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

純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)【3張CAD圖紙+論文+開題報(bào)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(bào)告+任務(wù)書+外文翻譯+文獻(xiàn)綜述,電動(dòng)汽車,動(dòng)力,傳動(dòng)系統(tǒng),匹配,設(shè)計(jì),CAD,圖紙,論文,開題,報(bào)告,任務(wù)書,外文,翻譯,文獻(xiàn),綜述 外文翻譯 題 目 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng) 系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 譯文 1 面向?qū)ο髷?shù)學(xué)建模蓄電池的電動(dòng)汽車仿真 Aden N Seaman Jone McPhee 摘要 我們提出了一種在 MapleSim 軟件中基于數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)出來(lái)的蓄電池電動(dòng)汽車 這個(gè)模型有個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 模型是在一種物理一致的方式下利用因果系統(tǒng)部件進(jìn)行描述的 我們利用一個(gè)由 Chen 和 Rincon Mora 建立的蓄電池模型來(lái)開發(fā)了一個(gè)基于數(shù)學(xué)模型 的完整蓄電池組 并開發(fā)簡(jiǎn)單控制器 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 地形模型 和驅(qū)動(dòng)循環(huán)模型 以此在不同工況下測(cè)試電動(dòng)車性能 由此產(chǎn)生的微分方程是被象征性地簡(jiǎn)化的 并進(jìn) 行數(shù)值模擬來(lái)給出物理一致的結(jié)果 還有便是清楚地表明了蓄電池和縱向車輛動(dòng)力學(xué) 的緊密耦合 1 簡(jiǎn)介 車輛建模是一個(gè)復(fù)雜而又極具挑戰(zhàn)性的工作 汽車公司每年發(fā)布一些新的車型 所 有的這些汽車都需要模擬和測(cè)試 然后才能進(jìn)行車輛試制 隨著推動(dòng)清潔 高效汽車的發(fā)展 傳動(dòng)系統(tǒng)正逐漸包含電機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī) 無(wú)級(jí)變速 器 類似電池的能量?jī)?chǔ)存裝置 以及傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)等 在此 有一項(xiàng)技術(shù)能夠降低建立復(fù)雜車輛模型難度的便是非因果數(shù)學(xué)模型 該模 型是利用控制方程組內(nèi)組成部分動(dòng)作的物理方程組來(lái)描述的 在最終被求出數(shù)值解以 產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)之前 這些方程組特征地運(yùn)行 這種方法使設(shè)計(jì)者們指定各部分動(dòng)作 并約束各部分在一個(gè)更物理一致的語(yǔ)言環(huán)境中去描述各部分變得更容易 這使得交換 或是修改各部分 甚至于簡(jiǎn)化系統(tǒng)描述更為容易 1 Modelica 2 描述語(yǔ)言已被許多作者運(yùn)用在建立混合動(dòng)力汽車系統(tǒng)上了 3 7 并且絕 大多數(shù)運(yùn)用 Dymola 8 仿真環(huán)境 我們選擇運(yùn)用 MapleSoft 軟件中的 MapleSim 9 仿真模塊作為我們的仿真環(huán)境 因 為該模塊允許我們利用控制 BEV 系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)方程組 我們選用的這種方法產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)化了的基于方程的可有效仿真的系統(tǒng)描述 方程 組也可以運(yùn)用在 HIL 實(shí)時(shí)仿真中 同時(shí)可以被運(yùn)用于靈敏度分析和系統(tǒng)最優(yōu)化中 10 11 在本文中 我們提出一個(gè)蓄電池電動(dòng)汽車 BEV 這是在軟件 MapleSim 中我們 譯文 2 基于數(shù)學(xué)建模技術(shù)已經(jīng)建立的模型 如圖 1 中總體 BEV 系統(tǒng)框圖所示 這是一個(gè)更 復(fù)雜的數(shù)學(xué)化的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車整車模型建立的開始 我們旨在建立一個(gè)可運(yùn)用的 符號(hào)化數(shù)學(xué)模型 圖 1 總體 BEV 系統(tǒng)框圖 我們將一個(gè) Chen 和 Rincon Mora 12 建立的鋰離子電路電池模型應(yīng)用到 BEV 系統(tǒng) 中 我們修改電池方程來(lái)模擬一個(gè)電池組 該電池組是由單個(gè)的電池單元通過(guò)串 并 聯(lián)方式組合起來(lái)的 為了將電池組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)聯(lián)系起來(lái) 我們必須建立一個(gè)能量控制 器模型作為系統(tǒng)集成的一部分 我們進(jìn)一步結(jié)合一個(gè)簡(jiǎn)單的在一個(gè)斜面驅(qū)動(dòng)的一維動(dòng) 力學(xué)模型 一個(gè)地形模型控制傾斜度 一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)模型控制車輛所期望的速度 通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)循環(huán)和地形模型 我們?cè)诓煌鸟{駛環(huán)境下檢測(cè)了所設(shè)計(jì) BEV 純電 動(dòng)汽車的性能 2 系統(tǒng)建模和仿真 我們決定使用的技術(shù)是利用 MapleSim 數(shù)學(xué)化模型作為仿真環(huán)境 它有一個(gè)圖形 界面互連系統(tǒng)部件 該系統(tǒng)模型通過(guò) Maple 數(shù)學(xué)引擎進(jìn)行運(yùn)行 并且最后描述系統(tǒng)的 微分方程 DAEs 被用于數(shù)值模擬以產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù) 作為三維多體系統(tǒng)仿真 利用以線 性圖論為基礎(chǔ)的 DynaFlex Pro 引擎對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真 1 11 2 1 蓄電池 無(wú)論 BEV 電動(dòng)車還是 HEV 混合動(dòng)力汽車 其中一個(gè)最重要組成部分是蓄電池 根據(jù)所需保真度和主要研究的電池參數(shù) 這里有很多種建立不同電池化學(xué)物質(zhì)的方法 譯文 3 參考 Rao 所著論文 13 中總結(jié)的一些建模方法 一般來(lái)說(shuō) 隨著計(jì)算設(shè)備精度的提高 模型的精度也必將隨著提高 一些我們所回顧的電池建模技術(shù)有 Salameh 建立的鉛酸蓄電池模型 14 Rong 和 Pedram 建立的鋰離子電池?cái)?shù)學(xué)模型 15 其考慮了電池的 SOH 值和溫度效應(yīng) 在 3 1 節(jié) PNGV 電池測(cè)試手冊(cè)中的集總參數(shù)模型 16 Piller 發(fā)明的卡爾曼濾波技術(shù) 17 Chen 和 Rin con Mora建立的電氣電路模型 12 Nelson 建立的阻抗模型 18 這些不同的技 術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 也有其適用范圍 在此 我們對(duì)電動(dòng)汽車采用鋰離子電池具有極大的興趣 因?yàn)殇囯x子電池質(zhì)量輕 并且具有高于鉛酸蓄電池和鎳基蓄電池的重量質(zhì)量比和能量體積比 當(dāng)司機(jī)加速和再 生制動(dòng)時(shí) 電池將受到持續(xù)高電流和反復(fù)充電的作用 因此 電動(dòng)汽車對(duì)電池的性能 要求很高 而且 隨著駕駛環(huán)境變化 電池溫度大范圍變化可能會(huì)嚴(yán)重影響電池的性 能和壽命 因此我們需要建立一個(gè)鋰離子電池化學(xué)模型 其具有較寬范圍 SOC 值 能承受 較大范圍電流變化 適應(yīng)較大范圍溫度變化 因此 最后我們更傾向于在 HIL 系統(tǒng)中 建立這個(gè)電動(dòng)汽車模型 并且我們需要的是一個(gè)成本不太昂貴 保真度也不十分高的 模型 這些要求把我們注意引向 Chen 和 Rin con Mora提出的電氣電路蓄電池模型 我 們?cè)谲浖?MapleSim 中執(zhí)行這些不同部分并且在充電狀態(tài)和電器元件之間 在他們論 文中方程 2 至 6 運(yùn)用常用功能模塊代替非線性關(guān)系 見(jiàn)圖 2 電池的框圖 圖 2 電池結(jié)構(gòu)框圖 因?yàn)樗麄兊哪Ｐ褪且粋€(gè)單一的單元 我們通過(guò)調(diào)整他們的方程用串 并聯(lián)的方式來(lái) 模擬由若干單元組成的電池 Chen 和 Rin con Mora的電池可分為兩個(gè)線性電路以及 兩個(gè)線性電路之間的非線性耦合關(guān)系 見(jiàn)圖 2 不同電路的標(biāo)簽 一個(gè)電路是一種大型 譯文 4 的電容器并聯(lián)電阻 這一電路是模擬電池充電狀態(tài)和電池自放電 這可以稱為 電容 電路 另一個(gè)電路是一個(gè)電壓源串聯(lián)一個(gè)電容電阻網(wǎng)絡(luò) 這一電路是模擬電池時(shí)域 響應(yīng) 這可以稱為 時(shí)域響應(yīng)電路 調(diào)整單個(gè)單元模型來(lái)模擬整個(gè)電池組 令 Nparallel 是眾單元中的一個(gè)并聯(lián)單元 令 Nseries 是許多并聯(lián)單元中的串聯(lián)單元 由此構(gòu)成整個(gè)電池組 在時(shí)域響應(yīng)電路中 開路電壓乘以 Nseries 當(dāng)電流在電容電路中流動(dòng)時(shí) 流經(jīng)電流在時(shí)域響應(yīng)電路中為 除以 Nparallel 在時(shí)域響應(yīng)電路中 電阻為乘以 Nseries Nparallel 并且電容為乘以 Nparallel Nseries 電池模型的單個(gè)單元擁有的開路電壓為 3 3 V 并且在從 100 荷電狀態(tài)以 1A 的 恒定電流放電情況下 其容量為 837 5 mAh 將每 8 個(gè)電池單元并聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)并 聯(lián)單元 再將 74 個(gè)這樣的并聯(lián)單元串聯(lián)起來(lái)組成一個(gè)最大電壓為 244 2V 和容量為 6 7Ah 的電池組 如此得到的電池組是可以和應(yīng)用在 2007 款豐田凱美瑞混合動(dòng)力汽車 上的電池組相媲美的 19 Chen 和 Rin con Mora的電池模型在短時(shí)間內(nèi)用于仿真是十分簡(jiǎn)單的 然而 在 以下提供的方式中是比較復(fù)雜的 如 開路電壓隨 SOC 值的變化 充電損耗和恢復(fù) 的暫態(tài)效應(yīng) 以及電量損耗和電量恢復(fù)對(duì) SOC 值的依賴性 電池容量隨放電電流的 變化等 此外 因?yàn)榇四Ｐ褪且粋€(gè)電氣電路模型 所以很容易并入 BEV 電動(dòng)汽車模 型的電氣系統(tǒng) 并且 這易于代替利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)的方法 該模型的一個(gè)負(fù)面因素是在沒(méi)有設(shè)置任何溫度影響的情況下建模 盡管 Chen 和 Rin con Mora陳述了要包含一個(gè)溫度影響模塊并不是難事 對(duì)于電動(dòng)汽車 其溫度會(huì) 隨外部環(huán)境條件 電池內(nèi)部耗散熱量和熱化學(xué)反應(yīng)等變化 我們唯一遇到的明確包括 溫度依賴性模塊的數(shù)學(xué)模型是 Rong 和 Pedram 所建立的 15 但是他們的模型假定的 是一個(gè)恒定的放電電流 因此 并不適合我們的 BEV 電動(dòng)汽車系統(tǒng) Chen 和 Rincon Mora 的模型也能承受超過(guò)額定電流的充電電流 同時(shí)不用考慮電 池內(nèi)部增加的電阻值 因?yàn)槠溆绊懞苄?