喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)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(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 譯文 綜合節(jié)能減排管理的混合動(dòng)力車的后處理 摘要—混合動(dòng)力車的能源管理通常涉及車輛動(dòng)力總成,而排放管理跟內(nèi)燃機(jī)和后處理系統(tǒng)是息息相關(guān)的。為了在燃油經(jīng)濟(jì)性和污染物排放方面取得最大的成績(jī),有人提出了集成動(dòng)力（IPC）基本模型的概念。 基于最優(yōu)控制和等效消耗最小控制策略,本文提出了一種新的IPC策略為一系列混合動(dòng)力電動(dòng)重型車輛提供了SCR(選擇性催化還原)DeNOx后處理系統(tǒng)。該策略利用動(dòng)態(tài)控制模型合并雙方的動(dòng)力元件以及后處理系統(tǒng)。 仿真結(jié)果說(shuō)明IPC如何能夠權(quán)衡運(yùn)營(yíng)成本(包括燃料使用和AdBlue劑量)與尾氣的排放量。 1. 介紹 混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與典型綠色環(huán)保標(biāo)志有著密切聯(lián)系，通過(guò)減少燃料的消耗和他們的二氧化碳減排。本著這個(gè)推理控制策略的研究主要是在混合動(dòng)力系統(tǒng)主要能源管理策略。 目前,優(yōu)秀的書籍和論文出現(xiàn)能源管理策略HEVs描述。大部分的工作評(píng)估控制目標(biāo)減少二氧化碳的排放,在某些情況下,其他有害排放如碳?xì)浠衔?HC)、氧化氮(NO)和可吸入顆粒物包含加權(quán)因子。然而,大多數(shù)策略被限制為engine-out排放量而不注重后處理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的影響在最后尾氣的排放。大多數(shù)策略引擎限制排放,而沒(méi)有注意的動(dòng)態(tài)影響后處理系統(tǒng)在最后尾氣排放。 這些年來(lái)嚴(yán)格的立法在車輛尾氣排放出現(xiàn)類型批準(zhǔn)。介紹了催化轉(zhuǎn)化器的后處理系統(tǒng)來(lái)減少危險(xiǎn)排放至可以忽略的水平，對(duì)影響其性能的后處理系統(tǒng)主要是溫度和催化劑磚的排氣流動(dòng)空間速度。一般而言,當(dāng)轉(zhuǎn)換效率低于起燃溫度時(shí)它是一個(gè)較小的催化轉(zhuǎn)化器。一個(gè)快速催化轉(zhuǎn)化器的策略是可取的預(yù)熱期間限制汽車尾氣排放的污染。但是,這通常需要由內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的額外的熱量。為了更好的平衡內(nèi)燃機(jī)的燃料使用和減排管理、能源管理和排放管理將成為未來(lái)HEVs不可缺少的部分。本文提出了一種監(jiān)督控制策略,并對(duì)提出了動(dòng)力總成控制(IPC)采收率,合并兩種能量流管理和排放管理。在冷排放期間排放管理起了主要作用,然而當(dāng)后處理系統(tǒng)溫度達(dá)到限制溫度時(shí)，問(wèn)題就轉(zhuǎn)移到能量管理上。更確切地說(shuō),在滿足對(duì)有害排放,剩余的自由性能會(huì)被利用,獲得最大的性能在能源效率和相關(guān)的二氧化碳排放。類似的概念也進(jìn)行了討論。由于動(dòng)力行為的后處理系統(tǒng)主導(dǎo)其轉(zhuǎn)化效率,基于模型的方法是一種有效的IPC的策略。 2. 系統(tǒng)描述 圖1 .汽車動(dòng)力總成和后處理系統(tǒng) 本文提出一種基于IPC的策略是提出一種基于IPC策略是由重型不包括卡車的配備一個(gè)系列混合動(dòng)力電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)用于排氣后處理系統(tǒng),能達(dá)到最小的零排放水平。動(dòng)力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),結(jié)合策略合作關(guān)系SCR后處理系統(tǒng),被描繪在圖1。 A.動(dòng)力模型 汽車動(dòng)力總成是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。為了控制發(fā)展,然而,一個(gè)簡(jiǎn)化后的車輛模型用于描述車輛的主要特征。作為主要的能源是內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩用[rad/ s]和[N.m]來(lái)計(jì)量,燃料質(zhì)量流量[g /s]可從燃料消耗圖中得到。內(nèi)燃機(jī)的功率P[W]等于 發(fā)電機(jī)通過(guò)高壓總線和內(nèi)燃機(jī)與供電裝置連接，其功率（W）。損失出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)模型中的靜態(tài)效率： 電機(jī)照顧推進(jìn)電力(W)。類似于發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的損耗在效率圖中。在車輛減速,電機(jī)制動(dòng)能量通過(guò)操作發(fā)電機(jī)模式?？傊?由這些模型的電機(jī)有： 電池可儲(chǔ)存剩余能量。其模型可分解成兩個(gè)要素:電池效率和模塊存儲(chǔ)設(shè)備(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)。電池效率： 一個(gè)集成器是用于跟蹤能量?jī)?chǔ)存在電池中: 最后,模型的高壓直流母線脫離損失連接電機(jī)和發(fā)電機(jī)電池存儲(chǔ)器: B. SCR后處理模型 策略合作關(guān)系SCR后處理系統(tǒng)是建立從釩催化劑AdBlue磚伴隨著給藥系統(tǒng)。模型存在的這個(gè)策略合作關(guān)系SCR技術(shù),即生產(chǎn)模型考慮氨(NH3)存儲(chǔ)在催化劑表面改進(jìn)的反應(yīng),在瞬態(tài)情況下沒(méi)有轉(zhuǎn)換效率。由于精度比較高,這些模型一般用來(lái)發(fā)展AdBlue給藥策略。然而,并不是所有的策略合作關(guān)系SCR系統(tǒng)細(xì)節(jié)時(shí)必須考慮發(fā)展策略。監(jiān)督IPCP策略一般只考慮(慢動(dòng)態(tài))策略合作關(guān)系SCR特點(diǎn),而給藥策略AdBlue是考慮當(dāng)時(shí)的化學(xué)反應(yīng)和存儲(chǔ)緩沖器在策略合作關(guān)系SCR系統(tǒng)。 在這些問(wèn)題中,一個(gè)簡(jiǎn)化的模型是由復(fù)雜的策略合作關(guān)系SCR模式描述[15]。此降低了策略合作關(guān)系SCR模式包括兩個(gè)組成部分:溫度模型和NSR(規(guī)范計(jì)量比)圖,沒(méi)有轉(zhuǎn)換比率。溫度模型集的能量流中催化劑，[W]和[W]?？傊?溫度模型的描述是:下面的微分方程 輸入信號(hào)為策略合作關(guān)系SCR系統(tǒng)來(lái)自內(nèi)燃機(jī)模塊。因此,內(nèi)燃機(jī)模塊也包含了一個(gè)靜態(tài)的查表發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度的[K],沒(méi)有排放(g / s)和排氣[g / s]。沒(méi)有排放的尾氣[g / s]，當(dāng)不在SCR系統(tǒng)時(shí)計(jì)算方式如下: NSR通過(guò)查表在(靜態(tài))描述了SCR轉(zhuǎn)換效率。這NSR圖取決于兩個(gè)參數(shù):速度和空間SV[1 / hr]。這種情況的典型事例圖中所示圖2。這種“全息性的空間表達(dá)率的速度尾氣催化劑及其值與排氣質(zhì)量流接近： [g /立方米]是指密度和汽車排放的尾氣(立方米)代表了催化劑的體積。 從NSR圖還可以得知必要計(jì)量策略可以將其近似尿素的主要化學(xué)反應(yīng)。水尿素溶液((NH2)2 CO + H2O)注入廢氣，分解成氨和二氧化碳。 在各種化學(xué)反應(yīng)的催化劑表面間發(fā)生的氨氮和。主要反應(yīng)用到一氧化氮和二氧化氮，相應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物是元素氮和水： 應(yīng)該指出的是,一氧化氮和二氧化氮在柴油機(jī)中的比例是無(wú)固定的。原始排放尾氣中的一氧化氮遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)二氧化氮的含量。因此,氧化催化劑是通常會(huì)應(yīng)用SCR系統(tǒng)有利于形成二氧化氮: 這樣，我們可以合理的假設(shè)NO進(jìn)入SCR催化劑后NO和出現(xiàn)與均等分布，各占50%。為進(jìn)行詳細(xì)的分析NO/ NO2比率及其對(duì)沒(méi)有轉(zhuǎn)換效率,感興趣的讀者可以參考文獻(xiàn)[3]。 結(jié)合的化學(xué)反應(yīng)(11)、(12)收益率之間的整體摩爾比NO和(NH2)2 CO為 2:1。這一比率是用來(lái)計(jì)算所需的凈額降低尿素NO排放在可控硅系統(tǒng): 式中摩爾質(zhì)量[g /mol]和38.01[g /mol]。尿素溶液萃取AdBlue有一個(gè) 溶解度為32.5%,這意味著32.5[g](NH2)2)CO需要100[g]水來(lái)溶解。因此,相應(yīng)的AdBlue 質(zhì)量流變?yōu)闉? 3．集成動(dòng)力系統(tǒng)的控制 許多系列的混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成提供自由選擇可運(yùn)行的內(nèi)燃機(jī)。本部分提出了滿足IPC策略三個(gè)方面的要求： 1)減少運(yùn)營(yíng)成本； 2)氮氧化合物尾氣排放的限制； 3)保證一定量的電荷。 當(dāng)發(fā)展一個(gè)合適的IPC的策略時(shí)，主要的困難是一二兩個(gè)要求與利益發(fā)生沖突。最小化的運(yùn)營(yíng)成本意味著低燃油消耗,而沒(méi)有注意有害排放。然而,后處理系統(tǒng)需要熱從汽車排放的尾氣達(dá)到快速起燃溫度時(shí)間和保持良好的轉(zhuǎn)換效率。 從控制的角度,IPC必須平衡軟約束對(duì)最低運(yùn)營(yíng)成本和硬約束滿足車輛類型沒(méi)有排放的批準(zhǔn)。大多數(shù)排放的預(yù)熱階段,期間出現(xiàn)的溫度系統(tǒng)是低后處理。此外,極高發(fā)動(dòng)機(jī)功率也促成了NO的排放，因?yàn)闆](méi)有生產(chǎn)相結(jié)合的重要高空間速度。在這些情況下,SCR系統(tǒng)受制于較差的轉(zhuǎn)換效率從而IPC將集中排放管理保持NO排放限制。到達(dá)一個(gè)合適的排放水平,IPC的主要任務(wù)將會(huì)放在能源管理上面。這剩下的自由處理能力會(huì)被充分利用,來(lái)保持低經(jīng)營(yíng)成本。這中完善的IPC方法會(huì)在接下來(lái)的段落進(jìn)一步說(shuō)明。 A. 控制目標(biāo) 車輛運(yùn)行過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)消耗柴油而，SCR系統(tǒng)的需求是尿素。IPC策略控制系統(tǒng)將會(huì)對(duì)兩種消耗做一個(gè)很好的估計(jì)然后選擇出一個(gè)合適的方案。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料質(zhì)量流[g / s),并給出了柴油的價(jià)格[歐元/ g)是已知的,從而燃料成本可以描述為： 為了計(jì)算運(yùn)營(yíng)成本,燃料成本與費(fèi)用增加SCR尿素給藥策略。所需的AdBlue˙定量計(jì)算的圖描述NSR(15)。其次,成本計(jì)算SCR給藥策略參考的價(jià)格為AdBlue[歐元/ g): 綜上所述,下列目標(biāo)函數(shù)即為最小化運(yùn)營(yíng)成本: 受 （尾氣排放的限制）（17） （剩余電荷量的限制） (18) 式子（17）中值得注意的是,限制(g /千瓦時(shí)]規(guī)定了就沒(méi)有尾氣排放總能量系統(tǒng)的要求。 B. 內(nèi)燃機(jī)高效運(yùn)營(yíng)線 混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)電動(dòng)機(jī)獲取。這給內(nèi)燃機(jī)保證一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩提供了一定的主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)考慮內(nèi)燃機(jī)燃油效率圖,校錄取線可以通過(guò)內(nèi)燃機(jī)想、對(duì)于每個(gè)電力需求下的最少燃油消耗： 在表示的集合操作分許用發(fā)動(dòng)機(jī)的恒定的力量： 圖3. 內(nèi)燃機(jī)的各種可視曲線 以類似方式,e-line為最小不可以被定義為: e-line為燃料和都可以在圖中看到。接下來(lái)發(fā)現(xiàn)的對(duì)我們很重要，控制目標(biāo)應(yīng)用這些e-lines之間權(quán)函數(shù) ： 這e-line代表一個(gè)符合成本效益,那里的價(jià)格而不得不被視為加權(quán)參數(shù)。歐洲參照價(jià)格2010年,擁有和相應(yīng)的成本e-line同樣顯示在圖3 在本文的其余部分，,內(nèi)燃機(jī)就會(huì)局限與成本的有效e-line。這變量之間關(guān)系有著一個(gè)非常明確的發(fā)動(dòng)機(jī)功率和輸出信號(hào)和˙。這些關(guān)系將用于下一節(jié)來(lái)制定一個(gè)適當(dāng)?shù)腎PC的策略。 C. 綜合能源和排放管理 在本節(jié)的開(kāi)始的目的是通過(guò)IPC策略定義的三個(gè)條件:運(yùn)作成本、排放和電荷維持。解決控制問(wèn)題的方案是目標(biāo)函數(shù)最小化(要求1),但此方案受要求2和3的約束。從最優(yōu)控制框架的批評(píng)是采用來(lái)一種基于模型的控制策略。相關(guān)的控制模型需要一個(gè)狀態(tài)空間描述組成的動(dòng)態(tài)方程從(5),(8)、(9): 與狀態(tài)變量: 內(nèi)燃機(jī)的功率作為決策變量和模型方程的參考,從第二部分描述了狀態(tài)從(23)可以改寫為輸入變量的功能。根據(jù)最優(yōu)控制的原理,這是需要制定哈密頓函數(shù)從目標(biāo)函數(shù)(16)和拉格朗日乘數(shù)有著狀態(tài)動(dòng)力學(xué): Pontryagin最大原則所提出的兩個(gè)最優(yōu)性必要條件： 第一個(gè)條件(26)產(chǎn)量最優(yōu)控制輸入P[W]。