目 錄摘要2Abstract2第一章 緒論31.1 課題研究的目的與意義31.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)41.2.1 國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)41.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)51.3 研究主要內(nèi)容6第二章 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的參數(shù)設(shè)計(jì)72.1 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置方式72.2 蓄電池?cái)?shù)學(xué)模型82.3 交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型82.4 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)102.4.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)112.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比設(shè)計(jì)132.4.3 電池組容量設(shè)計(jì)142.5 設(shè)計(jì)實(shí)例152.5.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇152.5.2 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)162.5.3 蓄電池參數(shù)設(shè)計(jì)16第三章 電動(dòng)汽車動(dòng)力性仿真173.1 電動(dòng)汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)183.2 ADVISOR 軟件簡(jiǎn)介183.3 利用ADVISOR對(duì)汽車進(jìn)行動(dòng)力性仿真18 3.3.1 ADVISOR的參數(shù)輸入界面19 3.3.2 利用ADVISOR對(duì)PRIUE純電動(dòng)車模擬計(jì)算21第四章 論文總結(jié)25致謝參考文獻(xiàn)26電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)及動(dòng)力性仿真摘要：當(dāng)今關(guān)于環(huán)保和能源問(wèn)題備受關(guān)注，為解決這些問(wèn)題，電動(dòng)汽車呈獻(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢(shì)。在汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，如何快速、低成本的開(kāi)發(fā)出技術(shù)指標(biāo)高、符合市場(chǎng)需要的電動(dòng)汽車，成為了新的課題。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的開(kāi)展，極好地解決了這一難題。根據(jù)課題的要求和客觀條件允許，本文采用了ADVISOR仿真軟件，對(duì)PRIUS型純電動(dòng)汽車進(jìn)行仿真。本文在對(duì)電動(dòng)汽車相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)PRIUS純電動(dòng)汽車的特點(diǎn)，對(duì)動(dòng)力電池、異步電機(jī)和整車受力情況建立了數(shù)學(xué)模型，主要對(duì)整車的動(dòng)力性進(jìn)行仿真，設(shè)定以下幾項(xiàng)計(jì)算任務(wù):工況行駛和續(xù)駛里程計(jì)算、最高車速、最大爬坡度計(jì)算和加速性能等，在學(xué)習(xí)ADVISOR軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，建立了PRIUS型電動(dòng)汽車的模型，并進(jìn)行了動(dòng)力性的計(jì)算。仿真結(jié)果表明，車輛的續(xù)駛里程、車速、加速性能和爬坡性能等動(dòng)力性能基本滿足性能指標(biāo)要求，說(shuō)明PRIUS純電動(dòng)轎車的整車匹配的方案是合理的，零部件的參數(shù)選擇能夠確保整車動(dòng)力性能達(dá)到要求的指標(biāo)。關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車，動(dòng)力性能，仿真，ADVISOR Electric vehicle transmission design and dynamic simulation parameterABSTRACT：Nowdays, sources of energy and environmental protect being things all the world .Therefore, electric vehicle (EV) as a means of transportation, having developing better and better. In order to develop a new EV fast, low cost, high technology and according with the acquirement of the market, choose advance vehicle simulate a new kind EVPRIUS.In the dissertation, the author analyzed the technology