即使有內(nèi)阻 充電后的電量也接近完全充滿 電的狀態(tài) 此外 電池的 SOH 值隨時(shí)間和充電循環(huán)次數(shù)的變化情況也未建立模型 這些負(fù)面因素是可接受的 考慮到在以后的模型中車輛控制系統(tǒng)將要限制電池的最大 充電量 并且盡管本文沒(méi)有研究模型的溫度或者 SOH 值 但他們應(yīng)該不至于太難編 入 譯文 5 2 2 能量控制器 接下來(lái) 純電動(dòng)汽車的一個(gè)重要組成部分是能量轉(zhuǎn)化器 能量轉(zhuǎn)換器在蓄電池和 傳動(dòng)電機(jī) 發(fā)電機(jī)之間起著紐帶作用 在行駛過(guò)程模式下 能量轉(zhuǎn)換器控制大部分能量 輸入電機(jī) 當(dāng)在再生制動(dòng)的模式下 大部分制動(dòng)能量回流到電池 通常 升壓或升壓去磁轉(zhuǎn)換器的使用取決于輸出電壓是高于還是低于輸入電壓 20 通過(guò)改變高頻切換電路的工作周期 從而可以控制電機(jī)的輸出電壓 電流和功率 圖 3 能量控制器框圖 為避免在 MapleSim 中建立高頻電路模型 我們決定選用一個(gè)簡(jiǎn)單的近似值 該 值能作為能量從電池流向電機(jī)的升壓或是升壓去磁轉(zhuǎn)換器 反之亦然 如圖 3 所示是 能量控制器框圖 盡管當(dāng)前模型擁有一個(gè) 100 效率的轉(zhuǎn)換器 但一種 Hellgren 3 在其 論文中所采用的效率更為現(xiàn)實(shí)的模型是可以被采用的 在輸出循環(huán)中運(yùn)用一種由信號(hào)驅(qū)動(dòng)的電流源 據(jù)此可以測(cè)量輸出電壓和計(jì)算輸出 功率 輸入電流是受 PID 控制器調(diào)整的 以致根據(jù)輸入功率匹配輸出功率 無(wú)論是對(duì) 于決定功率流方向的正向電流還是反向電流 該電路都能很好地工作 當(dāng)輸出電壓和 輸出電流趨近于零時(shí) 這個(gè)模型解決了一個(gè)簡(jiǎn)單代數(shù)功率轉(zhuǎn)換器 除以零 的問(wèn)題 并 且能適應(yīng)變化的輸入輸出阻抗 但是其并未考慮該部件的物理限制 例如 電池的最 大充放電率 電機(jī) 電線或是功率電子元件的電壓 電流限制等 2 3 電機(jī) 本汽車模型中電機(jī)是選用的 Modelica 直流永磁電機(jī) 該電機(jī)包括內(nèi)電阻 電感和 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 21 電機(jī)的機(jī)械和電氣動(dòng)作是通過(guò)方程 1 和 2 進(jìn)行建模 在方程中 Ja 是電樞慣性 是點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)角 Vnom Inom 和 fnom 分別是電機(jī)公稱電壓 電流和旋轉(zhuǎn)頻率 是電機(jī)軸扭矩 La 和 Ra 分別是電樞電感和電阻 最后 和 分別是電機(jī)輸 譯文 6 出端電壓和電流 30 0 1 30 0 2 我們選擇由 L M C 公司 22 生產(chǎn)的型號(hào)為 LEM 200 的 D127 直流永磁電機(jī)模型 然而 我們需要修改電機(jī)的額定電壓和電流以適應(yīng)我們所選電池電壓 這要求我們用 不同的線束和改變電機(jī)自身磁體來(lái)得到重繞線圈電機(jī) 電機(jī)所用到的參數(shù)已在表 1 中給出 我們可以注意到電機(jī)的電壓和功率均是各自 額定值的兩倍 2 4 車輛動(dòng)力學(xué) 我們所使用的車輛模型十分簡(jiǎn)單 其物理參數(shù)基于 2007 款豐田凱美瑞混合動(dòng)力 汽車 因?yàn)槲覀冎魂P(guān)心傳動(dòng)部件的性能 我們不關(guān)心車輛自身的懸架系統(tǒng)或是轉(zhuǎn)向系 統(tǒng) 我們運(yùn)用了一個(gè)具有規(guī)定重量的位于斜面上的無(wú)阻力運(yùn)輸車一維模型 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 與運(yùn)輸車變形車輪通過(guò) 9 1 的固定轉(zhuǎn)速比變速器進(jìn)行彈性連接 車胎和凱美瑞汽車輪 徑相同 型號(hào)為 P215 60V R16 0 方程 3 描述了電機(jī)旋轉(zhuǎn)和電機(jī)軸轉(zhuǎn)矩關(guān)系 是電機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩 m 是汽車的 整車質(zhì)量 R 是驅(qū)動(dòng)輪的半徑 是電機(jī)到車胎的傳動(dòng)比 是電機(jī)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移 g 是重力加速度常數(shù) 且 是傾斜角度 譯文 7 2 2 sin 3 表 2 列出了所用到的參數(shù)值 在本模型中唯一的一種制動(dòng)方式是再生制動(dòng) 在再生制動(dòng)的過(guò)程中 電機(jī)電流反 向流動(dòng) 利用車輛的動(dòng)能給蓄電池充電 我們沒(méi)有將反復(fù)充電時(shí)電池的電流限制考慮 在內(nèi) 對(duì)于這個(gè)車輛模型我們附加上了一個(gè)簡(jiǎn)單的地形模型 根據(jù)時(shí)間查表控制地形的 傾斜度 該地形是車輛的行駛環(huán)境 有了這樣的地形模型 我們可以仿真電動(dòng)汽車在 平原和丘陵地帶的性能 駕駛循環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)車輛理想速度隨時(shí)間的對(duì)照表 PID 控制器將理想速度與實(shí) 際速度進(jìn)行對(duì)比 并驅(qū)動(dòng)能量控制器輸入傳送動(dòng)力到電機(jī)或是從電機(jī)獲得動(dòng)力 直到 車輛的實(shí)際速度和理想速度相匹配 如圖 1 總體 BEV 框圖所示 2 5 數(shù)值仿真 在 MapleSim 軟件將車輛模型轉(zhuǎn)換成微分方程組過(guò)后 象征性地降低和減少了系 統(tǒng)的方程組 然后用減少了的方程求出數(shù)值解以得到最終的輸出數(shù)據(jù) MapleSim 是利用自身的非剛性求解器來(lái)仿真我們建立的車輛系統(tǒng) 該非剛性求 解器使用一個(gè) Fehlberg fourth fifth 命令四階插值 Runge Kutta 法 我們采用一種絕對(duì) 誤差和相對(duì)誤差值均為 1e 7 的自適應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng) 并打開 MapleSim 的使仿真程序運(yùn)行 更快的自身代碼生成能力 這個(gè)模型是在運(yùn)用適合于 Linux 系統(tǒng)的 MapleSim 版本 3 的 3 兆英特爾 Core2 Duo 環(huán)境中運(yùn)行的 它被設(shè)定在一個(gè)仿真超過(guò) 30 秒時(shí)間間隔 并且需 10 秒鐘實(shí)際時(shí)間才能完成 譯文 8 3 仿真結(jié)果 圖 4 是單一電池單元脈沖放電在 MapleSim 仿真模型和實(shí)際電池單元中的對(duì)照 實(shí)際電池單元數(shù)據(jù)可以從 Chen 和 Rin con Mora論文中圖 5 提取 類似在他們的論文 中一樣 我們的模型也不考慮自放電電阻 最初 98 SOC 值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果很接近 直 到電池容量耗盡之前都很貼近實(shí)際值 我們的模型要求一個(gè)放電循環(huán)而不僅僅是實(shí)際 上看到的電池終端電壓快速下降 運(yùn)用我們的車輛模型進(jìn)行了兩個(gè)簡(jiǎn)單而直觀的測(cè)試 表 3 中列出了在驅(qū)動(dòng)循環(huán)系 統(tǒng)中應(yīng)用到的參數(shù) 3 1 加速度 我們所做的第一個(gè)測(cè)試是在平坦地形上以硬和軟的加速度模擬車輛的駕駛狀況 由于內(nèi)部損失 如果是軟加速而硬加速 那么蓄電池電動(dòng)車和內(nèi)燃機(jī)車的效率將更高 硬加速循環(huán)和軟加速循環(huán)的初始加速度是不同的 但是最大速度和減速度是相同的 見(jiàn)圖 5 是駕駛循環(huán)速度隨時(shí)間變化的硬和軟加速曲線圖 譯文 9 圖 6 為電池 SOC 值隨時(shí)間變化圖 曾描述該模型沒(méi)有滾動(dòng)阻力 你可以看到硬 加速驅(qū)動(dòng)周期以一個(gè)低于軟加速循環(huán)的 SOC 值結(jié)束加速狀態(tài) 不相同的地方是由于 電阻損失來(lái)自于電機(jī)繞組和電池內(nèi)部化學(xué)損失 3 2 山地 我們所做的第二個(gè)測(cè)試是測(cè)試汽車上坡和下坡的情況 當(dāng)汽車上坡時(shí) 電池消耗 能量并部分轉(zhuǎn)化為汽車重力勢(shì)能 然而 在下坡的時(shí)候 汽車減少的部分重力勢(shì)能轉(zhuǎn) 化到電池當(dāng)中 見(jiàn)圖 5 駕駛循環(huán)速度隨時(shí)間變化的山地循環(huán)曲線 地形循環(huán)非常簡(jiǎn)單 在 t 9 5s 時(shí) 車輛遇到陡坡 并駛上陡坡 或是在 t 20 5s 之前從坡度為 8 度的斜坡 譯文 10 上駛下 返回平地 圖 7 為這個(gè)測(cè)試中電池 SOC 值隨時(shí)間變化曲線 在兩種情況下 電池消耗能量 使車輛加速 將電池的能量部分轉(zhuǎn)化為車輛的動(dòng)能 在上坡的情況下 SOC 值減小 駕駛控制器應(yīng)用更多能量到電機(jī)以使車輛的速度 和理想速度相匹配 并且電池能量轉(zhuǎn)化成了車輛的重力勢(shì)能 在下坡的情況下 SOC 值增加 駕駛控制器應(yīng)用蓄熱式 制動(dòng) 以使車輛保持速度 恒定 并且車輛的重力勢(shì)能隨著轉(zhuǎn)化成電能回流到電池中 最后 汽車運(yùn)動(dòng)到平緩的地點(diǎn)并利用再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)剎車 同時(shí)將車輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化到 電池中儲(chǔ)存起來(lái) 3 3 驗(yàn)證 在基于能量守恒的原則下我們對(duì)在 MapleSim 中的仿真結(jié)果和近似計(jì)算結(jié)果做了 一下對(duì)比 對(duì)硬和軟加速循環(huán)做了以下幾點(diǎn)對(duì)比 在車輛啟動(dòng)之前和啟動(dòng)后達(dá)到最大 速度開始直至再生制動(dòng)以前 因?yàn)檐囕v在平直道路上無(wú)滾動(dòng)阻力地運(yùn)動(dòng) 