這是一個(gè)非線性方程,并將數(shù)值求解。第二個(gè)條件(27)提供的動(dòng)態(tài)方程,為控制器計(jì)算方式如下: 顯然, 號(hào)和號(hào)為最優(yōu)解的不變，但更重要的是注意到二是不固定的。該控制器不限制只能使用固定的時(shí)間窗(例如在冷啟動(dòng)時(shí)期)。這段時(shí)間過(guò)后,需要一個(gè)新的標(biāo)定這樣認(rèn)為: = 0。 現(xiàn)在已經(jīng)該控制器的結(jié)構(gòu),但如何選擇初始值1(0),2(0)和3(0)仍然是一個(gè)未知數(shù)。在考慮(25)和(3)我們能得出如下的關(guān)系: 1) 代表一個(gè)cost-equivalent因素/放電充電電池和一個(gè)較低的初始值,會(huì)導(dǎo)致更高的系統(tǒng)芯片(SOC)末端的駕駛循環(huán)。 2) 權(quán)重SCR催化劑的溫度，增加初始值快速起燃，SCR才能得以實(shí)現(xiàn)。 3) 考慮了尾氣排放累積和更高的初始值,將更多的反饋給原始內(nèi)燃機(jī)輸出排放。 圖4. FTP駕駛循環(huán)功率要求 熟悉的雌蕊胞外基質(zhì)法的讀者[6],會(huì)認(rèn)識(shí)到這里選擇了一個(gè)相似的方法。傳統(tǒng)上主要能源管理和雌蕊胞外基質(zhì)在考慮主要是電池的能量狀態(tài)。通過(guò)狀態(tài)方程包括這里的后處理系統(tǒng)、能源管理來(lái)擴(kuò)展排放管理。特別是在預(yù)熱期排放起著重要作用,但在這一時(shí)期過(guò)后SCR系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)依舊是重要的。一段時(shí)間后控制器狀態(tài)2必須設(shè)置為零(例如當(dāng)達(dá)到催化轉(zhuǎn)化器溫度)來(lái)保持控制器的穩(wěn)定。 4. 仿真結(jié)果 將車輛置于一個(gè)混雜的道路工況中進(jìn)行模擬。主要的組件中指定表1模擬FTP循環(huán)工況。這是一個(gè)暫時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功循環(huán)期,由于這基于城市測(cè)功機(jī)傳動(dòng)計(jì)劃(UDDS),因此也適用于混合動(dòng)力車輛的評(píng)價(jià)。相應(yīng)的功率要求如圖4。 上一節(jié)的IPC策略將演示通過(guò)選擇不同的的值以得到控制器初始狀態(tài)。這種方法能有有效的解決運(yùn)行成本和NO的排放。為了便于是(0)= 0,所以該分析不考慮快速起燃戰(zhàn)略對(duì)SCR系統(tǒng)的影響。 圖5. 之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行成本,不排放 這種不穩(wěn)定控制方式的控制器將被淘汰以及不需要改變沿駕駛循環(huán)的變化。 選擇(0)和(0)是通過(guò)考慮迭代完成的最終值電池能源。第一個(gè)(0)是選擇和使用二分搜索算法進(jìn)行多次模擬不同初始值為1。這樣,一個(gè)唯一值的1可以發(fā)現(xiàn)那里認(rèn)為結(jié)束時(shí)的駕駛循環(huán)正好等于其初始中值。從一個(gè)較低的值為(0),IPC戰(zhàn)略建立一個(gè)高排放,低運(yùn)營(yíng)成本的運(yùn)算策略。相反,一個(gè)高值的(0)產(chǎn)生低排放,但是更高的運(yùn)行成本。這種折衷已經(jīng)在圖5顯示出大范圍的初始值。 在圖5看來(lái)NO排放也可以在更廣泛的影響比運(yùn)營(yíng)成本。其原因是,這主要是運(yùn)營(yíng)成本有費(fèi)用柴油決定和行駛FTP周期需要的總是最少的能量。改變混合動(dòng)力總成控制對(duì)能量需求的影響是有限的。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在合適的范圍時(shí)，SCR通過(guò)高效轉(zhuǎn)換以減少NO的尾氣排放。在預(yù)熱后,混合動(dòng)力總成能夠使NO排放幾乎保持在僅對(duì)驅(qū)動(dòng)力需求的工況下排出。 圖6對(duì)這兩個(gè)極端值曲線圖5(即最低的運(yùn)營(yíng)成本和最小不排放)作了進(jìn)一步分析。這后一種圖顯示內(nèi)燃機(jī)的功率、SCR催化劑溫度以及電池在FTP循環(huán)工況下的SOC值。我們可以看到,該控制器試圖保內(nèi)燃機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)時(shí)的排放最小化。這是為了避免在高空間排放速度(伴隨著高的發(fā)動(dòng)機(jī)功率)不利于SCR系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化率。 圖6. 仿真結(jié)果FTP駕駛循環(huán) 當(dāng)運(yùn)行運(yùn)營(yíng)成本最小化的策略時(shí),車輛使用電池非常有限，所以車輛使用大部分時(shí)間的在柴油電動(dòng)模式。這是由于電池的損失太大了，僅從再生制動(dòng)能量?jī)?chǔ)存在電池中。在這個(gè)例子中很明顯知道,這個(gè)額外自由的混合動(dòng)力系統(tǒng)在降低排放方面的更有價(jià)值,而不是減少運(yùn)營(yíng)成本方面。 5. 結(jié)論和展望 一種基于模型的控制策略,研制開(kāi)發(fā)一系列混合動(dòng)力電動(dòng)卡車。這個(gè)策略源于最優(yōu)控制理論,并且能源管理和排放都納入管理策略。因此,混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性以及后處理系統(tǒng)都會(huì)被考慮到。 仿真結(jié)果給出一個(gè)已知的駕駛循環(huán)。這就使得它能夠?yàn)榭刂破鬟x擇一個(gè)初始值,能量?jī)?chǔ)存在電池里，駕駛循環(huán)結(jié)束之后還等于電池的初始值。需要另外的研究為在線的選擇,實(shí)現(xiàn)在任意一個(gè)駕駛循環(huán)更強(qiáng)的性能?？吹嚼鏪9],在那里收到一個(gè)PI-controller在線更新。 如果最后的結(jié)果表明NO的量減少的不足夠多。在預(yù)熱期間，我們可以通過(guò)調(diào)整來(lái)驗(yàn)證控制器的準(zhǔn)確度。如果非零的狀態(tài),可以提高該控制器提高溫度使得SCR更快、更好實(shí)現(xiàn)對(duì)的轉(zhuǎn)換。當(dāng)SCR溫度足夠熱高,要盡量預(yù)防開(kāi)關(guān)= 0，因?yàn)榭赡墚a(chǎn)生爆炸。在預(yù)熱時(shí)期,也有可能存在著改變e-line為經(jīng)營(yíng)成本,將工作區(qū)域移向NO e-line。該方法已在文獻(xiàn)中有講述。 本文仿真結(jié)果表明要采用II-B中精簡(jiǎn)策略SCR模式。希望以后,能夠在復(fù)雜的模擬SCR模式中去驗(yàn)證質(zhì)量簡(jiǎn)化后處理模型。 開(kāi)題報(bào)告 題 目 SC7130純電動(dòng)汽車參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 一、 選題目的與意義 由于日益枯竭的石油資源和內(nèi)燃機(jī)惡劣的排放污染，電動(dòng)汽車已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，在某些特殊場(chǎng)合小功率的純電動(dòng)汽車已經(jīng)開(kāi)始得到使用。 全球碳排放標(biāo)準(zhǔn)的推出強(qiáng)化了主要國(guó)家推動(dòng)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)普及的動(dòng)力的欲望，由于汽車尾氣和工業(yè)污染給大氣層和地球生存環(huán)境帶來(lái)日趨嚴(yán)重破壞，人類必需在未來(lái)二十年內(nèi)努力將碳排放量指標(biāo)恢復(fù)到合理水準(zhǔn)，而削減碳排放量保護(hù)生存環(huán)境顯然已經(jīng)是比賺錢更迫切更緊急的事情。推廣和普及純電動(dòng)汽車是行之有效手段并且也是削減碳排放量重點(diǎn)方向之一。 二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外著名汽車公司都十分重視研究開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車, 世界發(fā)達(dá)國(guó)家不惜投入巨資進(jìn)行研究開(kāi)發(fā), 并制定了一些相關(guān)的政策、法規(guī)來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展。 　　美國(guó)目前正在大力研制和推廣使用燃料電池電動(dòng)汽車和純電動(dòng)汽車, 政府能源部與通用、福特和戴- 克三大汽車制造商聯(lián)合開(kāi)發(fā)燃料電池電動(dòng)汽車?，F(xiàn)在, 美國(guó)已有7 個(gè)州加入了零排放計(jì)劃, 到規(guī)定年限后這些地區(qū)銷售的汽車必須為零排放, 即只能為純電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。 　　以美國(guó)藍(lán)鳥(niǎo)客車公司、英國(guó)的FRZAERNASH公司、日本豐田、日本本田為代表的電動(dòng)客車和轎車已經(jīng)上市, 英國(guó)已有數(shù)萬(wàn)輛電動(dòng)汽車在使用。 　　法國(guó)是世界上推廣應(yīng)用純電動(dòng)汽車最成功的國(guó)家之一, 成立了電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用國(guó)家部際協(xié)調(diào)委員會(huì),巴黎和拉羅舍爾已經(jīng)建立了比較完善的純電動(dòng)汽車充電站網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施, 制定了優(yōu)惠的支持和激勵(lì)使用電動(dòng)汽車的政策, 且已經(jīng)初步形成了純電動(dòng)汽車運(yùn)行體系。 　　在近年的國(guó)際性大型運(yùn)動(dòng)會(huì)上, 電動(dòng)汽車也成為各國(guó)展示其科技實(shí)力和環(huán)保意識(shí)的工具之一。亞特蘭大奧運(yùn)會(huì)使用了美國(guó)藍(lán)鳥(niǎo)客車公司生產(chǎn)的純電動(dòng)客車作為公務(wù)和電視轉(zhuǎn)播車, 悉尼奧運(yùn)會(huì)購(gòu)買了英國(guó)FRAZER- NASH 公司的近400 輛電動(dòng)客車作為運(yùn)動(dòng)員接送車輛。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車領(lǐng)域。 　　日本豐田公司開(kāi)發(fā)的Prius 和本田公司開(kāi)發(fā)的Insight2 種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車已開(kāi)始批量投放市場(chǎng)。豐田公司的Prius 銷售已在2006 年累計(jì)突破150 萬(wàn)輛, 并于2005 年底在我國(guó)長(zhǎng)春一汽進(jìn)行了組裝生產(chǎn)和銷售。日產(chǎn)公司也于2003 年推出Tino 混合動(dòng)力汽車, 在日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售了100 多輛。 歐洲各大汽車廠商爭(zhēng)先恐后地推出了本公司研制的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車, 甚至德國(guó)的博世(BOSCH) 等著名的零部件公司也積極與大汽車公司聯(lián)手開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車技術(shù)。 中國(guó)電動(dòng)汽車雖然沒(méi)有歐美等國(guó)家起步早, 但國(guó)家從維護(hù)能源安全, 改善大氣環(huán)境, 提高汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力, 實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮, 從“八五”開(kāi)始到現(xiàn)在, 電動(dòng)汽車研究一直是國(guó)家計(jì)劃項(xiàng)目, 并在2001 年設(shè)立了“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”。通過(guò)組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu), 集中各方面力量進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān), 現(xiàn)正處于研發(fā)勢(shì)頭強(qiáng)勁階段, 部分技術(shù)已經(jīng)趕上甚至超過(guò)世界先進(jìn)水平。“電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”實(shí)施以來(lái), 已成功開(kāi)發(fā)出燃料電池汽車樣車, 累計(jì)運(yùn)行數(shù)千公里; 混合動(dòng)力客車已在武漢等地公交線路上試驗(yàn)運(yùn)行超過(guò)百萬(wàn)公里; 純電動(dòng)汽車已通過(guò)國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 三、主要研究?jī)?nèi)容 發(fā)展電動(dòng)汽車必須解決好4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)： 1.純電動(dòng)汽車的電池技術(shù)； 2.純電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù)； 3.純電動(dòng)汽車的整車技術(shù)； 4.純電動(dòng)汽車的能量管理技術(shù)。 四、研究方法與實(shí)施方案 通過(guò)對(duì)純電動(dòng)汽車相關(guān)資料的了解，初步確立自己的設(shè)計(jì)方案，再根據(jù)同類型純電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)作為參考，修正自己的設(shè)計(jì)方案。然后建立相關(guān)的仿真模型，在特定的循環(huán)工況下進(jìn)行仿真，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終完成合理的純電動(dòng)汽車的參數(shù)匹配設(shè)計(jì)。 五、主要參考文獻(xiàn) [1] 孫恒，陳作模主編.