面向對象的汽車模型體系框架及性能計算【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯+答辯ppt】,面向,對象,汽車模型,體系,框架,性能,機能,計算 I 面向對象的汽車模型體系框架及性能計算 摘要： 隨著人類對城市環(huán)境保護意識的增強以及汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，純電動汽車由于具有節(jié)能、對環(huán)境友好、結構簡單等特點逐漸成為新時代汽車產業(yè)化的標志。該論文經由面對非燃料車輛的行駛受力情況研究，和非燃料車輛的動力系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)進行相應的對應，然后使繪圖工具創(chuàng)造車輛全部結構的仿真。根據(jù)整車對動力性和經濟性的雙重需求，利用整車控制器建立純電動汽車整車動力系統(tǒng)之間的關系，確定整車控制的目標，以完成對整質量的減小，完成對純電動汽車動力電池的參數(shù)優(yōu)化。通過動力電池參數(shù)對純電動汽車整車性能的影響分析，得到動力系統(tǒng)與整車控制性能的關系 ，為純電動汽車整車的設計與控制奠定重要的基礎。 關鍵詞 ： 純電動汽車；動力系統(tǒng)；整車控制器；性能優(yōu)化 a of of of of of of of of of an of of of is by to on of to in to in to of of of on of is an of 錄 摘要 ............................................................................................................................................ I ................................................................................................................................... 錄 ..................................................................................................................................... 緒論 ......................................................................................................................................... 1 文研究的背景和意義 ...................................................................................................... 1 電動汽車的優(yōu)點 .............................................................................................................. 1 電動汽車國內外發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................. 2 外發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................................... 2 內發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................................... 4 究內容 .............................................................................................................................. 5 2 純電動車汽車的結構及設計介紹 ........................................................................................ 7 電動汽車的結構與原理介紹 ......................................................................................... 7 電動汽車的設計 ........................................................................................................... 