純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳動機構(gòu)參數(shù)設(shè)計

本科畢業(yè)論文純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳動機構(gòu)參數(shù)設(shè)計ParametersDesignationoftheTransmissionMechanismSysteminBatteryElectricVehiclewithMotorDriving學(xué)院名稱：專業(yè)班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師姓名：指導(dǎo)教師職稱：講師2011年6月目錄緒論·······················································51.1引言·······················································51.2國內(nèi)外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀·····································51.3本文研究的意義··············································71.4本文研究的主要內(nèi)容··········································8第二章電動汽車的基本結(jié)構(gòu)·······································82.1電動汽車的基本組成··········································8電源·····················································8電池管理系統(tǒng)·············································8電機驅(qū)動系統(tǒng)·············································8底盤和車身···············································9輔助設(shè)施·················································102.2本章小結(jié)···················································10傳動系參數(shù)設(shè)計··········································103.1概述·······················································10驅(qū)動力···················································11行駛阻力················································123.2傳動比·····················································133.3電機參數(shù)設(shè)計··············································14電動機額定功率··········································14電動機額定轉(zhuǎn)矩··········································14電動機加速性能··········································143.4電池參數(shù)的確定············································15建立整車仿真模型·········································16Cruise簡介···············································16電機模型的建立············································17電池模型的建立············································18整車模型的建立············································19仿真及結(jié)果分析···········································205.1整車仿真及結(jié)果分析·········································215.2電機仿真及結(jié)果分析········································225.3電池仿真及結(jié)果分析········································22全文總結(jié)及未來展望······································23致謝······························································25參考文獻(xiàn)·························································26純電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)傳動機構(gòu)參數(shù)設(shè)計專業(yè)班級：運輸0701學(xué)生姓名：張希望指導(dǎo)老師：盤朝奉職稱：講師摘要隨著石油等能源短缺與環(huán)境污染問題的日益突出，發(fā)展具有零排放、高能源效率的純電動汽車顯得尤為重要。