僅僅包含車 輛動(dòng)能和電機(jī) 電池上必須考慮的阻力損失 譯文 11 見(jiàn)表 4 基于能量守恒的近似理論計(jì)算和 MapleSim 軟件為硬和軟加速度循環(huán)做 的仿真結(jié)果在以下參數(shù)上做的對(duì)比結(jié)果 J 轉(zhuǎn)化到車輛的能量 P 加速全程的 平均功率 SOC 電機(jī)和電池上納入考慮的損失中電池的 SOC 值變化 詳見(jiàn) Appendix A 在硬加速驅(qū)動(dòng)循環(huán)計(jì)算中的步驟 MapleSim 仿真結(jié)果與近似理論結(jié)果比較吻合 考慮到近似理論公式的使用 出 現(xiàn)較小的誤差并不奇怪 4 總結(jié) 我們利用了運(yùn)用 MapleSim 軟件的基于數(shù)學(xué)的方法模擬了一個(gè)簡(jiǎn)單的蓄電池電動(dòng) 汽車 這項(xiàng)技術(shù)減少了汽車開發(fā)時(shí)間 并使系統(tǒng)更接近物理系統(tǒng) 運(yùn)用一個(gè)基于 Chen 和 Rin con Mora的電池模型建立的完整電池組數(shù)學(xué)模型 一 個(gè)簡(jiǎn)單的功率控制器模型和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) Modelica 直流電機(jī)模型 我們能夠 組成一個(gè) BEV 傳動(dòng)系統(tǒng)并將其與一個(gè)簡(jiǎn)單的車輛動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)系起來(lái) 通過(guò)運(yùn)用不同的地形條件和駕駛循環(huán) 對(duì)兩個(gè)不同的情景進(jìn)行測(cè)試以比較我們汽 車模型的性能和人們期望的實(shí)際汽車的性能 在兩種情況下 得到的測(cè)試結(jié)果和直覺(jué) 想象以及近似理論計(jì)算都是想符合的 基本的描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程能用到靈敏度分析 優(yōu)化或是實(shí)時(shí) HIL 仿真等運(yùn)用中 后續(xù)工作將包括給系統(tǒng)增加內(nèi)燃機(jī)作為一個(gè)增程器 增加功率控制器 電機(jī)模型 的保真度 增加更復(fù)雜車輛模型 地形模型和駕駛循環(huán)模型 譯文 12 致謝 我們特別感謝豐田公司 MapleSoft 公司以及加拿大自然科學(xué)與工程研究委員會(huì) 的大力支助和支持 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(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4 1 3 純電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 1 3 1 國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車發(fā)展研究狀況 5 1 3 2 國(guó)外純電動(dòng)汽車發(fā)展研究狀況 8 1 4 本文主要研究?jī)?nèi)容 10 第二章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 12 2 1 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的布置方案 12 2 2 純電動(dòng)汽車整車參數(shù)及性能指標(biāo)確定 15 2 3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配 16 2 3 1 電動(dòng)機(jī)類型選擇 16 2 3 2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定 18 2 4 動(dòng)力電池參數(shù)匹配 20 2 4 1 動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配 24 2 5 1 傳動(dòng)系統(tǒng)變速方案選擇 24 2 5 2 傳動(dòng)系傳動(dòng)速比設(shè)計(jì) 25 2 6 匹配結(jié)果 27 第三章 基于 ADVISOR 的純電動(dòng)汽車仿真建模 28 3 1ADVISOR 仿真模塊介紹 28 3 1 1ADVISOR 使用說(shuō)明 29 2012 屆城市專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 I 3 2 純電動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)模型建立 34 3 2 4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型建立 35 3 2 5 動(dòng)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(wèn)題日益凸顯 世界各國(guó)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(duì)于能耗少 污染小的 新型交通工具的需求愈來(lái)愈強(qiáng)烈 純電動(dòng)汽車作為未來(lái)最具潛力的交通工具正快速發(fā) 展 但是 在電動(dòng)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(dòng) 汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 對(duì)整車的動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 工作原理作了簡(jiǎn)單介紹 對(duì)電動(dòng)汽車的國(guó)內(nèi) 外發(fā)展趨勢(shì)做了扼要分析 其次 對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置方案進(jìn)行了設(shè)計(jì) 且 對(duì)電動(dòng)機(jī) 動(dòng)力電池以及傳動(dòng)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(dòng)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(duì)比分析 得出仿真結(jié)果符合理論匹配設(shè)計(jì)結(jié)果 滿足 整車動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性的結(jié)論 從而驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的正確性 合理性 關(guān)鍵字 純電動(dòng)汽車 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) 匹配選型 建模仿真 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 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(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力 用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛 且滿足道路安全法規(guī) 對(duì)汽車的各項(xiàng)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(jiǎn)單 方便維護(hù)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 而且 純電動(dòng)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(shì) 必將成為未來(lái)地面交通工具的主力軍 現(xiàn)在人們通常將電動(dòng)汽車稱為 新能源汽車 其實(shí)電動(dòng)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(dòng)三輪車 比 1885 年德國(guó)的卡 爾 本茨制造出世界上第一輛以汽油為動(dòng)力的三輪汽車還早 51 年 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì) 初 曾是電動(dòng)汽車非常繁榮的時(shí)代 1890 年全世界汽車保有量約為 4200 輛汽車 其 中 38 為電動(dòng)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(dòng)出租汽車運(yùn)營(yíng) 1912 年在美國(guó)有 3 4 萬(wàn)輛電動(dòng)汽車 1907 年底特律電氣公司生產(chǎn)的 電動(dòng)汽車最高車速達(dá)到 40km h 但是 由于電動(dòng)汽車使用的蓄電池儲(chǔ)能密度低 壽命 短 汽車的續(xù)駛里程 動(dòng)力性與價(jià)格都無(wú)法與快速進(jìn)步的內(nèi)燃機(jī)汽車競(jìng)爭(zhēng) 尤其是福 特公司于 1908 年實(shí)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(jià)只有 825 美元 到了 1921 年 售價(jià)降到了 260 美元 將美國(guó) 帶入了汽車普及時(shí)代 到 1920 年電動(dòng)汽車基本上被內(nèi)燃機(jī)汽車擠出市場(chǎng) 消費(fèi)者選 擇了后者 可以說(shuō)這是電動(dòng)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(dòng)車再次受到重視 80 年代 美國(guó)通用 福特和日本豐田 本田均開發(fā)了電動(dòng)汽車 到 2000 年前 全球共銷售電 動(dòng)車約 6 萬(wàn)輛 約占全球汽車保有量 6 億輛的萬(wàn)分之一 其中最有代表性的當(dāng)屬通用 公司的 EV1 電動(dòng)車了 它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為兩級(jí)減速的三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 裝備 26 個(gè) 德科 VRLA 鉛酸電池 外形設(shè)計(jì)十分考究 具有很低的風(fēng)阻 見(jiàn)圖 最高時(shí)速可達(dá) 129km h 加速性優(yōu)良 0 96km h 加速時(shí)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(shuí)殺死 了電動(dòng)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(rùn)高的汽車 沒(méi)有耐心培育 EV1 這種利于社會(huì)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(shí)電池技術(shù)遠(yuǎn)沒(méi)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(lái)的鎳氫電池都不能滿足車輛續(xù)駛里程和壽命要求 同時(shí)還 因?yàn)殡姵貛?lái)的最致命的問(wèn)題 EV1 高昂的造價(jià) 還是消費(fèi)者的選擇起了關(guān)鍵的作用 轟動(dòng)一時(shí)的電動(dòng)汽車再次落幕 可以說(shuō)這是電動(dòng)汽車的 二起二落 歷史走到 21 