11 章總結 ............................................................................................................................ 13 3 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配 .............................................................................................................. 14 池參數(shù)設計和選型 ........................................................................................................ 14 機參數(shù)設計和選型 ........................................................................................................ 15 車仿真模型的建立與分析 ............................................................................................ 16 章小結 ........................................................................................................................... 21 4 整車控制系統(tǒng)軟件結構分析 .............................................................................................. 22 車控制器基本功能及技術要求 ................................................................................... 22 車控制器基本功能 ..................................................................................................... 22 車控制器的技術要求 ................................................................................................ 22 車控制目標 .................................................................................................................... 23 車控制系統(tǒng)軟件結構 .................................................................................................... 24 章小結 ............................................................................................................................ 25 基于整備質量最小的動力電池匹配優(yōu)化 ........................................................................... 26 池容量及質量計算 ........................................................................................................ 26 配優(yōu)化結果對比分析 .................................................................................................... 27 章小結 ............................................................................................................................ 28 6 總結 ...................................................................................................................................... 29 參考文獻 .................................................................................................................................. 30 致謝 .......................................................................................................................................... 31 1 1 緒論 文研究的背景和意義 隨著科技和經濟快速的發(fā)展，汽車產品已成為現(xiàn)代文明的重要標志之一，汽車產業(yè)也發(fā)展成為許多國家的支柱產業(yè)，汽車也越來越多地走進平常百姓家，世界汽車保有量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。從誕生到現(xiàn)在不斷普及的過程之中，汽車對人們而言已不再僅僅是交通工具，而是一種現(xiàn)代人快速、時尚的生活方式。汽車在給人們帶來便利的同時也造成了能源的緊缺、環(huán)境的污染、嚴重的交通事故等一系列全球性的問題。 2010 年，我國機動車排放污染物總共達到了 噸，這其中，汽車是污染物總量的主要貢獻者?，F(xiàn)在 ，汽車 的污染氣體 已 經 成為各 個地方 污染 的主要原因。 除此之外， 汽車的污染氣體排放對全球形成很大的壓力，已經成為全球領先位置。 發(fā)展新能源汽車包括混合動力汽車（ 純電動汽車（ 及燃料電池汽車（ 實現(xiàn)我國能源安全和環(huán)境保護以及中國汽車工業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。 表 界主要國家電動汽車保有量 純電動汽車以車載二次電源作為儲能方式，以電動機為動力裝置驅動車輛行駛，相比混合動力汽車而言，具有零排放、低噪聲且結構簡單等特點，而相比燃料電池則在當前更具產業(yè)化的基礎，因此而受到了世界各國政府及汽車企業(yè)的廣泛關注。目前純電 動汽車的產業(yè)化已成為各汽車企業(yè)的重要目標，同時這也對提高純電動汽車整車技術和性能水平提出了更為急切的需求。 電動汽車的優(yōu)點 電動汽車將逐漸取代傳統(tǒng)汽車成為新世界的主要交通工具之一，不僅是因為其操控方便、噪聲小、無污染，更重要的是它代表了人類綠色的生活方式、可持續(xù)發(fā)展的理念[4]。電動 的車能量的節(jié)省狀態(tài)突 出 很優(yōu)秀的特性很頑強的性能 ，電動汽車的優(yōu)點如下：（ 1）電動汽車與傳統(tǒng)汽車比能量利用率提高，噪聲較低，對周圍環(huán)境產生的污染小。 2 電動汽車的能 量是通過電池組能量 提供 ， 然而電池組 的 能量能用電池設備提供，例太陽能的各種能量 ， 能夠降低石油的用量。 （ 2）電動汽車的能量利用效率也遠遠超過傳統(tǒng)汽車。純電動汽車在行駛的過程中停止運行時不消耗機械能，在純電動汽車制動的時后能夠再循環(huán)利用純電動汽車制動的時候傳遞回來的能量，給蓄電池充電并二次利用，因此能夠提高純電動汽車的能量轉換效率。 （ 3）純電動汽車與傳統(tǒng)車輛相比，結構與原理簡單，機械傳動所需要的機械部件較少，機械損失小，并且更加有利于駕駛員的操作。并且機械傳動系統(tǒng)中部件的減少，使得純電動汽車在檢測維修的時候更加方便，所需要的維修資金也會相應減少 。 電動汽車國內外發(fā)展現(xiàn)狀 純電動汽車至今已有一百多年的歷史，最早的電動汽車甚至于還比內燃機汽車早了十幾年，但是由于當時動力電池和驅動控制技術發(fā)展一直較緩慢且遠遠落后于傳統(tǒng)內燃機汽車。后來電力電子技術不斷發(fā)展尤其是動力電池技術水平有了很大的提高，電動汽車有了突飛猛進的發(fā)展，技術水平也得到較大提高。 尤其這么多年對生態(tài)的維持和大氣的污染源的制止的多方面的聯(lián)系，國家越來越對大氣污染做出更加嚴格的指示，車輛的制造公司在以后的發(fā)展中遙遙領先的位置。 電動汽車最早在 19 世紀末出現(xiàn)，比燃油汽車略早，但其后來很長一 段時間不如燃油汽車發(fā)展迅速。到了 20 世紀末，環(huán)境污染和能源短缺已發(fā)展成為人們面臨的嚴峻的問題，尤其是燃油汽車的尾氣排放造成了嚴重的大氣污染，燃油汽車的尾氣排放也成為污染大氣環(huán)境最主要的原因之一。另外。燃油汽車的數(shù)量日益劇增，對石油能源的消耗也變得更多，而石油作為不可再生資源，世界各個國家對石油的需求要求也變得更高，所以燃油汽車數(shù)量的急劇增加明顯會給各個國家的能源戰(zhàn)略造成很大的困擾。因此，目前越來越多的國家與汽車企業(yè)轉向研制更為環(huán)保的電動汽車產業(yè)，以期來減少環(huán)境惡化與石油能源的短缺帶給人類社會的巨大困擾。 外發(fā)展現(xiàn)狀 美國與世界上其他國家相比，生產汽車最早，也是全世界對污染限制最嚴格的國家，同時也是研發(fā)電動汽車最早的國家之一。