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，1997. [2] 孫靖民，米成秋.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995. [3] WongJ.Y. Terramechanics and Off-Road Vehicles [M]. Amsterdam, the Netherland: Elsevier Science Publisher,1989. [4] 王望予主編.汽車設(shè)計(jì) 第 3 版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000. [5] 姚俊，馬松輝. Simulink 建模與仿真[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002. 六、指導(dǎo)教師意見(jiàn) 指導(dǎo)教師： 時(shí) 間： 七、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)小組意見(jiàn) 負(fù) 責(zé) 人： 時(shí) 間： 文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 題 目 SC7130純電動(dòng)汽車 參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 文獻(xiàn)綜述 目前全球的現(xiàn)代汽車上仍廣泛采用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源，以石油為能源，消耗大量的石油資源，排出大量的廢氣，制造噪音和嚴(yán)重污染環(huán)境；電動(dòng)汽車則是以電力這種可再生資源為能源，既沒(méi)有有害氣體排放也沒(méi)有溫室氣體排放，噪音也很小。目前中國(guó)已成為世界第二大石油消費(fèi)及進(jìn)口國(guó)，且自身的石油需求和自身儲(chǔ)量根本不成比例，能源危機(jī)早晚到來(lái)?；趯?duì)環(huán)保和節(jié)能的考慮，開(kāi)發(fā)電動(dòng)車已成為我們必然的課題[5]。 按照目前技術(shù)狀態(tài)和車輛驅(qū)動(dòng)原理，電動(dòng)汽車劃分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車三種類型。 純電動(dòng)汽車完全依靠蓄電池作為動(dòng)力源。動(dòng)力電池組輸出電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。電池的電能通過(guò)充電系統(tǒng)在汽車行駛一定里程后進(jìn)行補(bǔ)充。純電動(dòng)汽車的突出優(yōu)點(diǎn)在于用戶端真正實(shí)現(xiàn)了“零排放”，所以純電動(dòng)汽車被認(rèn)為是汽車工業(yè)的未來(lái)[13]。 1、電動(dòng)汽車的發(fā)展概況 從汽車發(fā)展的歷史來(lái)看，其實(shí)電動(dòng)汽車（EV，Electric Vehicle）比燃油汽車還要早誕生幾年，但受電池和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的局限,其發(fā)展卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于燃油汽車。二十世紀(jì)六七十年代，電動(dòng)汽車開(kāi)始復(fù)蘇。現(xiàn)在隨著電力電子、控制、材料等技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)了世界各國(guó)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用電動(dòng)汽車的熱潮，可以預(yù)見(jiàn)電動(dòng)汽車將是 21 世紀(jì)的重要交通工具[11]。 1.1 國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r 德、日、法、美這幾個(gè)汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，到目前為止都已研制出實(shí)用的電動(dòng)汽車，其中包括大客車、轎車、摩托車等。美國(guó)幾大主要汽車制造商已廣泛深入的開(kāi)展了電動(dòng)車的研究。其中通用汽車公司是電動(dòng)汽車行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。通用與美國(guó)能源部合作，用MH-Ni電池取代鉛蓄電池，使電動(dòng)車一次充電行使距離達(dá)到160km，他們計(jì)劃在2004年開(kāi)始生產(chǎn)燃料電池的電動(dòng)汽車1991年美國(guó)三大汽車公司簽定協(xié)議，合作研究電動(dòng)汽車用先進(jìn)電池，成立先進(jìn)電池聯(lián)合體。同年7月美國(guó)電力研究院參加了美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體，10月布什總統(tǒng)批準(zhǔn)了2.26億美元撥款資助此項(xiàng)研究。福特汽車公司投資1.5億英磅開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車，1993年研制成功，現(xiàn)已生產(chǎn)81輛，分赴美國(guó)各地進(jìn)行試運(yùn)行，采用480個(gè)鈉硫單元電池，取代原來(lái)的鉛酸蓄電池。通用汽車公司1990年在洛杉磯展出“沖擊”電動(dòng)驕車，1994年生產(chǎn)50輛。1991年1月美國(guó)電力研究院，1995年美國(guó)電力研究院、克萊斯勒公司與南加州愛(ài)迪生公司共同開(kāi)發(fā)50輛電動(dòng)貨車。1995年3月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)現(xiàn)有190家電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)，共有電動(dòng)汽車2000多輛。 日本東京電力公司1988年聯(lián)合日本電池公司共同開(kāi)發(fā)TZA電動(dòng)汽車，體現(xiàn)了當(dāng)時(shí)最新技術(shù)水平，空載量1573kg，裝有288v鎳鎘電池，四臺(tái)直流無(wú)刷電機(jī)，輸出功率為100kW，最高車速176km/h。 法國(guó)標(biāo)致——雪鐵龍與雷諾兩大汽車公司一直在積極研制，1990年的J-5和C-25電動(dòng)貨車投入生產(chǎn)，1995年將標(biāo)致106和雪鐵龍AX電動(dòng)車投入生產(chǎn)。法國(guó)能源部、標(biāo)致——雪鐵龍公司和羅切里市簽定協(xié)議從1993年9月開(kāi)始，該市試用標(biāo)致106和雪鐵龍AX改裝的電動(dòng)轎車各25輛，并在該市建9個(gè)公共地面充電站，3個(gè)快速充電站，1994年7月50輛電動(dòng)轎車已行駛32..7萬(wàn)公里，法國(guó)政府計(jì)劃在巴黎等27個(gè)城市中繼續(xù)推廣電動(dòng)車。 德國(guó)早在1900年波許公司就生產(chǎn)早期的電動(dòng)汽車。1972年開(kāi)始?xì)W寶公司研制電動(dòng)汽車，1981年與ABB公司合作改裝電動(dòng)車。80年代初期奔馳生產(chǎn)電動(dòng)大客車，至今還有十輛在運(yùn)行中。德國(guó)政府科技部資助1.7億馬克開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車，1991年科爾州將300輛電動(dòng)汽車投入運(yùn)行，德國(guó)奔馳、大眾兩大汽車集團(tuán)合資建立開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)。 其他國(guó)家和地區(qū)如丹麥、奧地利、捷克、匈牙利、俄羅斯、澳大利亞、墨西哥等都在開(kāi)展和研制電動(dòng)汽車。特別值得關(guān)注的是亞洲許多新發(fā)展國(guó)家和地區(qū)，近30 年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人民生活提高很快，80 年代中國(guó)香港從歐洲及日本進(jìn)口15 輛電動(dòng)汽車，1983 年香港政府通過(guò)規(guī)定，免除電動(dòng)汽車的首次登記稅，即電動(dòng)汽車價(jià)格為燃油車二倍時(shí)也與燃油車價(jià)格相當(dāng)；泰國(guó)每月出售500 輛電動(dòng)三輪車；馬來(lái)西亞1995 年投產(chǎn)；中國(guó)臺(tái)灣1987 年開(kāi)始中華汽車公司外銷電動(dòng)車。亞洲電動(dòng)汽車發(fā)展的前景令人樂(lè)觀。 1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展概況 本世紀(jì)40 年代重慶進(jìn)行過(guò)電動(dòng)汽車的研究與試驗(yàn)，條件所限未能實(shí)現(xiàn)。1958 年研制工作半途而廢，在1962 年上海公用事業(yè)研究所進(jìn)行蓄電池微型汽車研究，制成SWD-S2 電動(dòng)汽車。滿載量為968Kg，電機(jī)功率為2.5KW，蓄電池比能量為23.8Wh/kg。行駛車速達(dá)到28.4km/h。一次充電持續(xù)行程為82.8km，實(shí)際運(yùn)行了幾千公里。電池循環(huán)壽命達(dá)110 次，當(dāng)時(shí)該車每百公里耗電費(fèi)為1.95 元，蓄電池折舊費(fèi)為8.6 元。當(dāng)時(shí)汽油車每公里汽油消耗費(fèi)為3.65 元，由于蓄電池技術(shù)沒(méi)過(guò)關(guān)，壽命太短，不得不終止。在70 年代，研究鋅空氣電池與鈉硫電池沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，80 年代在北京、天津、上海、洛陽(yáng)、武漢、杭州、珠海等地研制電動(dòng)汽車，12 月成立了中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電動(dòng)車輛研究會(huì)，組織了多次學(xué)術(shù)交流，起了一定推動(dòng)作用。我國(guó)已經(jīng)研制成多輛電動(dòng)汽車，已列入國(guó)家計(jì)委“八五”項(xiàng)目的清華大學(xué)研制電動(dòng)中型面包車，四川內(nèi)江“中山湖”電動(dòng)微型汽車新寧汽車廠電動(dòng)敞篷轎車，拖拉機(jī)研究所LY5010EC 電動(dòng)轎車，珠海偉達(dá)電動(dòng)轎車，鄭州華聯(lián)機(jī)場(chǎng)電動(dòng)牽引車及HL-42 轎車投入市場(chǎng)，長(zhǎng)江動(dòng)力公司雙層電動(dòng)大客車，中國(guó)遠(yuǎn)望總公司1990 年開(kāi)始與北京理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、河北勝利客車廠及北京市電車公司聯(lián)合對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行了調(diào)研與深入論證，關(guān)鍵技術(shù)大功率交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分從美國(guó)合作引進(jìn)，1996 年在首都北京亮相兩輛美觀大客車。發(fā)展電動(dòng)汽車要從實(shí)際出發(fā)根據(jù)我國(guó)實(shí)際能達(dá)到行駛車速達(dá)50-70km/h，一次充電續(xù)駛里程達(dá)100km，單價(jià)為燃油汽車的兩倍左右。有五種車輛有廣泛的發(fā)展前途：城市大中型公共客車；機(jī)場(chǎng)擺渡車；城市公用事業(yè)服務(wù)車，如清潔車；中小型商業(yè)送貨車；游覽場(chǎng)所觀光游覽車，高爾夫球車等。也可以搞一些上述用途的豪華型客車。 2、電動(dòng)汽車發(fā)展面臨的問(wèn)題 對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，其電池需要滿足較高的要求，包括高比能量、高比功率、快速充電和具有深度放電功能、循環(huán)和使用壽命長(zhǎng)等。[4]目前的電池一方面充電時(shí)間較長(zhǎng)(在家充電需8—10小時(shí))，另一方面一次充電的行駛里程偏短，需要像建加油站那樣建設(shè)相當(dāng)一批充電站，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)。在各種車用電池中，鉛酸電池是比較成熟的技術(shù)，具備較高的性價(jià)比和高倍率放電，是目前唯一能大批量生成的電動(dòng)汽車用電池，但是其比能量、比功率和能量密度都比較低 鎳鎘電池和鎳氫電池雖然性能好于鉛酸電池，但是其性價(jià)比不高，含重金屬，用完遺棄后對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染。鋰離子動(dòng)力電池的工作電壓和比能量較高，并且具有體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)目前的成本難以降低，而且由于鋰離子過(guò)于活潑，存在安全隱患，充電性能在低溫下大打折扣。同時(shí)成品車的成本也比較大。 其它的問(wèn)題有如黃魯成、顧成建在《電動(dòng)汽車單于的未來(lái)》里面提到電動(dòng)汽車面臨的問(wèn)題有：A.整車系統(tǒng)集成進(jìn)程緩慢；B.充電機(jī)車的普及遲緩；C.市場(chǎng)認(rèn)識(shí)不足；D.成本過(guò)高；E.政府缺乏有力的指引支持?？跌P林、李軍民在《電動(dòng)汽車發(fā)展分析》里面提到電動(dòng)汽車面臨的問(wèn)題有：A.續(xù)駛里程有限；B.蓄電池使用壽命太短；C.蓄電池尺寸和質(zhì)量制約；D.電動(dòng)汽車價(jià)格昂貴；E.間接污染嚴(yán)重。在《發(fā)展電動(dòng)汽車是解決中國(guó)汽車能源的理想途徑之一》里面提到電動(dòng)汽車面臨的問(wèn)題有：A.政府的政策支持；B.蓄電池技術(shù)；C.基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；D.電機(jī)等重要部件技術(shù)；E.電能的供應(yīng)；F.市場(chǎng)的認(rèn)可。 3、我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展:建立電動(dòng)汽車技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)[4] 目前我國(guó)電動(dòng)汽車項(xiàng)目尚處于開(kāi)發(fā)研制階段，還沒(méi)有形成生產(chǎn)規(guī)模，面對(duì)新一輪汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及技術(shù)升級(jí)的局面，我們的技術(shù)力量分散，難形成合力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)新一代汽車的突破性創(chuàng)新。