of the EV, and founded the mathematic model of PRIUS with the battery, motor and the automobile, to simulate the dynamic property of PRIUS. The result of the simulation indicate that target of the EV, include speed, accelerate, and other functions, can be fulfilled the requirement. It hoped that the simulation result can provide consult to the production in the future . KEY WORD：electric vehicle ,dynamic property, simulation, ADVISOR第一章 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚拇胶瓦\(yùn)輸工具。汽車工業(yè)在當(dāng)代世界經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中發(fā)揮了巨大的作用，是當(dāng)今世界最大、最重要的工業(yè)部門之一，是世界大多數(shù)國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。但是與此同時(shí)，汽車工業(yè)的發(fā)展所帶來(lái)的對(duì)石油資源需求的急劇增加和對(duì)環(huán)境嚴(yán)重的負(fù)面影響也日益引起了人們的關(guān)注，為了適應(yīng)發(fā)展的趨勢(shì)，世界各國(guó)的政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)投入的力度，加速電動(dòng)汽車的商業(yè)化步伐。1.1課題研究的目的和意義電動(dòng)汽車是集汽車技術(shù)、電子及計(jì)算機(jī)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，與普通內(nèi)燃機(jī)汽車相比，具有無(wú)污染、噪聲低及節(jié)省石油資源的特點(diǎn)?；谝陨想妱?dòng)汽車自身特點(diǎn)，它的推廣有著不可估量的意義。電動(dòng)汽車作為“綠色的交通工具”，它的投入運(yùn)行不僅對(duì)緩解世界能源危機(jī)以及環(huán)境問(wèn)題有著重要的作用，對(duì)于我國(guó)自身相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及我國(guó)汽車業(yè)在國(guó)際中的地位也有著及其重要的意義。首先，電動(dòng)汽車是我國(guó)汽車工業(yè)趕超世界先進(jìn)水平的大好機(jī)會(huì)。中國(guó)在內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)上距國(guó)際先進(jìn)水平有近20年的差距，但在電動(dòng)汽車等環(huán)保型汽車的生產(chǎn)研發(fā)方面僅有5年的差距。這意味著中國(guó)有可能在環(huán)保汽車時(shí)代到來(lái)之前，在談判桌上找到自己的位子。建立我國(guó)電動(dòng)汽車整車的網(wǎng)絡(luò)、總成及通訊協(xié)議規(guī)程，開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車基本車輛控制器模塊，發(fā)展帶有電子管理系統(tǒng)的高性能動(dòng)力蓄電池組和具有數(shù)字控制系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可大力促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車零部件產(chǎn)業(yè)的形成。專家人士介紹無(wú)論采取何種類型的電動(dòng)汽車作為突破口都將帶動(dòng)新的產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成一石多鳥(niǎo)的效應(yīng)。以電子產(chǎn)品為例，據(jù)估計(jì)，由于應(yīng)用的大大提高，電子產(chǎn)品在汽車造價(jià)的比例將由傳統(tǒng)汽車的10%上升到電動(dòng)汽車的60%，按照到2030年我國(guó)電動(dòng)汽車生產(chǎn)規(guī)模為1000萬(wàn)輛，平均每輛車售價(jià)為10萬(wàn)元計(jì)算，我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化所帶動(dòng)的電子產(chǎn)品市場(chǎng)容量將達(dá)到6000億元。與此同時(shí)，由于電動(dòng)汽車對(duì)材料的輕量化要求還將是新材料、新技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)，為新材料、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了用武之地。比較而言，電動(dòng)汽車作為機(jī)械、冶金、電子、能源、新材料和計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的集成，同時(shí)也是信息技術(shù)、生物技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等多種高新技術(shù)的集成，是典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，其最終目標(biāo)是智能化、數(shù)字化和輕量化。