美國政府 為了做出有關系的內容 ， 用非常的精力來做出非燃油汽車花費更加大大的發(fā)展功能和應用。 美國政府制定了側重降低石油依賴、確保能源安全的戰(zhàn)略目標，希望通過發(fā)展電動汽車能夠實現(xiàn)汽車領域擺脫對石油依 3 賴，并以法律法規(guī)明確了其戰(zhàn)略定位。 1978 年，日本電動汽車協(xié)會制定了“電動汽車試用制度”，為電動汽車消費者提供一定額度的費用補貼來推動電動汽車的發(fā)展。到了20 世紀末，日本最大的汽車制 造商本田公司、豐田公司也開始致力于研發(fā)電動汽車 [10]。到目前為止，日本已成為世界上電動汽車行業(yè)發(fā)展最為迅速和成熟的國家。歐洲許多國家，如法國、英國也開始加速研發(fā)電動汽車并且注重推廣限定使用區(qū)域的電動汽車，逐步擴大電動汽車的使用范圍。 圖 014 年底歐洲主要國家電動汽車保有量 目前，歐洲、日本、美國的電動汽車產業(yè)規(guī)劃已基本形成，大部分汽車廠商都在全面推進 開發(fā)，普遍把 2013～ 2015 年定為了電動汽車甚至是燃料電池汽車進入市場、實現(xiàn)產業(yè)化的重要節(jié)點。這不僅是出于環(huán)保和油價方面的考慮，而更是在未來汽車行業(yè)領域中取得領先地位的一個重要保證。 4 圖 洲對電動汽車扶持政策 圖 盟未來汽車研發(fā)目標 內發(fā)展現(xiàn)狀 5 二十世紀 60 年代我國開始研究電動汽車，并且在 1980 年以后得到了迅速發(fā)展。國內的電動汽車在世界來看速度較慢 ， 為了能跟上國內外的發(fā)展 、 提供良好的環(huán)境和對國內的個飯面的能力增加使我國在世界的汽車行業(yè)具有領先的位置重新組成汽車的發(fā)展重要機構零件和有關的內容 ，經過多年的技術攻關和研究開發(fā)，我國的純電動汽車產業(yè)在研究原理與技術水平方面有了很大的提高，并逐步縮小了和世界純電動汽車的先進技術差距，甚至在純電動汽車的某些技術領域做到了世界領先的地步。當前，我國鼓勵汽車產業(yè)優(yōu)先發(fā)展純電動汽車，在純電動汽車領域投入很大的人力物力來推動純電動汽車技術的發(fā)展，根據(jù)純電動汽車的設計與原理，針對純電動汽車的特點，特別是整車的經濟性能水平以及使用的便利性等來極大地提 高純電動汽車的發(fā)展。 圖 國政府對電動汽車財政補貼 圖 2014 年我國電動汽車產量 究內容 論文針對純電動汽車整車性能的關鍵技術進行了對純電動汽車設計的分析、整車控制系統(tǒng)與動力控制系統(tǒng)的優(yōu)化等研究工作。主要工作包括： （ 1） 基本了解 純電動汽車的發(fā)展概況，查詢并學習純電動汽車的結構與原理，對純電動汽車的設計流程進行熟悉。 6 （ 2）結合純電動汽車的結構與運動力學，對純電動汽車的動力系統(tǒng)的參數(shù)進行選擇與匹配。掌握動力系統(tǒng)中電池組與電機等動力系統(tǒng)與整車性能的關系，并利用軟件建立整車仿真 模型， 對動力系統(tǒng)進行分析 。 （ 3）通過 分析 純電動汽車整車控制系統(tǒng)，完成對純電動汽車整車控制性能的了解，得到純電動汽車整車控制的目標 ，并分析純電動汽車控制軟件結構模式。 （ 4）以整車降重為主要目標，分析動力電池參數(shù)的匹配情況， 在 滿足純電動汽車的動力性要求下 ，實現(xiàn)整車降重。 7 2 純電動車汽車的結構及設計介紹 電動汽車的結構與原理介紹 純電動汽車的結構組成主要為電力驅動控制系統(tǒng)、機械傳動輔助系統(tǒng)、車身、底盤四大部分 [11]。眾所周知，在純電動汽車的四大組成部分中，區(qū)別于內燃機汽車的最大不同之處，電力驅動控制系統(tǒng)作為純電動汽車的唯一核心，是純電動汽車的動力源輸出。電力驅動控制系統(tǒng)主要由電源、驅動電動機及其控制系統(tǒng)輔助控制系統(tǒng)等組成 [12]，純電動汽車的結構框架如圖 示。 純 電 動 汽 車車 身機 械 傳 動 輔 助 系 統(tǒng)底 盤 電 力 驅 動 控 制 系 統(tǒng)電 源驅 動 電 動 機 及 控 制 系 統(tǒng) 輔 助 控 制 系 統(tǒng)電 池 管 理 系 統(tǒng)電 機控 制 系 統(tǒng) 調 速 控 制 裝 置傳 動 裝 置 行 駛 裝 置 轉 向 裝 置制 動 裝 置工 作 裝 置圖 電動汽車的結構框架 純電動汽車中汽車的車身、底盤與傳統(tǒng)內燃機汽車的結構相似，設計方法與設計材料與傳統(tǒng)內燃機汽車相似，在此不再贅述。 純電動汽車的 各個能量的控制技術中 ，電源 要對 汽車 的整個車體提供更多的能量 。電源的整個管理系統(tǒng)主要負責的是對鋰電池的端電壓、電池內阻、電池溫度、電解液濃 8 度、電池的充放電時間、電池的剩余電量及使用情況、放電電流及深度等多個電池參數(shù)進行監(jiān)控監(jiān)測，通過電池的電源溫度設定、充放電電流來控制蓄電池的過熱情況與過充、過放電等相關情況。