因此，要實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，只有建立汽車技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，集成現(xiàn)有的汽車科技資源，以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合攻關(guān)，并形成良好的運(yùn)作機(jī)制與相關(guān)科技創(chuàng)新平臺(tái)實(shí)現(xiàn)互動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。 發(fā)達(dá)國(guó)家的電動(dòng)汽車已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，正處于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的邊緣，將引起一場(chǎng)規(guī)模龐大的汽車技術(shù)革命，這將對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車企業(yè)造成極大的威脅。我國(guó)汽車企業(yè)的規(guī)模及市場(chǎng)規(guī)模還不足以支撐新一代電動(dòng)汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)基礎(chǔ)和成本支出，應(yīng)在技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)上促成“點(diǎn)”、“線”的集成，以尋求“面”的突破。因此，只有在政府的組織和重點(diǎn)支持下建立汽車技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)，聚集科技人才和科技成果，才能實(shí)現(xiàn)新一代電子汽車關(guān)鍵技術(shù)和重點(diǎn)的突破。 參考文獻(xiàn) [1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [2] 于志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006. [3] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005. [4] 陳清泉,詹宜巨.21世紀(jì)的綠色交通工具——電動(dòng)車(第一版)[M ].北京:清 華大學(xué)出版社,2000. [5] 北京博信誠(chéng)達(dá)信息咨詢中心研發(fā)部.2009-2012年中國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)深度 研究報(bào)告電子版[J],SD2009501. [6] Mehrd ad Ehsan,iYimin Gao,AliEmad.Modern electric hybrid electric and fuel cell vehicles[M].CRCPress,2009. [7] 王剛,周榮.電動(dòng)汽車充電技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2008,(6). [8] 徐性怡.電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐[J],2009,(6). [9] 姬芬竹,高峰.電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力性仿真[J].北京航空航天大 學(xué)學(xué)報(bào),2006. [10] 趙云.電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)布置及設(shè)計(jì)[J].汽車電器,2006. [11] 鄒立群.世界電動(dòng)汽車發(fā)展綜述[J].電機(jī)與電器,2003.8. [12] 劉磊.電動(dòng)汽車蓄電池的建模與仿真研究.武漢理上大學(xué)碩士論文 [D],2005：13～15. [13] 李興虎.電動(dòng)汽車概論[M].北京理工大學(xué)出版社,2005. [14] Chan C C.Chau KT.Modem electric vehicle technology.New York:Oxford University Press,2001. [15] WU Hong—zing,Cheng,Shu-kang,Cui Shu—mei.Communication of Vehicle Management Unit in The Electric Vehicle[J].IEEE Transactions on Magnetics,2005,41(1):514～517. [16] 劉清虎,郭孔輝.動(dòng)力參數(shù)的選擇對(duì)純電動(dòng)汽車性能的影響[J].湖南大學(xué) 學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,30(3):62～64. 目錄 摘要 I 第1章 緒 論 1 1.1電動(dòng)汽車發(fā)展概述 1 1.1.1國(guó)外電動(dòng)汽車的發(fā)展概述 1 1.1.2 國(guó)內(nèi)電動(dòng)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(nèi)容 4 第2章 電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 5 2.1 電動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 6 2.1.4 底盤和車身 6 2.1.5 輔助設(shè)施 7 2.2 純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及布置方式 7 2.3 本章小結(jié) 9 第3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇及匹配 10 3.1 某型純電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo) 10 3.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 10 3.2.1 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的選擇 11 3.2.2 電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率的匹配 11 3.2.3 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 13 3.3 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 13 3.3.1 傳動(dòng)系傳動(dòng)速比設(shè)計(jì) 13 3.3.2 傳動(dòng)系變速器的選擇 15 3.3.3 檔位數(shù)和換擋規(guī)律對(duì)整車的性能影響分析 17 3.4 電池組參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 18 3.4.1 電池組參數(shù)的確定 20 3.5 匹配結(jié)果 21 3.6 本章小結(jié) 22 第4章 建立整車動(dòng)力學(xué)模型 23 4.1 Matlab/Simulink的簡(jiǎn)介 23 4.2 電機(jī)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(dòng)力學(xué)方程 27 4.5.2 整車動(dòng)力學(xué)模型的建立 28 第5章 仿真結(jié)果與分析 30 5.1 循環(huán)工況的選擇 30 5.2 仿真結(jié)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(jié) 34 第6章 全文總結(jié)及展望 35 6.1 全文總結(jié) 35 6.2 展望 35 致 謝 36 參考文獻(xiàn) 37 摘要 隨著環(huán)境污染和能源短缺的問(wèn)題日益突出，純電動(dòng)汽車以其零排放、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注，世界各國(guó)都把電動(dòng)汽車作為汽車工業(yè)的發(fā)展方向。 本文首先對(duì)純電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)及相關(guān)的動(dòng)力電池技術(shù)、電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)和能量管理技術(shù)進(jìn)行了介紹。純電動(dòng)汽車與燃油汽車的主要區(qū)別在于它們的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同。通過(guò)比較幾種常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方案，對(duì)蓄電池、電機(jī)等動(dòng)力元件進(jìn)行選型。在此基礎(chǔ)上，對(duì)參數(shù)選擇和參數(shù)問(wèn)的合理匹配進(jìn)行分析研究，提出一套比較合理的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)理論原則。 本論文以SC7130純電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象，以整車的動(dòng)力性作為指標(biāo)要求， 從汽車的動(dòng)力學(xué)出發(fā)，匹配設(shè)計(jì)了傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，包括電機(jī)參數(shù)、電池參數(shù)、傳動(dòng)比及變速箱等。并利用Matlab/Simulink仿真軟件建立了電動(dòng)汽車的蓄電池、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系等仿真模型。根據(jù)電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求，進(jìn)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(jié)果表明其傳動(dòng)系參數(shù)的選擇和匹配基本合理。 本文對(duì)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)所進(jìn)行的參數(shù)選擇匹配及仿真研究，為發(fā)展純電動(dòng)汽車及開(kāi)發(fā)滿足純電動(dòng)汽車性能的傳動(dòng)系統(tǒng)，提供了一定的理論依據(jù)、技術(shù)參考和研究方法。 關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；傳動(dòng)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(nèi)燃機(jī)汽車經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，其性能也越來(lái)越完善。另外汽車工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)汽車也成為人們生 活中不可缺少的交通運(yùn)輸工具。因此，汽車行業(yè)已成為大多數(shù)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，傳統(tǒng)燃油汽車給人類帶來(lái)利益的同時(shí)也給人類帶來(lái)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(duì)環(huán)境的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。 同時(shí)伴隨著當(dāng)今世界各國(guó)對(duì)能源的需求越來(lái)越多，而現(xiàn)今石油儲(chǔ)存量越來(lái)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(dāng)今汽車工業(yè)的發(fā)展勢(shì)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(dòng)汽車將成為未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比具有較多的優(yōu)點(diǎn)。純電動(dòng)汽車具有零排放，低噪聲、安全可靠且操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可被稱為“綠色的交通工具”[1]。電動(dòng)汽車零排放技術(shù)將會(huì)減輕汽車尾氣對(duì)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(wèn)題日益嚴(yán)重，因此當(dāng)今世界開(kāi)發(fā)研制電動(dòng)汽車將成為各國(guó)政 府，學(xué)術(shù)界及汽車行業(yè)的主要任務(wù)。 1.1電動(dòng)汽車發(fā)展概述 1.1.1國(guó)外電動(dòng)汽車的發(fā)展概述 汽車尾氣的排放污染和能源危機(jī)促使世界各國(guó)汽車行業(yè)都在迅速研制和開(kāi)發(fā)電動(dòng)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(guó)，城市污染較嚴(yán)重，早在 30 多年前就開(kāi)始了對(duì)新能源電池的研究。同時(shí)日本對(duì)新能源電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)與研制工作也啟動(dòng)的較早。日本的電動(dòng)汽車技術(shù)在全世界來(lái)說(shuō)，是少數(shù)幾個(gè)國(guó)家中發(fā)展速度最快的之一，尤其混合動(dòng)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(dòng)力轎車 PRIUS 由豐田汽車公司 在日本市場(chǎng)上進(jìn)行推出2000 年 7 月至 9 月，該轎車開(kāi)始向北美、歐洲出口?，F(xiàn)在該轎車已遍布世界上20多個(gè)國(guó)家。