如今，我國電動汽車技術(shù)飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出一批具有國際競爭力的公司和產(chǎn)品。但是電動汽車走進(jìn)我們的生活，還存在很多亟待解決的問題。本文對動力傳動系部件的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)純電動汽車性能要求進(jìn)行主要參數(shù)的設(shè)計及匹配，通過對具體車型的計算，建立仿真模型，并在cruise軟件下進(jìn)行仿真實驗，模擬得到其動力性能，驗證該模型車輛動力性能的可行性。分析影響續(xù)駛里程、最高車速和最大爬坡度的各種因素，提出能夠很好地提高電動汽車動力性能的措施和方法。進(jìn)一步探討主要參數(shù)的確定，選擇并設(shè)計出一種切實可行的純電動汽車的動力傳動系設(shè)計方案。關(guān)鍵詞：純電動汽車傳動系參數(shù)匹配cruise仿真ParametersDesignationoftheTransmissionMechanismSysteminBatteryElectricVehiclewithMotorDrivingAbstractWithoilandotherenergyshortageandenvironmentalpollutionproblemshavebecomeincreasinglyprominent,DevelopmentofEVwhichpossesszeroemissions,highenergyefficiencyisparticularlyimportant.Nowadays,inourChina,electricvehicletechnologydevelopingrapidly,anumberofinternationallycompetitivecompaniesandproductsemergence.Butweneedtosolvemanyproblems,forthepurposethatElectricvehiclescomeintoourlives.ThisarticlestudyonthedesignparametersofPowertrainparts,accordingtothepureelectricvehiclesperformancerequirements,designandmatchingmainparameters,throughcalculatespecificmodels,createasimulationmodel,andSimulationexperimentundercruisesoftware,Getitsdynamicperformance,verifythatthefeasibilityofamodelvehicledynamicperformance.Analysisvariousfactorswhicheffectmaximumgradeability,maximumspeed,drivingrange.Proposegoodmeasuresandmethodswhichcantogreatlyimprovethedynamicperformanceofelectricvehicles.Furtherdiscussiononthedeterminationofmainparameters,selectanddesignapracticalEVpowertrainsuggestion.KeywordsEVtransmissionpower-trainmatchingCruisesimulation第一章緒論1.1引言由于經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國對能源的需求急速增長。2011年2月25日，我國能量研究會公布，去年，我國一次能源消費量為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長了6%，中國已成為全球第一能源消費大國。中國能源研究會預(yù)測，我國能源需求將繼續(xù)增長，這將進(jìn)一步推動能源價格的普遍上漲。此外，國際油價一路上漲。去年我國原油全年平均進(jìn)口油價為每桶61美元，相當(dāng)于每天支付4億美元進(jìn)口原油。最近，倫敦市場上布倫特原油期貨價格達(dá)到113美元/桶以上，比調(diào)價時的102美元/桶，漲了10%左右；紐約市場上原油期貨價格也比調(diào)價時上漲了超過10%。如果國際油價上漲10%，就相當(dāng)于今年每天進(jìn)口石油需花費5億-6億美元，相比調(diào)價前每天多花5000多萬美元。交通運輸是目前我國能源消耗最大，也是能源消耗增長最快的行業(yè)之一。與此同時，交通所造成的污染日趨嚴(yán)重。汽車尾氣排放已成為我國各大中城市污染的主要來源之一，交通所造成的污染越來越影響到人們的生活質(zhì)量。因此，降低能源消耗、減少環(huán)境污染，以保持交通運輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展，已成為我國交通運輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的首要任務(wù)。