做到在蓄電池的有關參數(shù)達到預設報警參數(shù)值得情況下提醒駕駛員注意車體的安全 。 圖 電動汽車中的鋰電池 輸出動力的動力輸出裝置和操縱機構的核心功能即把能源的源能改變成裝置前進要耗費的其他能量。還經由運遞設備把他工作需要的能量傳送 到車輛的作業(yè)設備。用來支持車輛的前進改變方向和剎車等核心功能。 在早期的純電動汽車的驅動電機設置上采用的是直流串激電動機，由于其本身所具有的優(yōu)勢特性與汽車十分相吻合，但隨著純電動汽車向更深度的方向發(fā)展，直流電動機所存在的比功率較小、效率低、維修工作繁重等缺點被逐漸放棄，目前的驅動電機主要采用交流異步電動機、直流無刷電動機、開關阻力電動機等三種主要電機。 和動力輸出裝備密切聯(lián)系的速度改變裝置目的讓非燃油的車輛速度的改變及方向的改變定下的，其經由操縱動力輸出裝置傳遞的能量解決動力輸出裝置傳動力矩和轉動目 的的操縱。與驅動電動機的選型類似，調速控制系統(tǒng)的控制變換也主要由直流電動機匝數(shù)的變化向其他晶體管斬波調速的方向發(fā)展，電動汽車的直流逆變技術與旋轉交流變換技術將成為目前的優(yōu)勢技術。常見的驅動方式見圖 示，圖 (a)-(c)為電動機中央驅動方式， (d)為雙電動機電動輪軸驅動方式，圖 (e)-(f)為輪轂電動機的驅動方式。 9 圖 電動汽車中的驅動電動機結構 非燃油車輛的動力運輸系統(tǒng)核心組成由動力傳遞設備、前進設備、改變方向的設備、剎車設備、作業(yè)設備。 與傳統(tǒng)內燃機汽車的工作方式類似，機械傳動輔助裝置的主要目的是滿足汽車的行駛、轉向、制動等功能。 非燃油車輛的動力傳遞設備是把輸出動力的動力輸出裝置的動力輸出轉動力矩送到車輛的動力輸出桿，因為動力輸出裝置自己能夠以一定的額外的重量發(fā)動，然后非燃油汽車拋棄一般的發(fā)動機車輛的分離結合裝置。 由于采用電動輪驅動方式，電動汽車也可以忽略傳統(tǒng)內燃機汽車傳動系統(tǒng)中的差速器。 動力傳輸結構 的 大部分設備在車輛能不關注做到了動力傳輸?shù)慕档?。 運動設備 是 把動力輸出裝置 的 輸出 力 經由輪胎轉換為 對 行駛路面 的 相互力 ， 使得汽車前進 。純電動汽車轉向裝置的原理與傳統(tǒng)汽車的轉向裝置原理相同，通過轉動方向盤上來實現(xiàn)轉向機構的運行，最終作用在轉向輪上進行轉彎。純電動汽車的轉向系統(tǒng)的類型主要有液壓轉向、機械轉向以及液壓助力轉向等。非燃油汽車的剎車設備與普通發(fā)動機汽車相同，目的是對設備的降低行駛的速度而剎車的裝備，通常關鍵是為了車輛剎車系統(tǒng)和幫助剎車系統(tǒng)的設備結構。在新能源電動汽車上，還裝載著電磁輔助制動系統(tǒng)，電磁輔助制動系統(tǒng)工作的原理是利用驅動電動機控制系統(tǒng)來操作驅動電動機的主要工作運行，以此使得純電動汽車在減速制動的時候將機械能轉換為電流，對蓄電池進行二次充 電，實現(xiàn)主要能量的循環(huán)使用。純電動汽車中的特殊工作裝置主要是為工業(yè)類別的純電動汽車為完成工業(yè)作業(yè)而設置的，例如叉車采用電動裝置而設置的升降系統(tǒng)等。 10 圖 電動汽車驅動方式 圖 燃油汽車動力傳輸機構 驅動圖 純電動汽車的 根本緣由通過 電 池釋放 的能 量 通過 整個車身向整個車提供能量， 整車控制器通過控制電源控制系統(tǒng)、驅動電動機控制系統(tǒng)、調速控制系統(tǒng)以及輔助裝置控制系統(tǒng)等協(xié)調整車的工作狀態(tài)，將電池傳送過來的電能充分利用到驅動電機中，最后將電 11 能轉化為機械能來驅動機械傳動系統(tǒng)，變成汽車前進的牽引力或者汽車停止和減速的制動力。 圖 電動汽車轉向系統(tǒng)圖 電動汽車的設計 純電動汽車的設計主要在于純電動汽車的結構方案設計，結構方案設計的確定不僅可以結合傳統(tǒng)內燃機汽車的結構設計，而且考慮到純電動汽車的動力總成類型，結合汽車設計理論，通過電源能量控制策略與動力系統(tǒng)總成，設計出所需要的純電動汽車結構類型。 純電動汽車的設計需要參考設計結構的各項性能指標，利用純電動汽車結構的尺寸參數(shù)，制定合適的電動汽車結構方案選型 。 達到純電動汽車的整體設計 [13]。純電動汽車的整車原理圖如圖 示。 純電動汽車的設計主要分為驅動系統(tǒng)設計、動力電池系統(tǒng)設計、車身底盤設計三大類。驅動系統(tǒng)作為純電動汽車的核心之一 [14]，它的設計是純電動汽車設計的重中之重。驅動系統(tǒng)的各項基本參數(shù)選型及匹配必須滿足整車的動力性能匹配，通過動力總成計算方法，合理選擇動力系統(tǒng)的各部件參數(shù)，才能設計出完整的驅動系統(tǒng)。 動力電池系統(tǒng)作為純電動汽車的唯一動力源，是純電動汽車能夠保持整車的動力性 。以及高續(xù)航的最大保證 [15]。動力電池系統(tǒng)的電池組的類型選擇、電壓、電流、充放電能力都是需要考慮的主要標準。電池組的數(shù)目通過參考整車的性能要求， 綜合動力電池系統(tǒng)的組合方式、總電量來進行計算選擇。 