目前市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品已經(jīng)是第二代產(chǎn)品，其汽車的綜合性能有了進(jìn)一步的提高，成本也有了降低。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 顯示，全球混合動(dòng)力汽車市場(chǎng) 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(tuán)就混合動(dòng)力汽車項(xiàng)目，在北京簽訂了合作協(xié)議，并宣布在 2005 年內(nèi)，豐田PRIUS混合動(dòng)力轎車由雙方共同生產(chǎn)。因此，PRIUS混合動(dòng)力轎車在中國(guó)市場(chǎng)上也有了銷售。接著，豐田汽車公司還推出了搭載軟 混合動(dòng)力系統(tǒng)的CROWN轎車和 ESTIMA混合動(dòng)力汽車。豐田汽車公司推廣的混合動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和行駛動(dòng)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(dòng)力電動(dòng)汽車銷售狀況良好。Civic 混合動(dòng)力汽車由本田田汽車公司于2002年4月在美國(guó)市場(chǎng)上銷售。在2006 年，日產(chǎn)汽車公司把 Altima 牌混合動(dòng)力汽車投放到美國(guó)市場(chǎng)，這是日產(chǎn)與豐田公司合作生產(chǎn)的第一個(gè)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)品[2、3]。 美國(guó)的汽車公司在電動(dòng)汽車的研制開(kāi)發(fā)方面和日本相比較要差很多，美國(guó)的三大汽車公司生產(chǎn)、銷售的純電動(dòng)汽車還是小批量，還沒(méi)有達(dá)到一定的規(guī)模。然料電池電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因此日本的混合動(dòng)力汽 車在美國(guó)市場(chǎng)上占據(jù)了重要的地位?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車研發(fā)合同由美國(guó)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(wàn)美元，福特投入1.38億美元，這些資金預(yù)計(jì)使用5年來(lái)研發(fā)電動(dòng)汽車。在此基礎(chǔ)上，目前已推出三款混合動(dòng)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(kāi)發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，以此推動(dòng)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。在2009年2月，在金融風(fēng)暴的沖擊下，美國(guó)政府大力支持本國(guó)電動(dòng)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(xiàng)目[4、5、6、7]。 歐洲各國(guó)汽車公司也都在開(kāi)發(fā)和研究新能源電動(dòng)汽車項(xiàng)目。就目前來(lái)看，法國(guó)是世界上電動(dòng)汽車的普及程度和保有量最多的國(guó)家，據(jù)估計(jì)已有2萬(wàn)輛不同的電動(dòng)汽車投入使用，純電動(dòng)汽車大概約有8000輛[8]。 總的來(lái)說(shuō)，目前，日本和美國(guó)的電動(dòng)汽車研究處于世界的領(lǐng)先水平，其他國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車的研究還處在一定的階段。 1.1.2 國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展概述 1981年，我國(guó)開(kāi)始正式對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行研制，當(dāng)時(shí)全世界各行各業(yè)的人對(duì)電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)還不夠，往電動(dòng)汽車上投入的精力和資本都很少。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車的研究、開(kāi)發(fā)提上了日程。國(guó)家和汽車企業(yè)開(kāi)始對(duì)電動(dòng)汽車投入大量的資金，并且國(guó)家在電動(dòng)汽車研發(fā)方面給以積極有效的引導(dǎo)[9]。 2006 年 6 月，“十一五”的“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目通過(guò)論證。12 月，由13名成員組成的“十一五”的“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體專家正式成立。這些專家來(lái)自不同的單位，涵蓋了節(jié)能與新能源汽車整車技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，蓄電池等關(guān)鍵部件技術(shù)研究的方面，以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用方 面。這一構(gòu)成有利于對(duì)項(xiàng)目的整體技術(shù)方向的把握并促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合?！笆濉逼陂g，中國(guó)在電動(dòng)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(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了重大的進(jìn)展，中國(guó)自主研制的純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問(wèn)世；混合動(dòng)力和純電動(dòng)客車實(shí)現(xiàn)了規(guī)模示范。國(guó)內(nèi)的比亞迪、奇瑞、吉利、長(zhǎng)安、哈飛等汽車企業(yè)，紛紛在各大國(guó)際車展上頻頻亮相，展出了自行研發(fā)的混合動(dòng) 力汽車，從而在這場(chǎng)新能源的競(jìng)爭(zhēng)中，取得了不可估量的首發(fā)權(quán)。 2008 年，北京成功舉辦了以“綠色、科技、人文”為主題的奧運(yùn)會(huì)，且在 奧運(yùn)期間使用了許多電動(dòng)汽車，排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了世界上最嚴(yán)格的要求，電動(dòng)汽 車無(wú)形中在奧運(yùn)會(huì)期間得到了很好的宣傳。2009 年 2月5日，國(guó)家出臺(tái)了《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，這一舉措剛好適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)節(jié)能減排。政府并對(duì)不同類型的電動(dòng)車給予了不同資金的補(bǔ)助。 在上海世博會(huì)上，著名的各大汽車公司都向世界推廣各自獨(dú)特的汽車新理念，同時(shí)對(duì)未來(lái)汽車發(fā)展的方向作出預(yù)測(cè)，并得出結(jié)論新能源汽車已經(jīng) 成為關(guān)注的焦點(diǎn)，再加上無(wú)污染電動(dòng)汽車在各個(gè)場(chǎng)館都有大量的使用，這些現(xiàn)象都將促進(jìn)電動(dòng)汽車在國(guó)內(nèi)的迅速發(fā)展[10]。 計(jì)劃到2020年，我國(guó)新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的汽車技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平，部分技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，我國(guó)將變成世界上的汽車強(qiáng)國(guó)。 用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車上的燃油，全力推進(jìn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。計(jì)劃到 2015 年，純電動(dòng)汽車的保有量應(yīng)用達(dá)50萬(wàn)輛以上；新的電動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車，混合動(dòng)力汽車比例將達(dá)到年產(chǎn)量的30%以上，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件及電動(dòng)汽車整車產(chǎn)業(yè)化達(dá)到一個(gè)新的水平。新車平均單車油耗比2009年下降30%以上，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 1.2 本論文研究的目的和意義 純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一樣有著復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。純電動(dòng)汽車的主要性能指標(biāo)是最高車速、加速能力、最大爬坡度和續(xù)駛里程等，電動(dòng)汽車能否達(dá)到這些指標(biāo)的要求，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)起著重要的作用，因此，要滿足整車的動(dòng)力性能，傳動(dòng)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(diǎn)。 目前動(dòng)力電池技術(shù)還不夠成熟，有待進(jìn)一步的研究與開(kāi)發(fā)，電池性能的好 壞直接影響了純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，續(xù)駛里程如果能達(dá)到較理想的值，那么 電動(dòng)汽車的使用數(shù)量將會(huì)增加。除電池之外，純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系部件參數(shù) 對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、續(xù)駛里程等都有顯著的影響[15]。因此，本文結(jié)合某型 純電動(dòng)汽車項(xiàng)目，對(duì)純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的參數(shù)進(jìn)行選擇和計(jì)算，并利用仿真軟 件Matlab/Simulink對(duì)其進(jìn)行仿真分析并對(duì)所選的傳動(dòng)系參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在電池和電機(jī)參數(shù)不變的條件下，提高整車的傳動(dòng)系效率增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，以及為將來(lái)開(kāi)發(fā)研制滿足純電動(dòng)汽車性能的傳動(dòng)系統(tǒng)奠定了理論依據(jù)。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 本論文研究的主要內(nèi)容如下： 1）對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)的原則和方法進(jìn)行分析和探討。 2）對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系的主要參數(shù)進(jìn)行合理的選擇和匹配。 3）應(yīng)用電動(dòng)汽車仿真軟件 Matlab/Simulink建立整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的性能仿真模型。 4）針對(duì)已經(jīng)建立好的仿真模型運(yùn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果作出分析，驗(yàn)證動(dòng)力性及續(xù)駛里程能否滿足整車的動(dòng)力性求。 第2章 電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 2.1 電動(dòng)汽車的基本組成 對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)有很大差別，具體組成包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動(dòng)汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。 2.1.1 電源 電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動(dòng)汽車技術(shù)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(yīng)用，為電動(dòng)汽車的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。本文討論的對(duì)象使用高能鋰電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)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(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、具有快速充電能力、自放電速率小、具有多種安全保護(hù)措施、密封良好，無(wú)泄漏現(xiàn)象、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其在未來(lái)電動(dòng)汽車中的應(yīng)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(dòng)汽車發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，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(guò)對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量，預(yù)測(cè)蓄電池的SOC和相應(yīng)的剩余行駛里程，管理電池的工作情況，避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充、過(guò)熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，以便最大限度地利用電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。 