在這一實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，與傳統(tǒng)汽車相比，其對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)效益將大上幾倍。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r早在19世紀(jì)30年代，英、法等國(guó)就有人研究電動(dòng)汽車。1831年，約亨利(J.Henry)發(fā)明了直流電動(dòng)機(jī)，不久世界上第一輛電動(dòng)汽車問(wèn)世。1834年，蘇格蘭人(T.Davenport)發(fā)明了第一部真正具有實(shí)際意義的電動(dòng)汽車，比1886年誕生的第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)汽車還要早半個(gè)世紀(jì)，這部電動(dòng)車采用的能源是不可充電的簡(jiǎn)單玻璃封裝蓄電池。1859年，法國(guó)人普蘭特(G.Plante)發(fā)明了世界上第一只可充電的鉛酸蓄電池，為電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了道路。1881年，法國(guó)人特魯夫(G.Trouve)第一次將直流電機(jī)和可充電電池用于私人車，在同年巴黎舉行的國(guó)際電器展覽會(huì)上，特魯夫展出了一輛能實(shí)際操作使用的電動(dòng)三輪車。這輛車重160kg，時(shí)速達(dá)到12km/h。1888年，金鮑爾(F.Kimball)發(fā)明的電動(dòng)汽車在美國(guó)波士頓投入運(yùn)營(yíng)。1890年，在美國(guó)的依柯化州誕生了美國(guó)第一輛蓄電池汽車，時(shí)速達(dá)到23km/h。1893年，在芝加哥的世界博覽會(huì)上電動(dòng)汽車第一次取代了馬車被用作禮賓車。1895年1915年是早期電動(dòng)汽車的黃金時(shí)代，在這一時(shí)期美國(guó)電動(dòng)汽車占領(lǐng)了美國(guó)私人機(jī)動(dòng)車的主要市場(chǎng)。這個(gè)時(shí)期的電動(dòng)汽車代表了當(dāng)時(shí)車輛制造技術(shù)的精華。高雅的四輪轎車、運(yùn)貨車都可以隨時(shí)啟動(dòng)，加速時(shí)完全沒(méi)有噪音，在歐美各大城市可以以40km/h的速度行駛，成為當(dāng)時(shí)都市中的一道亮麗的風(fēng)景線。1894年，法國(guó)人保爾普沙思(Paul Pouchain)制造了一輛電動(dòng)四輪敞蓬小汽車，54個(gè)蓄電池分成6組，電動(dòng)機(jī)功率2kW，總質(zhì)量1365kg，可乘坐兩個(gè)乘客，時(shí)速可調(diào)整為16km、12.8km、9.6km三種速度和倒車。如圖1-1所示的電動(dòng)汽車是于1894年出現(xiàn)在紐約街頭的第一輛商用電動(dòng)汽車，續(xù)駛里程為32.1948.28km。圖1-1早期的電動(dòng)汽車1897年，英國(guó)倫敦街頭出現(xiàn)第一輛電動(dòng)出租車，它的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用的是雙繞組的直流電機(jī)，用變換繞組連接進(jìn)行變速。車載有約600kg的鉛酸電池，總重約1300kg，行駛里程為80km。1899年，法國(guó)人金納茨(C.Jenatzy)制造的炮彈型鋁合金車身的“永不滿足號(hào)”(The Never Satisfied)電動(dòng)汽車時(shí)速達(dá)98km/h，在美國(guó)創(chuàng)下當(dāng)時(shí)的最高時(shí)速紀(jì)錄。1900年，美國(guó)售出的4200輛機(jī)動(dòng)車中，38%是電動(dòng)汽車，22%是內(nèi)燃機(jī)汽車，還有40%的蒸汽機(jī)車。1910年，愛(ài)迪生(T.Edison)發(fā)明的鎳鐵蓄電池一度成為電動(dòng)汽車的主要能源。1912年，是電動(dòng)汽車的全盛時(shí)期。全美注冊(cè)的電動(dòng)汽車達(dá)3.4萬(wàn)輛之多，其中包括轎車、卡車等等。電動(dòng)汽車的很多性能如經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性等不如燃油機(jī)汽車，所以電動(dòng)汽車的發(fā)展曾一度陷入低迷。直到20世紀(jì)六七十年代發(fā)生了兩件重大事件：一件是汽車的排放污染在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼出現(xiàn)光化學(xué)煙霧，嚴(yán)重地威脅了人們的健康與生命安全，導(dǎo)致1960年美國(guó)加州首先立法控制汽車排放的污染物，此后在美國(guó)其它地區(qū)、日本以及歐洲各國(guó)相繼實(shí)施。另一件是1973年爆發(fā)中東戰(zhàn)爭(zhēng)引起的石油危機(jī)，西方國(guó)家的汽車工業(yè)依賴進(jìn)口石油，石油危機(jī)嚴(yán)重的威脅到這些國(guó)家的利益和安全。這兩大事件結(jié)束了電動(dòng)汽車的冬眠狀態(tài)，掀起了研究、開(kāi)發(fā)及應(yīng)用電動(dòng)汽車的又一高潮。電動(dòng)汽車的發(fā)展和開(kāi)發(fā)得到了各國(guó)政府的大力支持，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、法國(guó)、德國(guó)等，電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)與研制工作居世界領(lǐng)先水平。