純電動汽車作為“綠色的交通工具”，它的投入運行不僅對緩解能源危機以及環(huán)境問題有著重要的作用，對于我國自身相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及我國汽車業(yè)在國際中的地位也有著及其重要的意義。1.2國內(nèi)外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀國外電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀世界各國著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破?，F(xiàn)代電動汽車一般可分為四類：純電動汽車（PEV）、混合動力電動汽車（HEV）、燃料電池電動汽車（FCEV）、外接充電式混合動力電動汽車（PHEV）。美國一直致力于提高乙醇以及生物柴油等可再生資源使用量，同時，美國政府也鼓勵以混合動力車為代表的其他新能源汽車的使用。美國的混合動力汽車在2004年前后進(jìn)入商業(yè)化推廣階段。規(guī)定消費者購買通用汽車、福特、豐田、日產(chǎn)等公司生產(chǎn)的符合條件的混合動力車，可以享受到稅款抵免優(yōu)惠。推動新能源汽車發(fā)展是奧巴馬政府能源政策的組成部分希望通過發(fā)展和利用新能源，使美國擺脫對海外石油的過度依賴。奧巴馬總統(tǒng)上任后，美國通過制定進(jìn)一步嚴(yán)格的汽車燃油排放標(biāo)準(zhǔn)和新能源汽車政策，以及通過政府采購節(jié)能汽車，消費者購買節(jié)能汽車減稅，設(shè)立新能源汽車的政府資助項目，投資促進(jìn)新能源汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等策略，美國政府進(jìn)一步推動汽車產(chǎn)品朝著“小型化”和“低能耗”的方向發(fā)展。德國在新能源汽車研發(fā)方面處于世界領(lǐng)先地位。早在2007年，德國政府就已經(jīng)把將電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)，也就是鋰離子電池列入到“高科技戰(zhàn)略”中。2009年8月19號，德國政府又頒布了《國家電動汽車發(fā)展計劃》，這個計劃的目標(biāo)是到2020年使德國擁有100萬輛電動汽車。德國政府希望借助這項計劃能夠讓德國成為世界電動汽車市場的領(lǐng)軍者。德國在研發(fā)電動汽車和混合燃料車進(jìn)行各項技術(shù)攻關(guān)的同時，也沒有忘記相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。包括大眾、奔馳、寶馬和歐寶在內(nèi)的多家德國汽車巨頭都在積極研發(fā)電動汽車。意大利的汽車工業(yè)也很發(fā)達(dá)，意大利是歐盟國家中在汽車新能源技術(shù)方面比較領(lǐng)先的國家之一。首先，這源自政府采取的一系列激勵和支持政策，比如為購買環(huán)保新型車的消費者提供一定的補貼，這些補貼都可以在報廢舊車基礎(chǔ)上進(jìn)行累加。在金融危機和經(jīng)濟(jì)衰退的不利背景下，加大研制開發(fā)新能源汽車產(chǎn)品并取得顯著成績。不僅有菲亞特這樣的大型汽車生產(chǎn)集團(tuán)，一些中型汽車公司或汽車業(yè)界聯(lián)合體也大量涉足新能源汽車的研制與開發(fā)。日本異常重視新能源汽車的開發(fā)。日本混合動力車已形成產(chǎn)業(yè)化，目前，豐田、本田、日產(chǎn)等日本廠商的混合動力汽車不僅在國內(nèi)熱銷，在國際市場上也令其他國家廠商望其項背。日本為攻克電池方面的關(guān)鍵性技術(shù)，已建立了開發(fā)高性能電動汽車動力蓄電池的最大新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同實施2009年度“革新型蓄電池尖端科學(xué)基礎(chǔ)研究專項”新項目。為推進(jìn)新能源汽車以及環(huán)保汽車，日本從2009年4月1日起實施“綠色稅制”，它的適用對象包括純電動汽車、混合動力車、清潔柴油車、天然氣車以及獲得認(rèn)定的低排放且燃油消耗量低的車輛。此外，日本實施低排放車認(rèn)定制度，高、中檔轎車和經(jīng)濟(jì)型轎車都可以向國土交通省申請接受低排放車認(rèn)定。消費者可根據(jù)所購車輛的排放水平享受不同的減稅待遇，購置以天然氣為燃料或混合動力車等低公害車輛的地方公共團(tuán)體，還可得到政府的補助金。日本媒體將2010年稱為電動汽車革命之年，在這一年，從“汽油車轉(zhuǎn)向電動汽車的革命已經(jīng)開始”。此外包括韓國、英國、法國等也都在積極開展電動汽車的研發(fā)工作。國內(nèi)電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀與世界其他國家一樣，電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進(jìn)行著，而且我國電動汽車的研發(fā)與國外在技術(shù)水平與產(chǎn)業(yè)化方面差距較小。新的中國汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃中稱，將實施新能源汽車戰(zhàn)略，推動純電動汽車、充電式混合動力汽車及其關(guān)鍵零部件的產(chǎn)業(yè)化。啟動國家節(jié)能和新能源汽車示范工程，由中央財政安排資金給予補貼，支持大中城市示范推廣混合動力汽車、純電動汽車、燃料電池汽車等節(jié)能和新能源汽車。