電池管理系統(tǒng)按照實(shí)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)。基于芯片的電池管理系統(tǒng)一般將前端采集電路、均衡電路以及電量計(jì)量算法、通訊功能等集成在芯片中，輔以外圍電路完成對(duì)電池的管理功能。具有更小的體積、更高的集成度等優(yōu)勢(shì)；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(diào)工作的解決方案，而軟硬件協(xié)調(diào)工作方案由于實(shí)現(xiàn)更靈活、功能更完善，被廣泛采用。該方案在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性上占有一定優(yōu)勢(shì)。 2.1.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪，其功用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。 圖2-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 目前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為4類：1）、直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電磁轉(zhuǎn)矩控制特性優(yōu)良，在城市無(wú)軌電車上廣泛應(yīng)用但重量和體積也較大；2）、感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高、矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，成本高；3）、永磁無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度較高、電機(jī)尺寸小、體積小、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好；4）新一代牽引電機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)即開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有高密度、高效率、低成本、寬調(diào)速。 2.1.4 底盤和車身 電動(dòng)汽車的車身與傳統(tǒng)汽車基本相同，底盤中的傳動(dòng)系比內(nèi)燃機(jī)汽車有所簡(jiǎn)化。在底盤的布置上還要有足夠的空間存放動(dòng)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?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力電池組的整體機(jī)械化裝卸。這就要求在電動(dòng)汽車的底盤的布置上，打破傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車底盤布置模式，加大承載空間的跨度和承載結(jié)構(gòu)件的剛度，并且充分考慮防止動(dòng)力電池組滲出的酸或堿液對(duì)底盤結(jié)構(gòu)件的腐蝕侵害。 車身采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%；實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)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(dòng)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(shè)施 輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)、安全保護(hù)裝置等，借助這些輔助設(shè)備來(lái)提高汽車的操縱性、安全性和乘員的舒適性。 2.2 純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及布置方式 電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心部分，其性能決定著電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的好壞。圖 2-1 為純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成，由結(jié)構(gòu)圖可以看出該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)和電力驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由變速器傳動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)器及控制器。由圖可知：控制器在電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能中起著重要的作用。電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，都有控制器來(lái)控制，然后在經(jīng)過(guò)變速器，電機(jī)的機(jī)械能最終傳給車輪。從圖中知加速踏板、制動(dòng)踏板、檔位、電機(jī)及轉(zhuǎn)向盤輸出的信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)對(duì)接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后在傳送到到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)的輸出功率就會(huì)得到控制，實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，輸出的動(dòng)能 經(jīng)過(guò)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(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)基本組成 目前，電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)的布置形式有以下幾種：[16,17] （1）電機(jī)+傳統(tǒng)汽車變速器 這種布置方式和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車傳動(dòng)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(dòng)機(jī)換成電動(dòng)機(jī)，屬于改裝型電動(dòng)汽車。這種布置可以提高電動(dòng)汽車的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加后備功率。 （2）固定速比減速器 因這種傳動(dòng)系統(tǒng)取消了變速器和離合器，減輕了整車的質(zhì)量。取消了變速器和離合器后，這就要求電動(dòng)機(jī)有足夠高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有足夠大的后備功率，以此來(lái)滿足電動(dòng)汽車的行駛需求。 （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)裝到驅(qū)動(dòng)橋上，變速和差速轉(zhuǎn)換直接由電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種傳動(dòng)方式對(duì)電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)都有較高的要求，同樣要求有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時(shí)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(dòng)汽平穩(wěn)、安全的行駛。 （4）輪輻電機(jī) 這種布置方式同第三種布置方式相似，此種方式是將電動(dòng)機(jī)直接裝到驅(qū)動(dòng)輪上， 機(jī)械能不在經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)軸傳遞，而是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛。 （5）電機(jī)+變速器 此種布置方式與第一種方式的不同之處在于沒(méi)有安裝離合器，只安裝變器。安裝變速器可以提高整車的動(dòng)力性能和整車的效率，且傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不至于那么復(fù)雜。 目前，我國(guó)的電動(dòng)汽車的研發(fā)技術(shù)還不夠成熟，大都是以傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車為基礎(chǔ)進(jìn)而研發(fā)設(shè)計(jì)的。電動(dòng)汽車高性能的實(shí)現(xiàn)，并不是簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)的內(nèi)燃 機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱改換成電動(dòng)機(jī)和蓄 電池。它必須通過(guò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)各部件如電動(dòng)機(jī)、蓄電池、減速器、變速器、和控制系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行合理匹配選擇和計(jì)算。本論文將要參考第二種和第五種傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式，然后根據(jù)某型純電動(dòng)汽車要求的參數(shù)，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定最終使用哪一種布置方案。 2.3 本章小結(jié) 電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車差別較大，傳統(tǒng)汽車是由發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。而電動(dòng)汽車是由電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。 本章詳細(xì)討論電動(dòng)汽車的5大系統(tǒng)，即電源、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車身及底盤、輔助設(shè)施。對(duì)于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)研發(fā)，有一定的綜合指導(dǎo)作用。 第3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇及匹配 3.1 某型純電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo) 本文參考同類型純電動(dòng)車的相關(guān)技術(shù)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(biāo)： 表3.1 純電動(dòng)汽車整車主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 單位 參數(shù)值 滿載質(zhì)量 kg 1365 空氣阻力系數(shù) - 0.32 迎風(fēng)面積 1.89 傳動(dòng)效率 - 95% 車輪滾動(dòng)半徑 m 0.266 滾動(dòng)阻力系數(shù) - 0.02 表3.2 純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能指標(biāo)要求 動(dòng)力性能參數(shù) 單位 參數(shù)值 加速性能 s 0~50km/h 的加速時(shí)間≤10 0~80km/h 的加速時(shí)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(dòng)機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)即汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車評(píng)價(jià)指標(biāo)相同。但是，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有很大的區(qū)別，即電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)不能長(zhǎng)時(shí)間工作，因此必須在電動(dòng)機(jī)的額定工況下計(jì)算電動(dòng)汽車的最高車速，最大爬坡度可以在最大功率工況下計(jì)算。汽車的起步過(guò)程和加速過(guò)程時(shí)間較短，在理論上可以用電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)特性不同的是，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是低速時(shí)恒轉(zhuǎn)矩和高速時(shí)恒功率，如果傳動(dòng)系有多個(gè)擋位時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力與內(nèi)燃機(jī)汽車相比也有許多不同，所以在選擇擋位和速比、計(jì)算最高車速等 考慮的因素與內(nèi)燃機(jī)汽車也不同。 在純電動(dòng)汽車的電機(jī)參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)中，通常以汽車的最高車速，最大爬坡度和最大加速度來(lái)初步選擇電動(dòng)機(jī)的功率。通過(guò)上述三種汽車行駛狀態(tài)下的計(jì)算，所選擇的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)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(shí)行駛阻力消耗的功率之和。