1966年1967年，美國(guó)的通用、福特和美洲汽車公司分別開(kāi)發(fā)了新型的電動(dòng)汽車，電動(dòng)汽車進(jìn)入了現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期。20世紀(jì)70年代，克萊斯勒與通用汽車合作開(kāi)發(fā)了ETV-1型電動(dòng)汽車。除了三大汽車公司外，許多獨(dú)立的專業(yè)電動(dòng)車開(kāi)發(fā)公司也紛紛成立，投入電動(dòng)車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之中11。70年代末期，德國(guó)戴姆勒-奔馳汽車公司生產(chǎn)了一批LE306電動(dòng)汽車，采用鉛酸電池，電壓180V，容量180Ah，質(zhì)量1000kg。最高時(shí)速50km/h，最大爬坡度為16%，原地起步加速到50km/h時(shí)間為14s，續(xù)駛里程可達(dá)120km。90年代初，美國(guó)通用公司開(kāi)發(fā)出EV1電動(dòng)汽車，最高時(shí)速可達(dá)128km/h，從靜止加速到96km/h的時(shí)間小于9s，一次充電可行駛144km，堪稱90年代電動(dòng)汽車的經(jīng)典之作。同期，美國(guó)福特汽車公司和通用電氣公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了ETX-EV、ETX-EV。戴姆勒-克萊斯勒公司開(kāi)發(fā)了“新電力汽車四代”，續(xù)駛里程達(dá)到450km。1990年，美國(guó)通用公司推出“沖擊”(Impact)電動(dòng)汽車，最高車速120km/h，一次充電的最大續(xù)駛里程196km，加速性能為8s(096.6km/h)，對(duì)于220V和110V的電池充電時(shí)間分別為23h和810h。1991年美國(guó)三大公司簽訂協(xié)議，合作研究電動(dòng)車車用先進(jìn)電池，成立先進(jìn)電池聯(lián)合體(USABC)。1992年美國(guó)政府資助3.5億美元，讓通用、福特、克萊斯勒三大汽車公司組成美國(guó)先鋒電子財(cái)團(tuán)VSABC積極從事電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)。1993年福特汽車公司研制成功電動(dòng)汽車生態(tài)之星(E-costar)，并先后生產(chǎn)81輛分赴美國(guó)各地試運(yùn)行；克萊斯勒公司的道廳EDIC微型電動(dòng)面包車也同樣令人注目，該車裝用鎳鐵電池，備有自動(dòng)加水系統(tǒng)，220V電壓充電，8小時(shí)充滿，最高時(shí)速100km/h。1995年美國(guó)已有190多家企業(yè)研制和開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車，并進(jìn)行小批量生產(chǎn)。在20世紀(jì)90年代末，豐田研制出一種蓄電池電動(dòng)車RAV-4EV，該車097km/h的加速時(shí)間為18s，充電一次可連續(xù)行駛130160km。1998年，尼桑汽車公司在日本和美國(guó)銷售的Ahtra-EV，采用尼桑公司自己開(kāi)發(fā)的鋰離子動(dòng)力電池(LiB)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，可反復(fù)充電1200次，使用壽命約為10年，一次充電可行駛124km，最高車速可達(dá)75km/h。1999年底，三菱公司展出FTO-EV，裝備了新開(kāi)發(fā)的大容量、高輸出的鋰離子電池和大功率、高效率的永磁同步電動(dòng)機(jī)。2002年，豐田公司推出了燃料電池車的最新成果FCHV-4混合動(dòng)力車。采用一種高性能TNC氫燃料電池，該車可載5人，最高車速可達(dá)150km/h，續(xù)駛里程為250km。該車的另一個(gè)主要特點(diǎn)是裝有備用電池，可使汽車在制動(dòng)時(shí)重新發(fā)電，這意味著汽車在重填燃料之前可繼續(xù)行駛一段比較長(zhǎng)的里程。2002年1月，在北美國(guó)際汽車展覽會(huì)上，美國(guó)通用汽車公司展出了Autonomy(自主魔力)燃料電池汽車。2004年11月的廣州國(guó)際車展上，本田公司推出了FCX燃料電池汽車。1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r早在20世紀(jì)20年代，在我國(guó)的某些城市就出現(xiàn)過(guò)早期的、最為原始的蓄電池車。40年代重慶進(jìn)行過(guò)電動(dòng)汽車的研究與試驗(yàn)，由于條件所限未能實(shí)現(xiàn)。解放以來(lái)，我國(guó)曾多次興起電動(dòng)汽車的研制熱潮。第一次是在1958年的大躍進(jìn)年代，當(dāng)時(shí)由于許多技術(shù)問(wèn)題未能解決，致使研制工作半途而廢。第二次是在60年代初的三年困難時(shí)期，國(guó)內(nèi)石油奇缺，為了自力更生解決能源需求，再次興起電動(dòng)汽車的研制熱潮，取得了不小的進(jìn)展。1962年，上海公用事業(yè)研究所進(jìn)行“蓄電池微型汽車研究”研制成SWD-S2電動(dòng)汽車，整車滿載質(zhì)量為968kg，行駛車速達(dá)28.4km/h，一次充電的持續(xù)里程為82.2km，但該車實(shí)際運(yùn)行了幾千公里，蓄電池的循環(huán)壽命達(dá)到110次。由于蓄電池的技術(shù)沒(méi)過(guò)關(guān)，壽命太短，研制工作終止。