我國于20世紀(jì)70年代曾開展蓄電池汽車的研究。90年代“八五”期間蓄電池電動汽車被列為國家重點攻關(guān)項目，以清華大學(xué)為主，開發(fā)出我國第一代蓄電池汽車?！熬盼濉逼陂g，將電動汽車項目確定為國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項目加以實施，同期國內(nèi)推出了若干種電動汽車樣車?！笆濉焙汀?63”計劃中，特別設(shè)立電動汽車重大項目，選擇新一代電動汽車技術(shù)作為我國科技創(chuàng)新的主攻方向，組織聯(lián)合攻關(guān)，以電動汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺為工作重點，力爭在電動汽車關(guān)鍵單元技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及整車技術(shù)上取得重大突破。“十一五”將電動汽車單列出來并納入國家規(guī)劃，將“新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃”更名為“新興能源的發(fā)展規(guī)劃”，擴大新能源的研發(fā)范疇。我國電動汽車重大科技專項實施4年來，經(jīng)過200多家企業(yè)、高校和科研院所的2000多名技術(shù)骨干的努力，目前已取得重要進(jìn)展：燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，在整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到較大提高。一汽、東風(fēng)、長安、奇瑞等汽車公司對混合動力汽車的開發(fā)投入了較大的人力、物力。各車型均已完成功能樣車開發(fā)。純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗，各項指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。1.3本文研究的意義電動汽車是集汽車技術(shù)、電子及計算機技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)、能源與新材料技術(shù)于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品，是人類新一代的清潔交通工具。純電動汽車具有零污染、零排放、低噪聲等特點，無疑是最為理想的新能源汽車。對動力傳動系部件的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行研究是提高純電動汽車性能的重要手段之一。本文將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到純電動汽車設(shè)計和研發(fā)，建立仿真模型，確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可行性。1.4本文研究的主要內(nèi)容1．簡述電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r，明確本文研究的目的和意義；2．分析純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和布置形式，并研究傳動系統(tǒng)的類型、特點、工作特性，電池電機的工作特性及傳動系統(tǒng)特性；3．計算傳動系速比和電機參數(shù)，及其對整車性能的影響。應(yīng)用電動汽車仿真軟件Cruise，針對某型號驅(qū)動電機，建立仿真模型，進(jìn)行整車動力性計算；4．對純電動汽車的動力性進(jìn)行分析，重點分析最高車速、爬坡度和加速性數(shù)據(jù)；以及結(jié)合被選擇電機的臺架試驗數(shù)據(jù)，分析仿真結(jié)果。第二章電動汽車的基本結(jié)構(gòu)2.1電動汽車的基本組成對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車，純電動汽車的結(jié)構(gòu)有很大差別，具體組成包括：電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動等機械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。電力驅(qū)動及控制系統(tǒng)由驅(qū)動電動機、電源和電動機的調(diào)速控制裝置等組成。電動汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機汽車相同。電源電源為電動汽車的驅(qū)動電動機提供電能，電動機將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。電動汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術(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，為電動汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。本文討論的對象使用高能鋰電池作為動力源的電動汽車，鋰離子電池由于其比能量大、放電電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(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，無泄漏現(xiàn)象、環(huán)保等眾多優(yōu)點，使得其在未來電動汽車中的應(yīng)用前景非常廣闊。