電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括 電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定功率、峰值功率、最大轉(zhuǎn)矩及最高轉(zhuǎn)速等參數(shù)。 3.2.1 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，就意味著對(duì)電動(dòng)機(jī)的制造精度和制造工藝要求就越高，和電機(jī)相連的變速器或減速器的的尺寸也會(huì)受到影響，此外還會(huì)提高制造成本。 轉(zhuǎn)速在 3000~6000r/min 的為低速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速在6000~10000r/min的為中速電機(jī)，轉(zhuǎn)速高于10000r/min 的為高速電動(dòng)機(jī)。中速和高速電動(dòng)機(jī)成本較高、而且制造工藝復(fù)雜，對(duì)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(jī)[18]。 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值有一個(gè)范圍，這個(gè)范圍也被稱為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β，β值的大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，β值越大，電動(dòng)機(jī)在低速下就可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩，大轉(zhuǎn)矩有利于汽車的爬坡和加速。但β值不易過(guò)大，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致功率損耗。因此，一般β值取2~4之間，因此電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)該在1200~2500r/min 之間。 3.2.2 電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率的匹配 電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源，對(duì)整車的動(dòng)力性有直接的影響。所選的電動(dòng)機(jī)功率越大，整車的動(dòng)力性也就越好，但是如果功率過(guò)大，電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和體積也會(huì)增大，且電機(jī)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(jī)功率參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)通常參考汽車的最高車速，加速時(shí)間和最大爬坡度。 首先，根據(jù)電動(dòng)汽車以最高車速確定電動(dòng)機(jī)的功率： （3-1） 式中：M 為整車質(zhì)量(kg)；f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)； 為迎風(fēng)阻力系數(shù)；A 為迎風(fēng)面積（）；為最高行駛車速（km/h）。 其次，根據(jù)電動(dòng)汽車以某一車速爬上最大坡度來(lái)計(jì)算所消耗的功率： （3-2） 式中：為電動(dòng)汽車行駛速度（km/h）, i為坡度。 最后，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： (3-3) (3-4) 式中，δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； 為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；R為車輪半徑（ m ）；為變速器傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比。 電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)功率必須能同時(shí)滿足汽車動(dòng)力性能的任何一種要求。所以電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的峰值功率： （3-5） 電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的額定功率為： （3-6） 式中，ηt 為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率； λ 為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)。 按照整車動(dòng)力性要求，將表3.1中的整車參數(shù)代入上述公式，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的峰值功率和額定功率。根據(jù)性能指標(biāo)最高車速 =80km/h,代入式（3-1）得到 Pmax1=13kw。汽車爬坡時(shí)，此時(shí)電機(jī)的功率可以達(dá)到峰值功率，因?yàn)橥ǔＧ闆r下爬坡時(shí)間較短，電機(jī)可以在較短時(shí)間內(nèi)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(jì)算出來(lái)。將最大坡度設(shè)值為20%，爬坡時(shí)的車速 =15km/h ，代入式(3-2)計(jì)算得Pmax2=15.79kw 。根據(jù)動(dòng)力性要求0~50km/h 的加速時(shí)間小于10s，同時(shí)考慮電機(jī)的后備功率約20%，由公式 3-3，3-4經(jīng)過(guò)計(jì)算得Pmax3=13.6kw。 所選擇的電機(jī)功率必須同時(shí)滿足上述三項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)的要求，最終確定電動(dòng)機(jī)峰值功率為Permax=16kw。因此，電動(dòng)機(jī)的額定功率可根據(jù)峰值功率由式（3-6）求出。電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)λ取為2，由式3-6得電動(dòng)機(jī)額定功率=8kw。 3.2.3 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)額定電壓與電動(dòng)機(jī)的額定功率成正比，額定功率越大額定電壓也就越大。電動(dòng)機(jī)額定電壓選擇與電動(dòng)汽車的電池組的電壓有密切的關(guān)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(guò)最終都是由所選取的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)來(lái)決定額定電壓。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定電機(jī)的額定功率， 所以在此確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓范圍為70V~100V。綜合考慮電動(dòng)機(jī)的整體性能和成本,以及能和即將選擇的傳動(dòng)系統(tǒng)部件完好的匹配,本論文中選擇某型永磁同步電動(dòng)機(jī),具體參數(shù)如下。 表3.3電動(dòng)機(jī)參數(shù) 類型 永磁同步式 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 2000r/min 最高轉(zhuǎn)速 5300r/min 額定轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 40kg 峰值功率 16kw 控制器質(zhì)量 10kg 額定電壓 80v 電動(dòng)機(jī)尺寸 3.3 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 能否滿足車輛的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程是純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)首先要考慮的問(wèn)題。車輛行駛的動(dòng)力性能可以用以下四個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)： （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(yù)定的距離加速行駛所需的最短時(shí)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(dòng)機(jī)發(fā)出的功率應(yīng)該能夠維持電動(dòng)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(duì)電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，蓄電池和電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)汽車上動(dòng)力電池組的能量應(yīng)該能夠維持電動(dòng)汽車行駛一定的續(xù)駛里程。 3.3.1 傳動(dòng)系傳動(dòng)速比設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車的核心電氣傳動(dòng)系統(tǒng)代替機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)、電池代替汽油作為車載能源，在實(shí)現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項(xiàng)功能、價(jià)格指標(biāo)的要求。傳動(dòng)系參數(shù)的設(shè)計(jì)主要包括變速器檔位的選擇和各檔傳動(dòng)系速比的計(jì)算，以及主減速器速比的選擇和計(jì)算。電動(dòng)機(jī)確定后，即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不變時(shí)， 傳動(dòng)系的各參數(shù)主要根據(jù)整車的動(dòng)力性指標(biāo)要求來(lái)確定。電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù) 的選擇應(yīng)該滿足電機(jī)基速以下大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速起動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁啟停等要求，電機(jī)基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、寬范圍以適應(yīng)最高車速和公路飛馳、超車等要求。在電動(dòng)機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)，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(zhǎng)。 傳動(dòng)系速比的上限： （3-7） 式中，為主減速器的傳動(dòng)比； 為變速器的傳動(dòng)比；i 為傳動(dòng)系速比；為電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速；為最高行駛車速；R 為車輪半徑。 把表3.1中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式 3-7 中可得出 ∑i ≤ 6.64。 （2）傳動(dòng)系速比的下限: 根據(jù)電動(dòng)汽車以最大車速行駛時(shí)，汽車受到的行駛阻力，電動(dòng)機(jī)以最高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的最大轉(zhuǎn)矩，來(lái)確定傳動(dòng)系速比下限為： (3-8) 式中，為最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力；為電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩；為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率，為滾動(dòng)阻力，為空氣阻力。 根據(jù)電動(dòng)汽車最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力和電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)確定傳動(dòng)系速比下限為： (3-9) 式中， 為電動(dòng)汽車爬最大坡度時(shí)的行駛阻力；為電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩， 為坡度行駛阻力。 由于爬坡阻力比平直路上行駛時(shí)的阻力要大的多。故應(yīng)由公式 3-9來(lái)確定傳動(dòng)系速比下限。 由公式3-9來(lái)計(jì)算傳動(dòng)速比的下限，其中 =94，其它參數(shù)由表3.1中可得，代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得： ∑i ≥11.2248 3.3.2 傳動(dòng)系變速器的選擇 由于純電動(dòng)汽車技術(shù)還處在發(fā)展初期，它的續(xù)駛里程制約了純電動(dòng)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(dòng)汽車的最高車速一般在80km/h 左右。由于路況的復(fù)雜多樣，在行駛過(guò)程中電動(dòng)汽車遇到的阻力變化范圍較大，又因電動(dòng)機(jī)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(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間加減速器和變速 器。安裝了傳動(dòng)系統(tǒng)以后，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能就容易被滿足，且可以提高電機(jī)的工作效率，也可以減小電機(jī)和動(dòng)力電池的負(fù)荷。