世紀(jì) 在油價(jià)不斷攀升與地球環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻的壓力下 電動(dòng)汽 車再次迎來(lái)了新一次高潮 人類執(zhí)拗地要將電動(dòng)汽車推上舞臺(tái) 在布什總統(tǒng)年代 美 國(guó)人將注意力放在氫燃料電池汽車上 但由于燃料電池價(jià)格昂貴等原因 短時(shí)間內(nèi)不 具備產(chǎn)業(yè)化條件而使計(jì)劃擱淺 日本豐田公司卻在混合動(dòng)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(wàn)輛 緊接著人們又將注意力轉(zhuǎn)移到純電動(dòng)汽車上來(lái) 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(dòng)汽車推廣應(yīng)用的希望 國(guó)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(dòng)汽 車研發(fā)與試驗(yàn)的熱潮 可以說(shuō)這是電動(dòng)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(guó)發(fā)展面臨的兩個(gè)巨大問(wèn)題 隨著化石能 源的減少和環(huán)境的惡化 人們對(duì)于能耗少 污染小 效率高的新型交通工具的需求越 來(lái)越強(qiáng)烈 純電動(dòng)汽車作為未來(lái)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(guó)都大力提倡并得到有效的政策支持 我國(guó)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(duì)較落后 尤其是在發(fā) 動(dòng)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(guó)汽車年產(chǎn)銷已經(jīng)突破 1800 萬(wàn)輛 是名副其實(shí)的汽車大國(guó) 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(guó) 那么我國(guó)汽車工業(yè)必須具有前瞻性 發(fā)展未來(lái)技術(shù)儲(chǔ)備 研 發(fā)更高效能新能源汽車 尤其是純電動(dòng)汽車 爭(zhēng)取掌握新一輪世界汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主 動(dòng)權(quán) 汽車雖然改變了我們的世界 但是又有誰(shuí)能知道 未來(lái)的汽車將會(huì)把我們帶到何 方 我們暫且拋開我們國(guó)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(wèn)題 環(huán)境污染和石油缺乏 這直接對(duì)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(zhǎng)造成嚴(yán)重影響 同時(shí)對(duì)石油的占有競(jìng)爭(zhēng)也會(huì)使得各國(guó)摩擦增大 由此導(dǎo)致 世界范圍內(nèi)的動(dòng)亂無(wú)可避免 傳統(tǒng)汽車對(duì)環(huán)境污染具體來(lái)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(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 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(guò)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(shí) 附近居民中得肺 癌的人數(shù)就會(huì)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(duì)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(duì)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(cè)部門對(duì)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(duì)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(lái)源 據(jù)統(tǒng)計(jì) 城市中 80 的噪聲污染是由于燃油汽車所致 我國(guó)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(guò)的 可以看出國(guó)民的健康狀況受到嚴(yán)重威脅 加入世貿(mào)組織之后 我國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)可謂是高速發(fā)展 但帶來(lái)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(guó)人民的健康 燃油汽車面臨的另外一 個(gè)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(huì)直接阻礙汽車行業(yè)的發(fā)展 統(tǒng)計(jì)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(guó)作為近幾年汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快 的國(guó)家對(duì)石油的需求卻是不斷增加 所以考慮到社會(huì)穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展我國(guó)不得不從外 界購(gòu)買石油 預(yù)計(jì)到 2012 年我國(guó)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(wèn)題在我國(guó)更是刻不容緩的了 正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)汽車帶來(lái)了環(huán)境和能源問(wèn)題 基于這樣的背景下 各國(guó)都在未雨綢 繆研究制造新能源汽車 而純電動(dòng)汽車零排放 使用方便 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)得到 大家的青睞 被稱作真正意義的 綠色汽車 所以自上個(gè)世紀(jì) 90 年代后 世界范圍 內(nèi)的電動(dòng)汽車熱興起 被視為解決傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車問(wèn)題和石油危機(jī)的主要途徑 因而 發(fā)展純電動(dòng)汽車具有很廣泛的現(xiàn)實(shí)意義 可緩解我國(guó)石油能源短缺 城市 大氣環(huán)境惡化 增強(qiáng)汽車企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等幾個(gè)方面 第一 緩解石油能源短缺 預(yù)計(jì) 2012 年后我國(guó)石油消費(fèi)將超過(guò) 1 2 億噸 世界石 油局勢(shì)也日趨緊張 以美國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家都積極占領(lǐng)石油戰(zhàn)略資源 由于純電動(dòng)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(jiàn) 3 純電動(dòng)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(dòng)汽車將對(duì)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(duì)于國(guó)民健康的提高 和醫(yī)療以及環(huán)境長(zhǎng)遠(yuǎn)的有利影響更是不可估計(jì) 一些國(guó)家和國(guó)際組織經(jīng)常在能源消耗 和環(huán)境保護(hù)方面對(duì)我國(guó)政府施壓 發(fā)展純電動(dòng)汽車可以緩解國(guó)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(gè)城市中有 7 個(gè)在中國(guó) 國(guó)家環(huán)保中心預(yù)測(cè) 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(lái)越多的國(guó)家開始關(guān)注環(huán)保問(wèn)題 很多國(guó)家特別 是發(fā)達(dá)國(guó)家都制定出越來(lái)越苛刻的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn) 純電動(dòng)汽車由于幾乎是零排放 的優(yōu)點(diǎn) 受到世界各國(guó)的重視 第三 增強(qiáng)汽車企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力 國(guó)家政策的補(bǔ)貼支持給國(guó)內(nèi)汽車制造廠商帶來(lái)很好 的發(fā)展機(jī)遇 在純電動(dòng)汽車的研發(fā)上 在知識(shí)產(chǎn)權(quán)上面受到國(guó)際制約比較少 有可能 發(fā)展出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品 有望縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的汽車制造水平 我國(guó) 必須及時(shí)制定一個(gè)雄心勃勃的國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展戰(zhàn)略 抓住機(jī)遇 應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn) 發(fā)揮優(yōu) 勢(shì) 揚(yáng)長(zhǎng)避短 實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(wèn)題日益突出的今天 純電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展 正是為了解決這一問(wèn)題 從能源觀點(diǎn)考慮 電動(dòng)汽車?yán)玫哪茉词且环N可靠的 來(lái)源 廣泛的 均衡的 對(duì)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(dòng)汽車在城市交通中可實(shí)現(xiàn)零排放或極低排放 即使考慮到給這些電動(dòng)汽車提供 能量的發(fā)電廠的排放 使用電動(dòng)汽車仍能顯著降低全球的空氣污染 因此可以預(yù)見(jiàn)到 純電動(dòng)汽車的發(fā)展將對(duì)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(dòng)汽車基本結(jié)構(gòu)和工作原理 相對(duì)傳統(tǒng)汽車而言 純電動(dòng)汽車是將電動(dòng)機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力以驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn) 同時(shí) 以蓄電池替代油箱儲(chǔ)存能量 當(dāng)然 并非簡(jiǎn)單替代 只是在功能上替代而已 