電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)一直是電動汽車發(fā)展中的一項關(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，通過對這些參數(shù)的測量，預(yù)測蓄電池的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)過放電、過充、過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能力和循環(huán)壽命。電池管理系統(tǒng)按照實現(xiàn)方式可以分為兩大類：一類是基于芯片的電池管理系統(tǒng)；另一類是基于分立式器件的電池管理系統(tǒng)?；谛酒碾姵毓芾硐到y(tǒng)一般將前端采集電路、均衡電路以及電量計量算法、通訊功能等集成在芯片中，輔以外圍電路完成對電池的管理功能。具有更小的體積、更高的集成度等優(yōu)勢；基于分立器件的電池管理系統(tǒng)，有基于純硬件和基于軟硬件協(xié)調(diào)工作的解決方案，而軟硬件協(xié)調(diào)工作方案由于實現(xiàn)更靈活、功能更完善，被廣泛采用。該方案在產(chǎn)品設(shè)計的靈活性上占有一定優(yōu)勢。電機驅(qū)動系統(tǒng)電機驅(qū)動系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動機、機械傳動裝置和車輪，其功用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機械能，通過傳動裝置或直接驅(qū)動車輪和工作裝置。目前電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要分為4類：1）、直流電動驅(qū)動系統(tǒng)，這種驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、電磁轉(zhuǎn)矩控制特性優(yōu)良，在城市無軌電車上廣泛應(yīng)用但重量和體積也較大；2）、感應(yīng)電機驅(qū)動系統(tǒng)，這種驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠、轉(zhuǎn)矩脈動低、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)動電路復(fù)雜，成本高；3）、永磁無刷電機系統(tǒng)，這種驅(qū)動系統(tǒng)功率密度較高、電機尺寸小、體積小、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好；4）新一代牽引電機系統(tǒng)，這種系統(tǒng)即開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)，具有高密度、高效率、低成本、寬調(diào)速。底盤和車身電動汽車的車身與傳統(tǒng)汽車基本相同，底盤中的傳動系比內(nèi)燃機汽車有所簡化。在底盤的布置上還要有足夠的空間存放動力電池組，并且要求線路連接方便，充電方便，檢查方便和裝卸方便。能夠?qū)崿F(xiàn)動力電池組的整體機械化裝卸。這就要求在電動汽車的底盤的布置上，打破傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車底盤布置模式，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力電池組滲出的酸或堿液對底盤結(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%；實現(xiàn)制動、下坡和怠速時的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，使汽車的滾動阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。輔助設(shè)施輔助系統(tǒng)包括輔助動力源、動力轉(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、安全保護(hù)裝置等，借助這些輔助設(shè)備來提高汽車的操縱性、安全性和乘員的舒適性。2.2本章小結(jié)電動汽車與傳統(tǒng)汽車差別較大，傳統(tǒng)汽車是由發(fā)動機氣缸的往復(fù)運動，驅(qū)動車輛行駛。而電動汽車是由電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機。電機驅(qū)動及控制系統(tǒng)是電動汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機汽車的最大不同點。本章詳細(xì)討論電動汽車的5大系統(tǒng)，即電源、電池管理系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、車身及底盤、輔助設(shè)施。對于電動汽車的設(shè)計研發(fā)，有一定的綜合指導(dǎo)作用。第三章傳動系參數(shù)設(shè)計3.1概述電動汽車動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該滿足車輛對動力性能的要求和續(xù)駛里程的要求。