第三次是70年代初，人們奮力恢復(fù)瀕于崩潰的經(jīng)濟(jì)，在我國(guó)一些地方又開(kāi)始了電動(dòng)汽車的研究，但沒(méi)有取得突破性的進(jìn)展。進(jìn)入80年代，我國(guó)改革開(kāi)放，經(jīng)濟(jì)起飛，在北京、上海、天津、洛陽(yáng)、武漢、杭州、珠海等地研制電動(dòng)汽車此起彼伏。1987年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)。同期我國(guó)已研制出多輛電動(dòng)汽車，如清華大學(xué)研制的電動(dòng)中型面包車，四川的“中山胡”牌電動(dòng)微型車，鄭州華聯(lián)電樞高科技有限公司研制的電動(dòng)牽引車及HL-42型電動(dòng)轎車等等。1993年，香港大學(xué)研制出4座電動(dòng)轎車U2001，它配置了功率為45kW的永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和264V鎳蓄電池組。U2001轎車最高速度110km/h，048km/h的加速時(shí)間為6.35s，以88km/h的速度運(yùn)行時(shí)，一次充電的續(xù)駛里程為176km。1996年3月26日，中國(guó)遠(yuǎn)望集團(tuán)總公司研制的兩輛大客車YW6-120DD在北京亮相，最高時(shí)速可達(dá)90km/h，最大行駛里程為150km，采用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。2001年，科技部組織實(shí)施了電動(dòng)汽車重大科技專項(xiàng)。四年過(guò)去，在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及整車技術(shù)上取得了較大進(jìn)展，目前，小型純電動(dòng)車輛已通過(guò)產(chǎn)品型式認(rèn)證試驗(yàn)，混合動(dòng)力汽車已開(kāi)始商業(yè)化試驗(yàn)示范運(yùn)行，燃料電池汽車已經(jīng)研制實(shí)用樣車，即將開(kāi)始商業(yè)示范運(yùn)行。各類電動(dòng)汽車進(jìn)入實(shí)用化考核階段。我國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展正步入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前夜?！?008年北京奧運(yùn)會(huì)”和“2010年上海世博會(huì)”對(duì)電動(dòng)汽車有著20億元的市場(chǎng)規(guī)劃和需求。由此在國(guó)內(nèi)掀起了一股空前的研發(fā)熱潮，首批74項(xiàng)課題于2002年1月開(kāi)始攻關(guān)，全國(guó)幾乎所有與此相關(guān)的企業(yè)、高校和研究所都已相繼加入，目前，總投入3億元。國(guó)家科學(xué)技術(shù)部在國(guó)內(nèi)選定了北京、天津、武漢和威海4個(gè)城市作為電動(dòng)汽車示范運(yùn)行城市，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行來(lái)看，其整體效果還是不錯(cuò)的。所以近來(lái)，山東、江西、廣東等地的城市也開(kāi)始陸續(xù)使用電動(dòng)汽車來(lái)替代原有的公交車輛。2004年11月12日，同濟(jì)大學(xué)推出了燃料電池轎車“超越二號(hào)”，最高時(shí)速達(dá)118km，原地起步加速到最高時(shí)速耗時(shí)24.8s，續(xù)駛里程為168km。2005年2月3日，東風(fēng)汽車公司和武漢理工大學(xué)合作聯(lián)合研發(fā)的東風(fēng)燃料電池電動(dòng)汽車“楚人一號(hào)”通過(guò)專家組驗(yàn)收。節(jié)能和環(huán)保的要求促進(jìn)了電動(dòng)汽車的發(fā)展。展望未來(lái)的幾十年，在新技術(shù)的支持下，將繼續(xù)發(fā)展蓄電池及先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。純電動(dòng)汽車將主要用于小型車輛市場(chǎng)，比如社區(qū)交通?；旌蟿?dòng)力電動(dòng)汽車能滿足使用者的需求，將得到迅速發(fā)展。由于燃料電池電動(dòng)汽車幾乎可以達(dá)到零排放，而且比內(nèi)燃機(jī)車輛驅(qū)動(dòng)能力好，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它將成為未來(lái)的主流車輛。通過(guò)各方面的共同努力，必然會(huì)迎來(lái)一個(gè)清潔電動(dòng)汽車的新時(shí)代。1.3研究的主要內(nèi)容(1)本論文將對(duì)電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系的傳動(dòng)比和電池組容量等參數(shù)設(shè)計(jì)的原則和方法進(jìn)行分析和探討。(2)號(hào)的電動(dòng)汽車作為研究對(duì)象，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；基于ADVISOR建立整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件如電動(dòng)機(jī)、電池等的性能仿真模型。(3)用電動(dòng)汽車仿真軟件ADVISOR中的自動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)功率、蓄電池容量等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。