他們具有各自特性 純電動(dòng)汽車的主要結(jié)構(gòu)由電力驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)決定了整個(gè)純電動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)原理圖 其主要由 3 個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成 即電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng) 能源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)由車輛控制器 電力 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 4 電子控制器 電動(dòng)機(jī) 機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車工作的過(guò)程中 首先駕駛員踩下加速踏板或是制動(dòng)踏板 從而產(chǎn)生一 個(gè)車輛控制信號(hào) 車輛控制器接收該信號(hào)后向電力電子變換器輸出正向的控制信號(hào) 當(dāng)電力電子控制器接收到該信號(hào)后 發(fā)出相應(yīng)的控制指令去控制電動(dòng)機(jī) 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī) 和能量源之間的功率流 從而獲得駕駛員想要實(shí)現(xiàn)的加速 減速或是停車等目的 當(dāng) 純電動(dòng)汽車再生制動(dòng)時(shí) 產(chǎn)生的能量通過(guò)電力電子變換器逆變將能量?jī)?chǔ)存到能量源中 同時(shí) 能量管理單元與車輛控制器一起控制可再生制動(dòng)能量 從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量流的 最優(yōu)化 輔助能源主要給純電動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向單元等提供不同電壓等級(jí)的所需功率 4 圖 1 1 典型純電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)原理圖 1 3 純電動(dòng)汽車國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 3 1 國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車發(fā)展研究狀況 早在上世紀(jì) 60 年代 我國(guó)就開始了純電動(dòng)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(guó)內(nèi)一些高校 科研單位和企業(yè)陸續(xù)開始研究純電動(dòng)汽車 并取得了一些成果 同時(shí) 我國(guó)政府已經(jīng)確定把純電動(dòng)汽車為汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方 5 向 而普通混合動(dòng)力汽車將作為節(jié)能車看待 不享受國(guó)家對(duì)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(dòng)力汽車的動(dòng)力而紛紛轉(zhuǎn)向純電 動(dòng)汽車 2006 年 我國(guó)第一批純電動(dòng)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(dòng)汽車的研發(fā)或試運(yùn)營(yíng)陣營(yíng) 在政府方面 2001 年我國(guó)正式啟動(dòng)了 十五 國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 863 計(jì)劃 電動(dòng)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(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽 車為 三縱 以多能源動(dòng)力總成 驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)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(dòng)大客車項(xiàng)目的有北方車輛廠和北京理工 大學(xué) 承擔(dān)純電動(dòng)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(guó)汽車技術(shù)研究中心 同時(shí) 2009 年國(guó)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(xiàng)政策 為今后一段時(shí)期我國(guó)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(dòng)汽車的重要性 同年 財(cái)政部提出了一攬子補(bǔ)貼方案 對(duì)采購(gòu)混合動(dòng) 力汽車的單位和個(gè)人實(shí)施每輛車最高補(bǔ)貼 60 萬(wàn)元的政策 其中購(gòu)買純電動(dòng)轎車最高 可獲得 6 萬(wàn)元的現(xiàn)金補(bǔ)貼 這使得在國(guó)內(nèi)形成了良好的電動(dòng)汽車發(fā)展氛圍 而且 目 前純電動(dòng)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(dòng)汽車重 大專項(xiàng) 純電動(dòng)客車項(xiàng)目 作為技術(shù)依托單位承擔(dān)了北京市科技奧運(yùn)電動(dòng)汽車特別專 項(xiàng) 電動(dòng)汽車運(yùn)行示范 研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化 等項(xiàng)目 已完成純電動(dòng)準(zhǔn)低地板公交車 純電動(dòng)中巴客車 純電動(dòng)旅游客車 純電動(dòng)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(jì) 并進(jìn)行了 40 余輛的小批量試生產(chǎn) 各項(xiàng)動(dòng)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(guó)際水平 并組建了電動(dòng)汽車示范車隊(duì) 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(dòng)車輛股份有限公司密云電動(dòng)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(guó)第一臺(tái)由直流無(wú)刷輪轂電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的 4 輪驅(qū)動(dòng)燃料電 池微型電動(dòng)汽車 春暉一號(hào) 和 春暉二號(hào) 以及 超越 系列混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 春暉一 號(hào) 四輪電驅(qū)動(dòng)燃料電池轎車最高時(shí)速 50 km h 配置鋰離子蓄電池和燃料充氫電池 2 種混合動(dòng)力 續(xù)駛里程 150km 超越一號(hào) 燃料電池混合動(dòng)力轎車已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收 主 要技術(shù)參數(shù)為 0 100km h 的加速時(shí)間小于等于 30S 14S 內(nèi)可以加速到 80km h 最高時(shí)速為 105km h 最大爬坡度 20 續(xù)駛里程 230km 超越三號(hào) 主 要技術(shù)參數(shù)為 0 100km h 的加速時(shí)間小于等于 20S 最高時(shí)速 120 km h 最大 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 6 爬坡度 20 續(xù)駛里程 200km 5 6 清華大學(xué)承擔(dān)了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目 燃料電池城市客車整車技術(shù) 等有 關(guān)電動(dòng)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(dòng)電機(jī) 額定功率 35kw 最大功率 90kW 配置無(wú)級(jí)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng) 最高車速 80km h 最大 爬坡度 15 0 40km h 的加速時(shí)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(dòng)轎車 U2001 配置了 45kW 永磁直流無(wú)刷電 機(jī)和 26 V 鎳氫蓄電池 其中 永磁無(wú)刷直流電機(jī)采用了特殊設(shè)計(jì) 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(shí)間為 6 3S 以 88km h 的速度行駛時(shí) 一次充電的續(xù)駛里程為 l76km 7 西安交通大學(xué)在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究開發(fā)了 15 項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利 正式授 權(quán) 5 項(xiàng) 有 2 項(xiàng)國(guó)際發(fā)明已被正式受理 在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)考慮輸入電壓變動(dòng) 負(fù)載擾動(dòng)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(yàn)表明 采用西安交大制動(dòng)能量回收 專利技術(shù)的鉛酸電池純電動(dòng)汽車 XJTU 1 可以使續(xù)駛里程由 160km 延長(zhǎng)到 200km 以 上 12 13 西安交大對(duì)電動(dòng)汽車超級(jí)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(shí) 可以提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程 30 50 14 2005 年 10 月 19 日 西安交大電 動(dòng)汽車 XJTUEV 2 與日本大阪產(chǎn)業(yè)大學(xué)太陽(yáng)能車及 My way 公司的電動(dòng)汽車一起進(jìn)行 了 新絲綢之路挑戰(zhàn) 拉力活動(dòng) 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(zhǎng)途行駛 接受了惡劣路況的考驗(yàn) 同時(shí) 該車由西安交大獨(dú)創(chuàng) 是世界上第一 輛實(shí)現(xiàn)了利用車輛振動(dòng)能量進(jìn)行壓電發(fā)電功能的電動(dòng)汽車 在企業(yè)方面 國(guó)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(dòng)汽 車的研發(fā) 并取得了豐碩的成果 國(guó)內(nèi)從事純電動(dòng)汽車研發(fā) 