12 圖 車原理圖 圖 電動汽車的動力電池組 車身底盤設計的設計方案與傳統(tǒng)內燃機汽車的設計方案相似但也有區(qū)別。車身的設計主要考慮到對整車性能以及美觀的影響，國內外有很多針對汽車車身的研究，通過選擇合適的設計方案與工藝手段可以設計出實用與美觀的汽車車身。 純電動汽車的底盤要考慮到動力系統(tǒng)的安裝與架構。通過計算軸荷的分配，對汽車懸架做出相應的改變與調整。 13 章總結 本章通過介紹純電動汽車的結構原理以及設計方案，了解純電動汽車的結構與設 計流程。 14 3 動力系統(tǒng)參數(shù)匹配 純電動汽車的動力性和經濟性很大程度上取決于動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配。 動力輸出裝置和動力源 是 該非燃油車 的 重要組成部分 ， 使的動力傳輸結構 的 相關數(shù)據(jù)變化明顯 。 動力輸出裝置的單位時間內做功的情況的速率能關系到設備的行駛質量 ， 設備做的功太多能造成能量消耗 。 組合的電池很 小會 很難來確定大尺寸電動機行駛動能 ， 組合電池會影響汽車的行駛功能。 池參數(shù)設計和選型 根據(jù)電動汽車行駛時的最大輸出功率和最小電池容量來選擇電池組 [16]。 （ 1） 電池組數(shù)目根據(jù)最大輸出功率選擇 最大功率行駛經常發(fā)生在高速行駛、加速行駛和爬坡的條件下，結合整車參數(shù)分別計算這三種情況下實際功率消耗，選擇最大的作為最大功率。 （ 式中 為電池組數(shù)目； 為最大功率需求； 為最大輸出功率， 為電機工作效率； 為電機控制器工作效率； 為電池數(shù)目。 （ 2） 電池組數(shù)目根據(jù)行駛里程選擇 純電動汽車一般按照速度為 60Km/h 進行計算。 （ 式中 為池組數(shù)量； 為行駛里程； 為電能； 為電池電容； 為電池電壓。 電池組數(shù)目 ： ( ) （ 電動汽車的關鍵是電池的選擇和布置 ， 鉛酸電池是目前最為成熟的動力電 池，其制造成本低、比功率大、性能穩(wěn)定，但是能量不足，難以滿足汽車續(xù)駛里程要求，使用壽命也比較短。鎳鎘電池充電快、壽命長，但是其成本較高，容易造成重金屬對環(huán)境的污染。鋰 材料能源裝置有 鋰離子 能源裝置 、 該材料相應的 熔鹽 能源輸出裝置 等， 他的長處 是 單位質量所存在的 能量高， 可使用的時間 長。 本文選用鋰離子電池。具體的電池參數(shù)如下表 示。 表 電池參數(shù) 15 參數(shù)名稱 參數(shù)要求 電池類型 鋰離子電池 單體電池尺寸（ 143×52×222 單體電池重量（ 量密度（ Wh/ 97 單體電池標稱電壓（ V） 體電池充電截至電壓（ V) 體電池放電截至電壓（ V） 體電池標稱容量（ 65 電池包數(shù)量 3 電池包聯(lián)接形式 串聯(lián) 單個電池包電池數(shù)目 36 電池系統(tǒng)額定電壓（ V） 356 機參數(shù)設計和選型 電動汽車比燃油汽車顯得更加新穎 ， 而現(xiàn)如今更多 的 評論技術 和 和其他地方都是用原來的 汽車。選擇電機額定功率要考慮汽車的最高行駛車速。 ( ) （ 式中 為最高車速行駛所耗功率； 為整車質量； 為摩擦系數(shù)； 為最大車速；為空氣阻力系數(shù)； 為汽車的迎風面積； 為電機傳動效率。 電機最大功率主要考慮汽車的加速與爬坡性能。一般汽車的加速和爬坡過程發(fā)生的時間不長，根據(jù)電機的最大功率計算加速性能和大爬坡度。電動汽車爬坡所耗功率： ( ) （ 式中 為爬坡所耗功率； 為速度； 為坡度。 電動汽車加速行駛所消耗的功率為： ( ) （ 式中 為加速行駛所耗功率； 為質量換算系數(shù)； 為時間。 16 電機額定功率 不小于最高車速行駛所耗功率；最大功率應滿足汽車加速和最大爬坡度要求。 （ ( ) （ 純電動汽車 用過電池組從中運 過來的能 量變成 為汽車 行駛的能量 。 促使動力裝備是整個裝備的最重要的位置 ， 他的辦公能力和優(yōu)缺點更好的是全部設備到達頂峰 。車 采用的動力傳動動力輸出裝置 類型主要有直流 能源輸出裝置 、感應 輸出裝置 、同步 能源輸出裝置 和 可控制的 磁阻 能源輸出裝置 。 直流電機具有結構簡單、控制方便靈活等優(yōu)點，最早的電動汽車采用直流電機作為驅動系統(tǒng)的核心部件，目前直流電機仍然應用于城市無軌電車和大型客車上，但是與交流電機相比，直流電機在轉速、功率密度和使用壽命等很多方面都存在明顯的不足。感應電機也叫異步電機，感應電機結構比較簡單、體積小、可調范圍寬，但控制系統(tǒng)比較復雜、成本高，而且必須經過逆變器將動力電池輸出的直流電轉換為交流電后才可用。本文選用的是永磁同步電機。 車仿真模型的建立與分析 非燃油汽車全部機構的 模型如下圖 示。 該作用設備關于動力傳輸動力輸出裝置機構 、動力 能量來源機構 、 傳動比力矩改變裝置 、 兩側輪胎轉動速度差別機構 、 汽車速度降低機構 、 全部車體數(shù)據(jù)信息機構 、 汽車操縱人員機構 。紅色線條表示動力電池與驅動電機之間的電路連接關系；彩色箭頭表示信號數(shù)據(jù)總線連接關系。 