確定汽車的動力性，就是確定汽車沿行駛方向的運動狀況。我們得到動力性能的要求，即最高車速50km/h，加速性能0~45km/h小于10s，爬坡度不小于20%。為此，需要掌握沿汽車行駛方向作用于汽車的各種外力，即驅(qū)動力與行駛阻力。根據(jù)這些力的平衡關(guān)系建立汽車行駛方程式，就可以估算汽車的最高車速、加速度和最大爬坡度。汽車的行駛方程式為：(1)式中：Ft——驅(qū)動力；ΣF——行駛阻力之和。3.1.1發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，經(jīng)傳動系傳至驅(qū)動輪上。此時作用于驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩Tt產(chǎn)生一對地面的圓周力F0，地面對驅(qū)動輪的反作用力Ft（方向與F0相反）即是驅(qū)動汽車的外力，此外力稱為汽車的驅(qū)動力。其數(shù)值為：（2）式中：Tt—作用與驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩；r—車輪半徑。圖汽車的驅(qū)動力由于電動汽車采用電動機驅(qū)動，所以在電動汽車中Tt是由電動機輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動系統(tǒng)總傳動比為Σi，主減速器的傳動比i0，變速器的傳動比ig，傳動系統(tǒng)的機械效率為ηt，驅(qū)動電動機的輸出轉(zhuǎn)矩為Ttq，則有：(3)(4)3.1.2汽車在水平道路上等速行駛時，必須克服來自地面的滾動阻力和來自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時還需要克服加速阻力。因此汽車行駛的總阻力為：（5）式中：Ff—滾動阻力；Fw—空氣阻力；Fi—坡度阻力；Fj—加速阻力其中：滾動阻力：Ff可以等效的表示為：（6）式中：W—作用于車輛上的法向載荷；ｆ—滾動阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。研究中滾動阻力系數(shù)，按經(jīng)驗公式取值。(2)空氣阻力：（7）式中：ＣＤ—空氣阻力系數(shù)；Ａ—迎風(fēng)面積，即車輛行駛方向的投影面積；ρ—空氣密度，一般ρ＝1.2258Ns2m-4。ｕｒ在無風(fēng)條件下汽車的運動，ｕｒ即為汽車的行駛速度ua。如ua以km／h計，A以m2計，則空氣阻力(N)為：(8)(3)坡度阻力：(9)式中：α—坡度。一般道路的坡度均較小，此時sinα=tanα=i。(4)加速阻力：(10)式中：δ—車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；m—車輛質(zhì)量；—行駛加速度。這樣，汽車行駛阻力為：(11)車輛行駛時，不僅驅(qū)動力和行駛阻力相互平衡，電動機功率和車輛行駛阻力功率也總是平衡的。即：在車輛行駛的每一時刻，電動機發(fā)出的功率Pe總是等于機械傳動損失的功率與全部運動阻力所消耗的功率之和。在純電動汽車中，Pe為電動機的輸出功率。車輛運動阻力所消耗的功率有滾動阻力功率Pf，空氣阻力功率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。即：(12)根據(jù)以上的推導(dǎo)，可得車輛行駛過程中的平衡方程如下：(13)(14)對純電動汽車而言，式中：Pe—電動機輸出功率(kW)；n—電動機輸出轉(zhuǎn)速(rpm)。3.2傳動比某車型的固定減速比為6.3傳動比的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高車速的要求，由最高車速vmax與電機的最大轉(zhuǎn)速nmax確定傳動比的上限，即(15)已知最高車速vmax=50km/h，電機的最大轉(zhuǎn)速nmax=3100，車輪半徑r=0.245，則：(2)由電機的最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax，和最高車速對應(yīng)的行駛阻力Fmax確定速比的下限，即(16)已知f=0.01，r=0.245，CD=0.4，A=1.8/m2，m=800kg，則(3)由電機最大輸出轉(zhuǎn)矩Tmax和最大爬坡度對應(yīng)的行駛阻力Famax確定，即(17)其中：Famax=mgcosαf+mgsinα=800·9.8·0.98·0.012+800·9.8·0.2=1628.5N，r=0.245m。原車型主減速比不滿足要求3.3電機參數(shù)設(shè)計設(shè)計原則：動力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛、動力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求、動力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求、動力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車速行駛的要求、根據(jù)汽車的動力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動電機。3.3.1所選擇的電動機功率應(yīng)不小于在平坦良好路面上車輛以最高車速行駛時阻力功率之和，即（18）滿載時：G=800×9.8N，f=0.012，CD=0.4，A=1.8m2，η=0.9，ua=50km/h式中，Pe為電動機額定功率；M為整車總質(zhì)量；g為重力加速度；f為滾動阻力系數(shù)；Umax為最高車速；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風(fēng)面積；ηt為傳動系效率。