少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運(yùn) 營(yíng)的有東風(fēng) 天津清源 北京理工科凌 比亞迪 萬(wàn)向等企業(yè) 天津清源電動(dòng)車輛有 限公司 深圳雷天公司等單位研發(fā)的純電動(dòng)汽車 其整車的動(dòng)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(guò)國(guó)外同級(jí)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(guó)內(nèi)最早從事電動(dòng)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(gè)品種的純電動(dòng)車 包括東風(fēng)純電 動(dòng)轎車 EQ7160EV 純電動(dòng)富康轎車 EQ7140EV 純電動(dòng)客車 EQ6690EV 等 7 2003 年?yáng)|風(fēng)純電動(dòng)車實(shí)現(xiàn)商品化銷售以來(lái) 已累計(jì)銷售 1000 余臺(tái) 進(jìn)入行業(yè)前三甲 截止到 2005 年 11 月 參與示范運(yùn)營(yíng)的東風(fēng)純電動(dòng)小巴有 93 臺(tái) 到 2010 年 東風(fēng)電 動(dòng)車公司計(jì)劃實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)場(chǎng)地車銷售 5000 輛的年產(chǎn)銷量 天津市電動(dòng)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(dòng)車輛有限責(zé)任公司 承擔(dān) 863 計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目 XL 2 純電 動(dòng)轎車 研發(fā)工作 各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 全車總重 1600kg 最高時(shí)速 達(dá)到 140km h 續(xù)駛里程超過(guò) 260km 0 50km h 的加速時(shí)間 6 8s 被認(rèn)為是國(guó)內(nèi)水 平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動(dòng)車型 2005 年 清源公司開發(fā)的 6 輛 幸福使者 純電動(dòng) 汽車出口美國(guó) 這是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車整車第一次出口 根據(jù)美方要求 該車作為美國(guó)家 庭用車 最高時(shí)速限定為 40km 最大續(xù)駛里程 100km 整車定價(jià)近 1 萬(wàn)美元 之后 清源公司繼續(xù)向美國(guó)出口純電動(dòng)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(guó)際市場(chǎng)訂單已超過(guò) 1000 輛 2006 年底 清源公司在天津?yàn)I海新 區(qū)建設(shè)電動(dòng)汽車研發(fā)制造基地 形成一條年產(chǎn) 2 萬(wàn)輛純電動(dòng)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(shì) 率先將電動(dòng)轎車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化 2008 年 12 月 15 日 推出世界第一款雙模電動(dòng)車 F3DM 純電動(dòng)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(shí)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(shí)驗(yàn)性電動(dòng)汽車充電站的建 設(shè) 2010 年 在廣州國(guó)際車展上 比亞迪公司推出了全球首款批量投放純電動(dòng)出租車 E6 同時(shí) 2012 年北京國(guó)際車展比亞迪有望推出性價(jià)比更高的純電動(dòng)汽車 秦 萬(wàn)向集團(tuán)公司從 1999 年開始涉足電動(dòng)汽車領(lǐng)域 目前已經(jīng)研制出了純電動(dòng)轎車 和純電動(dòng)公交車 運(yùn)行總里程已經(jīng)超過(guò)了 15 萬(wàn)公里 其純電動(dòng)轎車最高時(shí)速為 126km h 經(jīng)濟(jì)時(shí)速下最大續(xù)駛里程為 380km 百公里平均耗電量為 11kWh 純電動(dòng) 公交車最高時(shí)速為 90km h 經(jīng)濟(jì)時(shí)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(wàn)向集 團(tuán)公司研制的鋰離子電池電動(dòng)汽車在杭州開始示范運(yùn)行 同時(shí) 在 2010 年 10 月的廣州國(guó)際車展上 長(zhǎng)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(dòng)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(guó) 內(nèi)的電動(dòng)汽車猶如雨后春筍一般涌現(xiàn) 1 3 2 國(guó)外純電動(dòng)汽車發(fā)展研究狀況 在電動(dòng)汽車的發(fā)展進(jìn)程中 各國(guó)和各地區(qū)都依據(jù)自己的國(guó)情和特點(diǎn)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(guó)和歐洲 他們?cè)陔妱?dòng)汽車的車速 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 8 續(xù)駛里程 加速性能 動(dòng)力蓄電池 基礎(chǔ)設(shè)施等方面都有較大的優(yōu)勢(shì) 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(duì)策以便應(yīng)對(duì)能源問(wèn)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(shuō) 電動(dòng)汽車的發(fā) 展和促進(jìn) 對(duì)日本能源狀況的改善可以說(shuō)是至關(guān)重要的 我國(guó)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(zhǎng) 形勢(shì)會(huì)比日本更加嚴(yán)峻 1967 年 日本為了促進(jìn)本國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成立了日本電動(dòng)汽車協(xié)會(huì)在之后 的 20 年間 日本制定了 電動(dòng)汽車的開發(fā)計(jì)劃 和 第三屆電動(dòng)汽車普及計(jì)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(dòng)汽 車方面的研究主要集中在混合動(dòng)力和燃料電池汽車兩個(gè)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(dòng)力電動(dòng)汽車上做的努力 燃料電動(dòng)汽車方面也于 2006 年試行 FCX 該車由交 流同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 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(dòng)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(diǎn)放在了混合電 動(dòng)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(dòng)汽車 1995 年普銳斯研制成功并于 1997 年投放市場(chǎng)并取得很大成功 普銳斯 2005 屬于重度 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 它采用永磁同步電動(dòng)機(jī)和四缸發(fā)動(dòng)機(jī)共同驅(qū)動(dòng) 使得該車的節(jié)能 與續(xù)航能力更加突出 因此更具有實(shí)用性 截至 2010 年年底 全球銷量已經(jīng)超過(guò) 140 萬(wàn)輛 是當(dāng)前最成功的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 日本另外的一個(gè)著名的汽車品牌 日產(chǎn) 也致力于發(fā)展電動(dòng)汽車 日產(chǎn)公司設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車主要是純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng) 汽車 同時(shí)也將燃料電池電動(dòng)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(dòng)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(guó)采用政府和企業(yè)雙作用力的方式 加速電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展 美國(guó)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(guó)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(lì)發(fā)展電動(dòng)汽車 先后推出了 PNGV Freedom CAR AVP 計(jì)劃 在美國(guó)能源部 的大力支持下 汽車廠商在電動(dòng)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(guó)部分純電動(dòng)汽車的技術(shù)性能參數(shù) 表 1 1 美國(guó)部分純電動(dòng)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(dòng)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(dòng) 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(dòng)汽車與清潔柴油等替代能源汽車的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì) 特別是歐盟委員會(huì)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(guó)家政府和跨國(guó) 汽車公司將零排放的純電動(dòng)汽車作為產(chǎn)品研發(fā)主要方向 紛紛推出純電動(dòng)汽車 雪鐵龍 C Zero 的動(dòng)力系統(tǒng)為一臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)速在 3200 6200rpm 時(shí) 最大功率為 48kw 最大扭矩為 182N m 0 100km h 加速時(shí)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(gè)小時(shí) 而快速充電時(shí) 只需要半小時(shí)就可達(dá)到 80 的電量 奔馳 