為幾個部分對整車仿真模型進行分析； 17 18 19 圖 整車仿真模型圖 針對電動汽車的最高車速、爬坡性能和加速性能進行分析。下表 以看出，從加速性能來看， 0h、 50h、 0h 的要求是在 10s、 15s、 25s 范圍之內，結果顯示無論是空載、半載還是滿載情況下加速性能都達到設計要求。從爬坡性能來看，實際仿真結果也達到設計要求。由表可知，車輛最大爬坡度隨著載荷的增加而迅速遞減，主要是由于增加的負載會轉化為坡道阻力直接作用于汽車上造成的。從最高車速來看，設計要求是超過 100km/h，仿真結果超過 110km/h。隨著車輛負載的增加最高車速變化穩(wěn)定、稍有下滑，這說明電機和傳動系匹配較為合理。 表 動力性能仿真結果 20 測試項目 空載 半載 滿載 0h 加速時間（ s) 0h 加速時間（ s) h 加速時間（ s) 速時間（ s） 大爬坡度 30% 最高車速（ km/h） 115 113 112 電機最大輸出功率與車速關系如下圖 示。 圖 滿載爬坡能力曲線圖 21 圖 率與車速關系圖 章小結 本章詳細介紹了電池和電機的設計和選型，電池采用鋰離子電池，電機采用永磁同步電機；其次建立了整車仿真模型， 依據(jù)非燃油車輛行駛最快速度，走上傾斜道路的能力及提高車速的能力考慮研究。 結果顯示無論是空載、半載還是滿載情況下加速性能都達到設計要求；從爬坡性能來看，實際仿真結果也達到設計要求。 22 4 整車控制系統(tǒng)軟件結構分析 車控制器基本功能及技術要求 車控制器基本功能 整車控制器 既然是 純電動汽車驅動系統(tǒng)的 最重要的部位，基本上完成了純電動汽車的駕駛能力， 主要有以下功能： （ 1） 搜索汽車油門反饋 以及 剎車反饋 等 開車狀態(tài) ， 依靠開車者想法及汽車現(xiàn)如今情況研究考慮，在規(guī)定的時間內沒有錯誤的傳遞操縱信息 ， 完成開車人的 的 行進目的 ，該方法是全部汽車操縱裝備初始的功能 ； （ 2） 通過直接采集信號以及接收 線的數(shù)據(jù)來獲得車輛運行的數(shù)據(jù)，主要包括車速、轉矩、轉速、電機的工作模式、總電壓、電池溫度和電池的剩余電量等，通過 線將這些數(shù)據(jù)通過車載儀表來顯示，當有緊急情況時，通過 線檢測在車載儀表顯示故障信息，駕駛員可以采取相應的措施進行處理，實現(xiàn)車輛狀態(tài)的檢測和顯示。 （ 3） 整車控制器通過分析駕駛員的制動意圖、電池組狀態(tài)及電機狀態(tài)等信息，結合制動能量回收控制策略，將電機工作在再生制動狀態(tài)，滿足制動能量回收而且使電機工作在發(fā)電狀態(tài)，實現(xiàn)制動能量的回收，這是純電動汽車區(qū)別于傳統(tǒng)汽車的重要特征。 （ 4） 整車控制器能夠對整車能量進行優(yōu)化，這是為了延長汽車的續(xù)駛里程。 車控制器的技術要求 要想突出控制器的潛力 ， 一定要實現(xiàn)控制器的利用潛能和標準 。 （ 1） 整車控制器 應該有大 量方法 輸入范圍 能夠控制 的 參考數(shù)量 以及 參數(shù)量消息傳入連接處 、 發(fā)現(xiàn)問題研究連接處 、 單位時間的做功傳到外部所需要的連接處以及起碼 2各 號連接處 。 （ 2） 全部設備的操縱裝置因具備快速的計數(shù)功能，這樣可以提供根本的的保障用來挑選符合要求的操縱計數(shù)方法的汽車的高校操縱。 （ 3） 純電動汽車 含有零件和 驅動器等 大用電設備 ，整車控制器 要有很優(yōu)秀的機械特性。 23 車控制目標 純電動汽車動力系統(tǒng)解雇主要由驅動電機、動力電池和整車控制器（ 成。典型的純電動汽車動力系統(tǒng)結構如圖 示。 圖 型的純電動汽車動力系統(tǒng)結構 整車控制器（ 整車的控制中樞，實時搜索駕駛員的操作指令，結合整車各部件的狀態(tài)信息，通過相應的控制策略來進行控制并輸出轉矩調節(jié)指令，實現(xiàn)整車的監(jiān)督、控制和管理。 滿足基本的駕駛需求是純電動汽車整車控制的最基本的控制目標，節(jié)能降耗是純電動汽車的一個技術特點，整車控制應該注重提高能量利用率。根據(jù)純電動汽車的技術特點和基本性能需求，整車控制目標應如下： 1） 具備較強的動力輸出能力，體現(xiàn)純電動汽車駕駛性能良好； 2） 在保證基本駕駛性能的前提下應該降低能耗水平，延長汽車的續(xù)駛里程； 3） 為了 保 正汽車所有結構可以 工作 很長的時間 ， 遂即也避免非人為的汽車停止運行情況 的 出現(xiàn) 。 24 車控制系統(tǒng)軟件結構 根據(jù)整車對動力性和經濟性的雙重需要，采用單一的控制模式已經很難滿足，針對不同的駕駛需求，設置動力模式和經濟模式兩種基本操作模式，除此之外，還增加了跛行控制模式來提高純電動汽車整車對一般異?，F(xiàn)象的處理和應對能力，具備跛行回家的功能，整車控制系統(tǒng)軟件結構如圖 示。 圖 車控制系統(tǒng)軟件結構圖 輸出的能量和節(jié)省能源的模式是普通的操縱方法，經由汽車操縱得人經由變速器的人為挑選。 而跛行模式主要通過整車控制器根據(jù)電池系統(tǒng)和電機狀態(tài)自動判斷。 