3.3.2當(dāng)電動汽車以額定車速在平地上勻速行駛時，電動機輸出的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩。(19)已知車型常規(guī)車速為20km/h，根據(jù)(20)將P=5kw，n=3100帶入，得T=15.4，額定轉(zhuǎn)矩（15.4）大于額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩（4.76），因此此車型滿足行駛條件。3.3.3在水平良好路面上，車輛的行駛加速度表示為：(21)(22)式中：Ttq—電機額定轉(zhuǎn)矩；ig—變速器傳動比；i0—主減速器傳動比；r—車輪半徑；η—傳動機構(gòu)效率，包括變速器、傳動軸和主減速器；Fw—車輛行駛的空氣阻力，QUOTE；Ff—車輛行駛滾動阻力QUOTE；M—總質(zhì)量；δ—轉(zhuǎn)動質(zhì)量換算系數(shù)則，電動汽車從起步加速到速度為U的加速時間為：(23)根據(jù)電動汽車的最大爬坡度要求，可得電動汽車需求的最大轉(zhuǎn)矩。Ff=m·g·f·sinα；Fi=m·g·cosα；ig=1，i0=6.3，η=0.9，m=800kg，g=9.8m/s2，f=0.012，α=tan-1（0.2）=11.3°3.4電池參數(shù)的確定結(jié)合確定的電機參數(shù)，參考市面上已有的動力電池，我們選定某型號的鋰鐵動力電池作為我們的動力源。最大電池容量為150Ah，起始容量為90%，額定電壓為72.0V，最大電壓82.2V，最小電壓60V。電池組電池數(shù)量為1，電池組質(zhì)量為120kg綜上所述，選取車型的額定功率5kW，最大功率15kW，可以滿足功率要求。電動機的最大轉(zhuǎn)速是3100r/min，額定轉(zhuǎn)速是1500r/min。采用的最大轉(zhuǎn)矩50N·m，最大轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)矩為15N·m。額定電壓60V。第四章建立整車仿真模型4.1Cruise簡介AVL是一家在世界汽車、發(fā)動機行業(yè)擁有極高知名度的高科技公司。AVLCruise軟件是用于仿真研究車輛動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能與制動性能的高級仿真分析軟件。該軟件可以用于車輛開發(fā)過程中的動力傳動系的匹配、車輛性能預(yù)測，還能夠?qū)旌蟿恿嚭碗妱悠囘M(jìn)行建模仿真和性能模擬。AVLCruise軟件界面友好，不但與發(fā)動機性能分析軟件(AVLBoost)有很好的耦合計算性能，還提供了與Matlab、C、Fortran等通用編程軟件的接口，為用戶建立自定義模塊及控制元件的模型提供了方便，并擴展了軟件的應(yīng)用范圍。Cruise具有以下特點：1)靈活的模塊化理念可進(jìn)行各種車輛和動力總成配置的分析，能夠自由地在所提供的模塊的基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)模型；2)智能化的駕駛員模型可根據(jù)人體反應(yīng)真實地再現(xiàn)車輛的行為；3)發(fā)動機的冷啟動模型考慮了高摩擦和熱力學(xué)效應(yīng)；4)彈性扭轉(zhuǎn)軸單元可用于傳動系統(tǒng)的低頻振動特性研究；5)黑盒子功能可使用戶自定義模塊和控制算法；6)提供了流體動力學(xué)軟件Flowmaster、KULI及MATALAB/SIMULINK的接口；7)考慮了轉(zhuǎn)向時車輪和車輛受力；8)有分析CVT的專用模型。Cruise提供了一種圖形化的交互環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動的方法從模型庫中拖出相應(yīng)的元件，便能迅速地建立系統(tǒng)框圖，根據(jù)研究的需要添加相應(yīng)的控制模塊，并正確連接數(shù)據(jù)總線，便可很快得到系統(tǒng)模型。用戶能方便地修改動力傳動系的配置，所以用它來對動力傳動系統(tǒng)建模將是一件非常輕松的事情。利用Cruise軟件可以縮短研發(fā)周期，節(jié)約研發(fā)成本，減少設(shè)計的盲目性。4.2電機模型的建立根據(jù)已有型號的電機，把相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及其他有關(guān)數(shù)據(jù)輸入Cruise之中，建立電機模型。電機工作電壓60V，最大轉(zhuǎn)速為3100rpm/min，轉(zhuǎn)動慣量0.15kg·m2，最大轉(zhuǎn)速的扭矩時0N·m。電機質(zhì)量10kg，初始工作溫度50℃，比熱容1000J/kgK，達(dá)到最大功率轉(zhuǎn)速時間10s，最大溫度160℃。設(shè)電機圖2電機參數(shù)設(shè)置圖3電機外特性設(shè)置圖4電機效率設(shè)置4.3電池模型的建立最大電池容量為150Ah，起始容量為90%，額定電壓為72.0V，最大電壓82.2V，最小電壓60V。電池組電池數(shù)量為1，電池組質(zhì)量為120kg。圖5電池參數(shù)設(shè)置圖6電池充電曲線設(shè)置圖7電池放電曲線設(shè)置4.4整車模型的建立將電池、電機、離合器、變速箱、駕駛員模塊以及車輪等模塊拖入Cruise的工作區(qū)中，建立模型。