Smart 電動(dòng)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(shí)間為 6 5s 最高時(shí)速可達(dá) 100Km h Smart 電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)由鋰離子電池提供電能 最大可儲(chǔ)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(dòng)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?jī)?nèi)容 對(duì)于純電動(dòng)汽車各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究 世界各國(guó)都做出了不少研究 可以講在各 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)相當(dāng)成熟 只是還沒(méi)有突破各項(xiàng)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(diǎn)參照某款緊湊型轎車的基本參數(shù)進(jìn)行純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 10 統(tǒng)選型 匹配設(shè)計(jì) 建模以及動(dòng)力性仿真等研究 本文主要內(nèi)容如下 1 對(duì)純電動(dòng)汽車的研究背景 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述 2 介紹了純電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 3 關(guān)于純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式作了簡(jiǎn)要介紹 并選擇了本文所要研究 的傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式 4 根據(jù)緊湊型轎車動(dòng)力性能指標(biāo) 對(duì)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的主要部件進(jìn)行了 選型和匹配 包括驅(qū)動(dòng)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)和蓄電池等 5 本文在 ADVISOR 中建立了純電動(dòng)汽車的整車和傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的模型 并 進(jìn)行了整車動(dòng)力性仿真 6 對(duì)純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力性仿真結(jié)果進(jìn)行分析 驗(yàn)證了傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)合理 性 11 第二章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 當(dāng)前 在沒(méi)有突破動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)的條件下 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配 與選型對(duì)于純電動(dòng)汽車整車動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程具有顯著影響 純電動(dòng)汽車傳 動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng) 動(dòng)力電池和控制系統(tǒng)四部分 由于本文的主要 研究?jī)?nèi)容是傳動(dòng)系的匹配設(shè)計(jì) 因此 主要針對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力電池進(jìn)行 匹配設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)暫不研究 本章首先提出純電動(dòng)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(dòng)力對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 傳動(dòng)系統(tǒng)以及動(dòng)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(dòng)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(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 從而可以滿足整車的動(dòng)力性 也能降低改裝成本和提高 續(xù)駛里程 2 1 純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的布置方案 關(guān)于純電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng) 具有不同的布置形式 合理的傳動(dòng)系統(tǒng)布置會(huì)使得 整車的動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)具 有四種布置形式 以下簡(jiǎn)要介紹幾種動(dòng)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(dòng)轎車的動(dòng)力系統(tǒng)布置方案 圖 2 1 傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式 1 電動(dòng)機(jī) 2 離合器 3 變速器 4 傳動(dòng)軸 5 驅(qū)動(dòng)橋 6 轉(zhuǎn)向器 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 12 第一種是與傳統(tǒng)汽車驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)替代了傳統(tǒng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī) 屬于改裝型電動(dòng)汽車 如圖 2 1 所示 這種布置 方式可以提高電動(dòng)汽車的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 增加低速時(shí)電動(dòng)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(dòng)效率高 安裝簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 但這種方式對(duì)電機(jī)的要求較高 不僅要求電機(jī)具有較 高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 而且要求具有較大的后備功率 以保證電動(dòng)汽車的起動(dòng) 爬坡 加速 超車等動(dòng)力性 圖 2 2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式 1 轉(zhuǎn)向器 2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋組合式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 圖 2 3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式 1 轉(zhuǎn)向器 2 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 13 第三種是電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋整體式 該種方式將電動(dòng)機(jī)裝到驅(qū)動(dòng)軸上 直接由電動(dòng)機(jī)實(shí) 現(xiàn)變速和差速轉(zhuǎn)換 這種方式同樣對(duì)電機(jī)具有較高要求 大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和后備功率 同時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)直接安裝到驅(qū) 動(dòng)輪上 由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛 當(dāng)然 該種方式使得電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)更為緊湊 目前 我國(guó)的電動(dòng)汽車大多建立在改裝車的基礎(chǔ)上 其設(shè)計(jì)是一項(xiàng)機(jī)電一體化的 綜合工程 改裝后高性能的獲得并不是簡(jiǎn)單地將內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱替換成電 動(dòng)機(jī)和蓄電池便可以實(shí)現(xiàn)的 它必須對(duì)蓄電池 電動(dòng)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(shí)必須保證連接可靠 軸荷分配合 理等 本文綜合以上幾種動(dòng)力系統(tǒng)布置形式和本文所參照的緊湊型電動(dòng)轎車建立在改裝 車的基礎(chǔ)上 本文設(shè)計(jì)了如下的動(dòng)力系統(tǒng)布置方案 見(jiàn)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(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 14 本方案采用的是電動(dòng)機(jī)前置前驅(qū)的布置形式 電動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力通過(guò)變速器與離 合器組合通過(guò)車軸傳遞給車輪 驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn) 同時(shí) 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(dòng)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(dòng)轎車 對(duì)轎車的傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)半徑 r m 0 29 圖 2 5 緊湊型電動(dòng)轎車動(dòng)力系統(tǒng)布置方案 1 變速器與減速器組合 2 電動(dòng)機(jī) 3 蓄電池位置 4 轉(zhuǎn)向器 15 驅(qū)動(dòng)方式 前置前驅(qū) 滾動(dòng)阻力系數(shù) f 0 014 同時(shí) 在電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷不同的工況 譬如 坡道行駛 加速工況等 因而對(duì)電動(dòng)汽車的最高車速 最大爬坡度 加速時(shí)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(dòng)轎車的動(dòng)力性指標(biāo) 1 最高車速 140Km h 2 最大爬坡度 30 3 加速時(shí)間 6 5s 0 