在動力模式中，動力性能表現(xiàn)是很重要的，能夠快速的響應駕駛員的踏板操作行為，轉矩調節(jié)靈敏性更加好，在起步和在有急加速需求時表現(xiàn)更加明顯，能夠提供足夠的動力，減小滑行制動和再生制動力參與的程度，不過多影響整車的動力性水平。 經濟模式下，注重整車經濟性水平，在一定的程度下降低轉矩輸出能力，降低放電倍率，提高電池能量效率從而延長續(xù)駛里程。在經濟模式下，可以適當提高花型和再生制動力矩，通過不影響傳統(tǒng)制動系統(tǒng)來回收更多的能量，提高了汽車的能量利用率。 25 跛行模式主要針對電池電量過低或者在動力系統(tǒng)有故障時，提前采取轉矩約束并進行調節(jié)，確保安全而且不損壞動力系統(tǒng)使整車具有一定的功率輸出能力，實現(xiàn)跛行回家。 章小結 本章描述了純電動汽車整車控制器的基本功能和技術要求，結合純電動汽車的結構和技術特點，得出了整車控制的目標；根據(jù)整車對動力性和經濟性的雙重需求，得出了整車控制軟件結構模式，包括動力模式和經濟模式，針對電機溫度過高和電池電量過低等異?，F(xiàn)象設置了跛行模式。 26 5 基于整備質量最小的動力電池匹配優(yōu)化 池容量及質量計算 純電動汽車由動力電池提供能量，由于動力電池在不同荷電狀態(tài)下（ 的功率輸出能力不同，以 的電池狀態(tài)為基準，即當電池荷電狀態(tài)高于 。電池均能滿足整車的最大功率需求。 按照 20力電池試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)式 到 20池在規(guī)定 的最大可放功率為 （ 其中 為 20 為開路電壓； 為內阻。 動力電池在相同 的開路電壓可以認為是一致的，可輸出最大功率主要受到電池內阻的影響，內阻與容量成反比例關系，則功率與容量為正比關系，從而可以確定由放電功率所決定的電池容量關系為 （ 其中， 為最大需求放電功率； 為當前最大功率下的容量需求。 考慮電池的單體質量比能量為 180Wh/池包質量比能量為 75Wh/考慮電池相箱體質量 20加成修正，則根據(jù)電池容量可以計算得到單體電池的質量為 （ 電池組總質量為 （ 其中， 為單體電池質量比能量； 為模塊質量比能量； 20電池箱及管理系統(tǒng)附件質量修正。 根據(jù)電機功率確定不同基速下的電池容量需求及電池質量變化關系如圖 示。 27 圖 大功率需求下電池容量及質量隨基速變化關系圖 由圖 以看出，電池容量和質量隨基速增大而增加。 經過計算可得在基速為 2500電池質量相對較小，本著參數(shù)匹配稍大于理論計算值的原則，確定以 3000基速，電池容量取整為 55 配優(yōu)化結果對比分析 基于整備質量最小優(yōu)化匹配之后，電池參數(shù)對比如表 示。 基于整車降重的設計要求，通過質量最小整定，實現(xiàn)了滿足動力性要求的前提下，降低整車整備質量匹配優(yōu)化，獲得了 整車降重效果。 表 量最小優(yōu)化結果與原車電池參數(shù)對比 項目 原車電池 質量最小 對比差值 串聯(lián)節(jié)數(shù) 102 102 0 容量（ 60 55 池質量（ 286 28 章小結 本章通過對動力電池進行容量及質量進行計算，基于整車降重的設計要求，通過質量最小整定，獲得了 整車降重效果，滿足了動力性要求。 29 6 總結 論文針對純電動汽車整車性能的關鍵技術進行了對純電動汽車設計的分析、整車控制系統(tǒng)與動力控制系統(tǒng)的優(yōu)化等研究工作。主要完成的工作包括： （ 1） 首先對純電動汽車的發(fā)展概況進行了基本了解，查詢并學習了純電動汽車的結構與原理，對純電動汽車的設計流程進行了熟悉。 （ 2） 結合純電動汽車的結構與運動力學，對純電動汽車的動力系統(tǒng)的參數(shù)進行了選擇與匹配。掌握動力系統(tǒng)中電池組與電機等動力系統(tǒng)與整車性能的關系，并利用軟件建立整車仿真模型，有助于下一步研究的進行。 （ 3） 以整車降重為主要目標，分析動力電池參數(shù)的匹配情況， 在 滿足純電動汽車的動力性要求下 ，實現(xiàn)整車降重 目標 。 本 論文在完成上述工作的同時，也存在一些不足之處。動力系統(tǒng)參數(shù)匹配的過程中主要考慮了電池組與電機參數(shù)的控制，沒有考慮把其他參數(shù)和這兩個大系統(tǒng)聯(lián)系起來，例如變速比等參數(shù)。在整車軟件控制過程中，以整車質量降低為目標考慮動力性能匹配略顯簡單。 這都需要 論文 要更注重于細節(jié)。 30 參 考 文 獻 [1] 王軍方 ,丁焰 ,湯大鋼 J]2011(24):14[2] 胡驊 , 宋慧主編 M]人民交通出版社 ,2002:26 [3] 004:387 [4] 陳清泉 ,孫立清 J]2005,23(4):24[5] 王宇寧 J]2005 (9): 35 [6] C. of of ]. of 2002, 90(2): 247[7] 孫逢春等 M]2004. 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