時(shí)間 ， 遂即也避免非人為的汽車停止運(yùn)行情況 的 出現(xiàn) 。 24 車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 根據(jù)整車對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的雙重需要，采用單一的控制模式已經(jīng)很難滿足，針對(duì)不同的駕駛需求，設(shè)置動(dòng)力模式和經(jīng)濟(jì)模式兩種基本操作模式，除此之外，還增加了跛行控制模式來(lái)提高純電動(dòng)汽車整車對(duì)一般異?，F(xiàn)象的處理和應(yīng)對(duì)能力，具備跛行回家的功能，整車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖 示。 圖 車控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 輸出的能量和節(jié)省能源的模式是普通的操縱方法，經(jīng)由汽車操縱得人經(jīng)由變速器的人為挑選。 而跛行模式主要通過(guò)整車控制器根據(jù)電池系統(tǒng)和電機(jī)狀態(tài)自動(dòng)判斷。 在動(dòng)力模式中，動(dòng)力性能表現(xiàn)是很重要的，能夠快速的響應(yīng)駕駛員的踏板操作行為，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)靈敏性更加好，在起步和在有急加速需求時(shí)表現(xiàn)更加明顯，能夠提供足夠的動(dòng)力，減小滑行制動(dòng)和再生制動(dòng)力參與的程度，不過(guò)多影響整車的動(dòng)力性水平。 經(jīng)濟(jì)模式下，注重整車經(jīng)濟(jì)性水平，在一定的程度下降低轉(zhuǎn)矩輸出能力，降低放電倍率，提高電池能量效率從而延長(zhǎng)續(xù)駛里程。在經(jīng)濟(jì)模式下，可以適當(dāng)提高花型和再生制動(dòng)力矩，通過(guò)不影響傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)回收更多的能量，提高了汽車的能量利用率。 25 跛行模式主要針對(duì)電池電量過(guò)低或者在動(dòng)力系統(tǒng)有故障時(shí)，提前采取轉(zhuǎn)矩約束并進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保安全而且不損壞動(dòng)力系統(tǒng)使整車具有一定的功率輸出能力，實(shí)現(xiàn)跛行回家。 章小結(jié) 本章描述了純電動(dòng)汽車整車控制器的基本功能和技術(shù)要求，結(jié)合純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，得出了整車控制的目標(biāo)；根據(jù)整車對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的雙重需求，得出了整車控制軟件結(jié)構(gòu)模式，包括動(dòng)力模式和經(jīng)濟(jì)模式，針對(duì)電機(jī)溫度過(guò)高和電池電量過(guò)低等異?，F(xiàn)象設(shè)置了跛行模式。 26 5 基于整備質(zhì)量最小的動(dòng)力電池匹配優(yōu)化 池容量及質(zhì)量計(jì)算 純電動(dòng)汽車由動(dòng)力電池提供能量，由于動(dòng)力電池在不同荷電狀態(tài)下（ 的功率輸出能力不同，以 的電池狀態(tài)為基準(zhǔn)，即當(dāng)電池荷電狀態(tài)高于 。電池均能滿足整車的最大功率需求。 按照 20力電池試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)式 到 20池在規(guī)定 的最大可放功率為 （ 其中 為 20 為開(kāi)路電壓； 為內(nèi)阻。 動(dòng)力電池在相同 的開(kāi)路電壓可以認(rèn)為是一致的，可輸出最大功率主要受到電池內(nèi)阻的影響，內(nèi)阻與容量成反比例關(guān)系，則功率與容量為正比關(guān)系，從而可以確定由放電功率所決定的電池容量關(guān)系為 （ 其中， 為最大需求放電功率； 為當(dāng)前最大功率下的容量需求。 考慮電池的單體質(zhì)量比能量為 180Wh/池包質(zhì)量比能量為 75Wh/考慮電池相箱體質(zhì)量 20加成修正，則根據(jù)電池容量可以計(jì)算得到單體電池的質(zhì)量為 （ 電池組總質(zhì)量為 （ 其中， 為單體電池質(zhì)量比能量； 為模塊質(zhì)量比能量； 20電池箱及管理系統(tǒng)附件質(zhì)量修正。 根據(jù)電機(jī)功率確定不同基速下的電池容量需求及電池質(zhì)量變化關(guān)系如圖 示。 27 圖 大功率需求下電池容量及質(zhì)量隨基速變化關(guān)系圖 由圖 以看出，電池容量和質(zhì)量隨基速增大而增加。 經(jīng)過(guò)計(jì)算可得在基速為 2500電池質(zhì)量相對(duì)較小，本著參數(shù)匹配稍大于理論計(jì)算值的原則，確定以 3000基速，電池容量取整為 55 配優(yōu)化結(jié)果對(duì)比分析 基于整備質(zhì)量最小優(yōu)化匹配之后，電池參數(shù)對(duì)比如表 示。 基于整車降重的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)質(zhì)量最小整定，實(shí)現(xiàn)了滿足動(dòng)力性要求的前提下，降低整車整備質(zhì)量匹配優(yōu)化，獲得了 整車降重效果。 表 量最小優(yōu)化結(jié)果與原車電池參數(shù)對(duì)比 項(xiàng)目 原車電池 質(zhì)量最小 對(duì)比差值 串聯(lián)節(jié)數(shù) 102 102 0 容量（ 60 55 池質(zhì)量（ 286 28 章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行容量及質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，基于整車降重的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)質(zhì)量最小整定，獲得了 整車降重效果，滿足了動(dòng)力性要求。 29 6 總結(jié) 論文針對(duì)純電動(dòng)汽車整車性能的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了對(duì)純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的分析、整車控制系統(tǒng)與動(dòng)力控制系統(tǒng)的優(yōu)化等研究工作。主要完成的工作包括： （ 1） 首先對(duì)純電動(dòng)汽車的發(fā)展概況進(jìn)行了基本了解，查詢并學(xué)習(xí)了純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與原理，對(duì)純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行了熟悉。 （ 2） 結(jié)合純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)力學(xué)，對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了選擇與匹配。掌握動(dòng)力系統(tǒng)中電池組與電機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)與整車性能的關(guān)系，并利用軟件建立整車仿真模型，有助于下一步研究的進(jìn)行。 （ 3） 以整車降重為主要目標(biāo)，分析動(dòng)力電池參數(shù)的匹配情況， 在 滿足純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求下 ，實(shí)現(xiàn)整車降重 目標(biāo) 。 本 論文在完成上述工作的同時(shí)，也存在一些不足之處。動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的過(guò)程中主要考慮了電池組與電機(jī)參數(shù)的控制，沒(méi)有考慮把其他參數(shù)和這兩個(gè)大系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，例如變速比等參數(shù)。在整車軟件控制過(guò)程中，以整車質(zhì)量降低為目標(biāo)考慮動(dòng)力性能匹配略顯簡(jiǎn)單。 這都需要 論文 要更注重于細(xì)節(jié)。 30 參 考 文 獻(xiàn) [1] 王軍方 ,丁焰 ,湯大鋼 J]2011(24):14[2] 胡驊 , 宋慧主編 M]人民交通出版社 ,2002:26 [3] 004:387 [4] 陳清泉 ,孫立清 J]2005,23(4):24[5] 王宇寧 J]2005 (9): 35 [6] C. of of ]. of 2002, 90(2): 247[7] 孫逢春等 M]2004. 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