輸入系統(tǒng)中各個模塊的參數(shù)，如車輛模塊的滿載重量、迎風(fēng)面積和阻力系數(shù)等；電機的電壓、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速等；車輪的摩擦系數(shù)；主減速器的主減速比等。在CRUISE仿真時，系統(tǒng)會提示所有必須要輸入的參數(shù)，按照這個要求，把參數(shù)一一輸入即可。建立系統(tǒng)的物理連接和信號連接。首先完成物理連接，選定各子系統(tǒng)模型之后，根據(jù)汽車配置方案和部件連接關(guān)系，用connect建立模型的物理連接。傳動系各部件之間有直接的物理連接關(guān)系，車輪和制動器之間也有物理連接關(guān)系，但駕駛室與動力傳動系和制動系之間沒有物理連接。在仿真過程中，它們之間是通過信號連接來傳遞信息。了解汽車系統(tǒng)內(nèi)部各部件之間的連接、控制關(guān)系以及信息傳遞關(guān)系，建立汽車各子模型之間的信號連接關(guān)系。系統(tǒng)需要把所需的信號連接全部定義準(zhǔn)確，如果有一個錯誤，那么將無法運行仿真程序。如下圖所示：圖8整車模型搭建第五章仿真及結(jié)果分析根據(jù)純電動汽車仿真的要求，選擇和編輯相應(yīng)的任務(wù)及工況，設(shè)置合適的仿真步長和精度進(jìn)行仿真計算。設(shè)定的計算任務(wù)有：在任務(wù)CycleRun中仿真續(xù)駛里程；在任務(wù)ClimbingPerformance中仿真最大爬坡度；在任務(wù)ConstantDrive中仿真最高速度。選擇singlecalculation的計算方式，計算完成之后在ResultManager中提取計算結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的分析。5.1整車仿真及結(jié)果分析循環(huán)工況實驗：最大爬坡度實驗：該車型最大爬坡度為1.3%，，不滿足要求。加速試驗：可知，該車最大速度為20km/h，沒有達(dá)到設(shè)計要求。5.2電機仿真結(jié)果分析可知電機最大扭矩為40N·m，最大輸出功率為5.88kw，最高轉(zhuǎn)速為1364rpm。5.3電池仿真結(jié)果分析該型電動汽車運行時，最大電流135A，最大電壓79.2V。仿真結(jié)果可知該車型爬坡度、最大車速均不滿足要求，而且差距較大。傳動系統(tǒng)建模復(fù)雜，調(diào)試過程時間較長，給研究工作帶來了很大的不便。采用Cruise軟件對其進(jìn)行建模及仿真研究，不僅可以節(jié)省大量的時間，使建模過程簡單化，而且程序運行可靠、調(diào)試方便、結(jié)果準(zhǔn)確，利于分析研究。第六章全文總結(jié)及未來展望汽車動力傳動系統(tǒng)設(shè)計的首要任務(wù)是傳動系統(tǒng)各部件之間以及與發(fā)動機之間的匹配，以保證汽車能在不同條件下正常行駛，并具有良好的動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。本文對詳細(xì)介紹了電動汽車組成，通過對各參數(shù)的分析，建立基于Cruise軟件的傳動系動力仿真模型，并且以某型號電動汽車為研究對象，對動力性能、能耗等進(jìn)行模擬仿真實驗，運用汽車?yán)碚摵推嚇?gòu)造知識，對純電動汽車動力性能進(jìn)行分析、匹配和計算，根據(jù)要求選擇合適的電機、電池，選擇差速半軸方案作為某型電動汽車的傳動系布置方案，計算出最大扭矩、最大功率、主減速比等參數(shù)。再對續(xù)駛里程、最大爬坡度、最高車速仿真結(jié)果分析，得出該型電動汽車的動力性能不能夠達(dá)到要求，需要對原有車型的一些參數(shù)進(jìn)行修改。100多年前，電動汽車和汽油車是同時被人類發(fā)明的，甚至福特的第一輛汽車也是電動汽車。但是電動汽車的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于燃油汽車，原因除了難以克服的電池問題外，還有就是經(jīng)濟(jì)性。純電動汽車本身投資要貴于燃油汽車，而且電池使用的電量來自發(fā)電廠，國家需要建設(shè)更多的發(fā)電廠；果想要純電動汽車的發(fā)展規(guī)模和燃油相當(dāng)，那么就要建設(shè)與加油站數(shù)量相當(dāng)?shù)某潆娬荆灰ㄔO(shè)蓄電池廠等，這是一筆很大的投資。電動汽車行業(yè)在中國崛起僅僅幾年時間，在這短短的幾年時間內(nèi)，電動汽車業(yè)從無到有，由零星分布到大范圍普及，取得的飛速的發(fā)展和十足的進(jìn)步。創(chuàng)新、未來，第14屆上海國際汽車工業(yè)展覽會于4月21日至28日在上海新國際博覽中心舉行。來自全球20余個國家和地區(qū)2000家中外汽車廠商齊聚上海車展，創(chuàng)歷屆上海車展之最，也是今年全球規(guī)模、影響力最大的汽車展會。上百款新車的真可謂是一場汽車界的盛宴，而且上海車展的規(guī)模已經(jīng)躍居世界第一，也就意味著我們在國內(nèi)就能看到世界第一的大型車展。各大汽車制造商紛紛推出自己的電動汽車新車型。在低碳經(jīng)濟(jì)的政策背景下,國家對于純電動汽車的扶持力度正在不斷加大。消費者們也非常關(guān)注這種具有零污染、零排放、低噪聲等特征的純電動汽車。在本次車展上亮相了7款自主品牌純電動汽車，分別是奔奔MINI純電動汽車、比亞迪E6、江淮同悅純電動轎車、奇瑞瑞麒M1-EV、海馬丘比特純電動轎車、騰翼C20EV、力