50Km h 的加速時(shí)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(dòng)機(jī)參數(shù)匹配 電動(dòng)機(jī)是純電動(dòng)轎車中輸出動(dòng)力的部分 是整個(gè)電動(dòng)轎車的心臟 電動(dòng)機(jī)的選擇 直接關(guān)系到電動(dòng)轎車的動(dòng)力性能 只有所選擇的電動(dòng)機(jī)具有足夠可以調(diào)節(jié)的動(dòng)力范圍 才能在不同的工況下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)轎車的加速 減速或是制動(dòng)停車等功能 電動(dòng)機(jī)參數(shù)的 選擇主要是對(duì)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(jì)算 經(jīng)過(guò)理論計(jì)算 使設(shè)計(jì)的電機(jī)參數(shù)能夠滿足整車的動(dòng)力性 即不出現(xiàn)動(dòng)力 不足或是動(dòng)力過(guò)剩浪費(fèi)的情況 電動(dòng)機(jī)功率選擇越大 則電動(dòng)汽車的后備功率越多 加速性和爬坡度性越好 但電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量會(huì)迅速增加 使得電動(dòng)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(dòng)機(jī)的成本也會(huì)隨著電動(dòng)機(jī)功率的 增加而增加 電動(dòng)機(jī)功率選擇過(guò)小 將無(wú)法實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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(dòng)機(jī)類型選擇 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)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(dòng)及機(jī)室的高溫環(huán)境 車用電機(jī)在振動(dòng)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(dòng)汽車在運(yùn)行的過(guò)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(dòng)機(jī)的類型很多 主要包括直流電動(dòng)機(jī) 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 永磁電動(dòng)機(jī) 對(duì)以上四類電動(dòng)機(jī)的特性作如下對(duì)比 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 16 表 2 2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性比較 29 項(xiàng) 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(jiǎn)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(lì)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(jià) 格 高 便宜 一般 高 缺 點(diǎn) 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(dòng)大 具有非線性特性 需要檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁 極位置 永磁體 有退磁的問(wèn)題 優(yōu) 點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 轉(zhuǎn)矩 控制特性良好 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 調(diào)速 范圍廣 較小的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 技術(shù) 比較成熟 維修 業(yè)比較簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 牢靠 起動(dòng)時(shí)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(jiǎn)單 效率比較高 運(yùn)用前景 電動(dòng)汽車發(fā)展初 期得到青睞 與 其他驅(qū)動(dòng)技術(shù)相 比劣勢(shì)較多 目前大部分電動(dòng) 汽車都選擇其作 為動(dòng)力來(lái)源 尚未成熟 發(fā)展 受到限制 大多數(shù)使用在特 殊電動(dòng)汽車上 如太陽(yáng)能電動(dòng)汽 車 1 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有成本最便宜 易于無(wú)極調(diào)速 控制器簡(jiǎn)單便宜 技 術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn) 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(dòng)汽車 上的使用 只能使用在低速 低價(jià)的微型電動(dòng)觀光車上 2 交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與直流電機(jī)系統(tǒng)相比 具有效率高 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 堅(jiān) 實(shí)可靠 免維護(hù) 體積小 重量輕 易于冷卻 壽命長(zhǎng)等許多優(yōu)點(diǎn) 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(lái)越接近 17 3 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊牢固 適合于高速運(yùn)行 并且驅(qū)動(dòng)電 路簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn) 四象限控制 缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大 電磁噪聲大 此外 相對(duì)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(dòng)汽車上也具有較好的應(yīng)用前景 4 永磁電動(dòng)機(jī)可分為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁交流同步電動(dòng)機(jī) 前者的優(yōu) 點(diǎn)是 控制器簡(jiǎn)單 輸出轉(zhuǎn)矩大 缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大 后者的優(yōu)點(diǎn)是 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小 控制較復(fù)雜 對(duì)于同功率電機(jī) 其轉(zhuǎn)矩比無(wú)刷直流電機(jī)小 可利用矢量算法可以實(shí)現(xiàn) 寬范圍的恒功弱磁調(diào)速 綜上所述 永磁無(wú)刷直流電機(jī)具有優(yōu)越的起動(dòng)和調(diào)速性能 沒(méi)有換向器和電刷 壽命長(zhǎng) 噪音低和電子干擾小等優(yōu)點(diǎn) 在電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)中遇到的諸如起步不穩(wěn)定 電 機(jī)噪音大以及行駛過(guò)程中頻繁制動(dòng) 加速等問(wèn)題都可以得到解決 同時(shí)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng) 技術(shù)較成熟 成本較低 所以本文選擇永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4 2 3 2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)確定 電動(dòng)機(jī)的功率包括額定功率和最大功率 電動(dòng)機(jī)的功率選的越大 則電動(dòng)汽車的 后備功率越多 加速和爬坡性能越好 但同時(shí)電機(jī)的體積和質(zhì)量也會(huì)迅速增加 而且 會(huì)使電動(dòng)機(jī)不能經(jīng)常工作在峰值功率附近 從而會(huì)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(dòng)機(jī)的功率不能選得太大 應(yīng)該依據(jù)電動(dòng)汽車的 最高車速 爬坡度和加速性能來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率 4 28 30 1 根據(jù)汽車最高車速確定電動(dòng)機(jī)功率 設(shè)計(jì)中常常以先保證汽車預(yù)期的最高車速來(lái)初步選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)有的功率 已知電 動(dòng)汽車期望的最高車速 選擇的電動(dòng)機(jī)功率大體上等于但不小于汽車以最高車速行駛 時(shí)行駛阻力消耗的功率之和 電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)功率 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 18 電動(dòng)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(dòng)汽車行駛速度 Km h i 為坡度 本文所設(shè)計(jì)的最大爬坡度為 30 即 i 30 取爬坡時(shí)電動(dòng)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(dòng)汽車加速性能確定電動(dòng)機(jī)功率 電動(dòng)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(guò)程的瞬時(shí)車速 Km h 為汽車加速度 m s 2 而汽車加速過(guò)程中 瞬時(shí)車速可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)間 s x 為擬合系數(shù) 一般取 值 0 5 左右 車輛在加速過(guò)程的末時(shí)刻 電動(dòng)機(jī)輸出的功率最大 因此加速過(guò)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(jì)過(guò)程的迭代步長(zhǎng) 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?gòu)?0 到 50Km h 所需要的時(shí)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(jì)算出了各自所需最大功率 為滿足動(dòng)力性的這三項(xiàng)指標(biāo) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率 Ppeak 必須滿足上述所有的要求 4