最終提高整車的動(dòng)力性，增大續(xù)駛里程，滿足汽車行駛的需求是安裝傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的，為了使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)不至于太復(fù)雜，本論文提出兩種傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)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(dòng)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(jīng)驗(yàn)選擇固定速比為8。確定固定速比后，然后對(duì)其驗(yàn)證，固定速比為8時(shí)，計(jì)算電動(dòng)汽車的最高車速和最大爬坡度是否能滿足整車的動(dòng)力性要求。 （1）計(jì)算最高車速： 整車的動(dòng)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(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： (3-10) 代入數(shù)值計(jì)算得 n=6382r/min，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于基速。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為： (3-11) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：T≈32N·m 所以車輪上的驅(qū)動(dòng)力 Ft 為： (3-12) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 Ft =431.9N 根據(jù)車輛水平勻速行駛動(dòng)力學(xué)方程式: （3-13） 由式 3-13計(jì)算得車輛以 80km/h 行駛時(shí)，此時(shí)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(jì)算最大爬坡度 假設(shè)汽車爬坡時(shí)車速為15km/h，由電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性圖知此 時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是峰值轉(zhuǎn)矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的動(dòng)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(shí)車輛所需的驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車采用兩檔變速器 由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性知電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍很大，且基速以下為恒轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線更理想。針對(duì)采用固定速比減速器不能滿足車輛爬陡坡時(shí)對(duì)動(dòng)力總成具有高輸出扭矩的要求和車輛在平坦路面行駛時(shí)需要?jiǎng)恿偝奢敵鲎畲蠊β实囊螅缓罂紤]到要降低整車質(zhì)量提高傳動(dòng)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(jì)算結(jié)果，可知傳動(dòng)系速比的上限 ∑i ≤6.64 ，傳動(dòng)系速比的下限 ∑i ≥11.2248 。因此根據(jù)傳動(dòng)系速比計(jì)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(guò)計(jì)算車輛的最高車速和最大爬坡度來(lái)驗(yàn)證所選的速比是否滿足整車的動(dòng)力性要求。 圖3.4 電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性 圖3.5 電動(dòng)機(jī)基速以上恒功率輸出特性曲線 （1）計(jì)算最高車速 車輛高速行駛時(shí)變速器置于Ⅱ檔，當(dāng)車速達(dá)到80km/h時(shí)，由式（3-10）， （3-11），（3-12）計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速 n≈4786.5r/min，電機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩為T≈ 64.04N·m，車輪上的驅(qū)動(dòng)力為Ft=450.9N，F(xiàn)t > ∑F ,所以方案B滿足最高車速要求。 （2）計(jì)算最大爬坡度 汽車爬坡時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此變速器要置于Ⅰ檔 ，假設(shè)此時(shí)車速為15km/h由電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性圖知此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是峰值轉(zhuǎn)矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的驅(qū)動(dòng)力 Ft=2905.7N由公式（3-14）求出爬坡度為20%時(shí)車輛所需的驅(qū)動(dòng)力為 2814.5N， Ft > ∑F 。方案B滿足最大爬坡度的要求。 通過(guò)兩種方案的校核計(jì)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(dòng)汽車的傳動(dòng)系裝置。 3.3.3 檔位數(shù)和換擋規(guī)律對(duì)整車的性能影響分析 本論文經(jīng)過(guò)上述的計(jì)算采用了兩檔式變速器。檔位數(shù)的增加，可以使電動(dòng)機(jī)在較高的效率區(qū)域內(nèi)工作，提高其續(xù)駛里程。由于電機(jī)本身調(diào)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(guò)三個(gè)。檔位太多會(huì)使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，使整車的質(zhì)量過(guò)重,同時(shí)也會(huì)使傳動(dòng)系效率降低，整車性能也會(huì)降低。因此檔位數(shù)的合理選擇對(duì)整車的動(dòng)力性有著較大的影響。 圖3.6 功率平衡圖(兩個(gè)檔位動(dòng)力中斷情況） 電動(dòng)汽車的低檔位有常規(guī)車速?zèng)Q定，也就是經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，Ⅰ檔和Ⅱ檔功率曲線沒(méi)有重合部分。為了提高整車的動(dòng)力性，考慮到變速器的換擋規(guī)律，在C點(diǎn)位置由Ⅰ檔換入Ⅱ檔，在換入二擋后整車將工作在D 點(diǎn)位置，由圖中知，換擋后整車將工作在D點(diǎn)位置，由Ⅰ檔換入Ⅱ檔過(guò)程中此時(shí)要產(chǎn)生動(dòng)力中斷，由圖可知從C點(diǎn)降到D點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的功率有所下降，又因動(dòng)力的變化會(huì)產(chǎn)生換擋沖擊，這對(duì)變速器的使用壽命和整車的舒適性會(huì)產(chǎn)生影響。因此傳動(dòng)系檔位數(shù)的選擇也要考慮到動(dòng)力中斷及換擋沖擊對(duì)整車性能的影響。 3.4 電池組參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 動(dòng)力電池是整車的能量來(lái)源，整車所有的能量消耗都來(lái)自電池組。因此所選擇的電池組的類型、質(zhì)量和各種技術(shù)參數(shù)都會(huì)影響電動(dòng)汽車的整車性能，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件之一。電動(dòng)汽車動(dòng)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(shí)所需的最大功率和消耗的能量以及滿足電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求來(lái)確定電池組的容量。 （1）所選擇的電池組數(shù)必須滿足電動(dòng)汽車行駛時(shí)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(dòng)汽車所需的最大能量。因此電池組數(shù)目： （3-15） 式中，為電動(dòng)機(jī)峰值功率；為電池最大輸出功率；為電動(dòng)機(jī)效率；為電動(dòng)機(jī)控制器工作效率。 （2）由電動(dòng)汽車的車載能源必須滿足續(xù)駛里程的要求來(lái)計(jì)算電池?cái)?shù)目為： （3-16） 式中，L為電動(dòng)汽車?yán)m(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(dòng)車行駛1km所消耗的能量。 因此，電動(dòng)汽車電池?cái)?shù)目為： (3-17) 經(jīng)過(guò)計(jì)算n取12。 （3）電池組容量計(jì)算 電動(dòng)汽車上電池組的使用過(guò)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(guò) 300A。則電池組電壓和電動(dòng)機(jī)的峰值功率的關(guān)系式如下： （3-18） 由上式計(jì)算出電池組電壓： ≥ 53 ，因?yàn)楸疚乃ヅ涞碾妱?dòng)機(jī)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(jì)算 電池組能量的計(jì)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(dòng)汽車以50km/h的速度行里程S（km)所需的能量可以通過(guò)下式計(jì)算： （3-20） （3-21） 式中：Pele為純電動(dòng)汽車行駛所需的功率（Kw)；為純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程S 所消耗的能量（)。有上述公式可知：當(dāng)時(shí)，才能滿足電動(dòng)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(jì)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(gè)數(shù)為12。 3.4.1 電池組參數(shù)的確定 電動(dòng)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(dòng)汽車動(dòng)力性能的能量消耗，其次是環(huán)保因素，經(jīng)濟(jì)因素，使用壽命因素等。以電動(dòng)汽車上常見(jiàn)的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鋰電池為代表，來(lái)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(jiàn)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(shí)間（h） 8~17 ＜3 ＜6 5~6 價(jià)格($/kWh) 100 200 200 300 鉛酸電池的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,最早的電動(dòng)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(chǎn)技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)在電動(dòng)汽車的車用電池市場(chǎng)中一直占著主要地位。伴隨著鉛酸蓄電池技術(shù)的逐漸發(fā)展及創(chuàng)新，在市場(chǎng)能買到各種形式規(guī)格的鉛酸蓄電池。應(yīng)用在電動(dòng)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(zhǎng)的循環(huán)壽命，可防止過(guò)充放電，是較理想的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，但是它的經(jīng)濟(jì)成本較高、電池組表面易發(fā)熱，鐵鋰電池技術(shù)還不夠成熟，不過(guò)它可作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池發(fā)展的重要目標(biāo)。 鎳氫電池是一種比較環(huán)保的高能量電池，其比能量可達(dá)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(diǎn)：比能量高、比功率達(dá)，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(qiáng)的耐過(guò)充放電性能；對(duì)環(huán)境不會(huì)造成污染，可以稱為是綠色電源，沒(méi)有使用重金屬；無(wú)記憶效應(yīng)。雖然鎳氫電池有以上的眾多優(yōu)點(diǎn)，但是還是有很多因素制約著鎳氫電池在電動(dòng)車汽上的廣泛應(yīng)用。例如鎳氫電池在充電過(guò)程中容易發(fā)熱，發(fā)熱產(chǎn)生的高溫會(huì)對(duì)鎳氫電池產(chǎn)生負(fù)面影響，影響電池的使用壽命。鎳氫電池不易儲(chǔ)存，價(jià)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(zhǎng)，但含有重金屬鎘，污染嚴(yán)重，因此不適宜選用。 綜合考慮電池的各項(xiàng)性能及經(jīng)濟(jì)型和技術(shù)的成熟性，本論文選用鉛酸電池。 國(guó)內(nèi)研制開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車車用極板鉛酸蓄電池已經(jīng)達(dá)到了以下性能指標(biāo)：3小時(shí)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(jì)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(guò)公式計(jì)算知具體的參數(shù)如下表3.5： 表3.5 鉛酸電池動(dòng)力電池參數(shù) 名義容量 200Ah 單只電壓 80v 單只質(zhì)量 14kg 單只體積 210*175*145mm 總電壓 80v 電池只數(shù) 12 總質(zhì)量 168kg 電池組合方式 并聯(lián) 3.5 匹配結(jié)果 根據(jù)整車動(dòng)力性能的要求，對(duì)電動(dòng)汽車傳動(dòng)