(4)對(duì)優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用仿真軟件ADVISOR對(duì)整車動(dòng)力性進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證以鎳氫電池為能源的電動(dòng)汽車的加速性、爬坡性、最大車速等動(dòng)力性及續(xù)駛里程是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，從而驗(yàn)證優(yōu)化方法及結(jié)果的合理性和有效性。 第二章 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的參數(shù)設(shè)計(jì)2.1電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)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)汽車運(yùn)行性能的好壞。目前，電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)具有以下四種布置方式：(1)第一種與傳統(tǒng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式一致，帶有變速器。這種布置可以提高電動(dòng)汽車的起動(dòng)扭矩，增加低速時(shí)電動(dòng)汽車的后備功率。(2)第二種取消了離合器和變速器。這種方式對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求較高，不僅要求電動(dòng)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。(3)第三種布置方式將電動(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。這種傳動(dòng)方式同樣對(duì)電動(dòng)機(jī)有較高的要求，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)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)。(4)第四種布置同第三種布置方式比較接近，將電動(dòng)機(jī)直接裝到了驅(qū)動(dòng)輪上，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛。目前，我國(guó)的電動(dòng)汽車大都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，而且在總體方案布置時(shí)必須保證連接可靠、軸荷分配合理等等才能獲得。鑒于目前國(guó)內(nèi)對(duì)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的研究還未達(dá)到使用電動(dòng)輪的要求，故本論文的研究仍然建立在傳統(tǒng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。2.2蓄電池的數(shù)學(xué)模型在當(dāng)前的電動(dòng)汽車仿真軟件中，電池模型多采用內(nèi)阻模型。內(nèi)阻模型將電池看成是一個(gè)理想的電壓源和一個(gè)電阻串聯(lián)的等效電路，簡(jiǎn)化模型如圖2-1所示。 圖中 單體電池電動(dòng)勢(shì)（V）； 工作電壓（V）； 工作電流（A）； 等效內(nèi)阻（）。由圖2-1所示得到電池的電壓特性方程為： 電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻受多個(gè)因素影響，數(shù)值隨電池狀態(tài)時(shí)時(shí)變化，但通常只考慮主要因素的影響，例如在電動(dòng)汽車的仿真軟件ADVISOR中，內(nèi)阻模型將和看作荷電狀態(tài)SOC(State of Charge)和溫度T的函數(shù)。下面為了簡(jiǎn)化計(jì)算，暫將其視為常數(shù)。得到， 電池的放電功率為： 電池的最大輸出功率為： 是一個(gè)理論的計(jì)算值。在實(shí)際應(yīng)用中為了防止過(guò)大的放電電流而產(chǎn)生過(guò)大的熱量進(jìn)而影響到電池壽命，通常要求電池工作電壓處于2/31倍的范圍內(nèi)，這樣也可以保證電池具有較高的效率。故在實(shí)際應(yīng)用中電池的最大功率應(yīng)限制為：2.3交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車中最關(guān)鍵的系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型和性能直接決定了電動(dòng)汽車的運(yùn)行性能。作為電動(dòng)汽車的牽引電機(jī)，應(yīng)具有寬的調(diào)速范圍、高的轉(zhuǎn)速及足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，還要求體積小、重量輕、效率高，并且能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)制動(dòng)和能量回饋。由于直流電機(jī)具有良好的起動(dòng)能力和調(diào)速性能，早期開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車大多數(shù)都采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。然而隨著電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，以及各種高性能電力電子元件的出現(xiàn)，交流調(diào)速技術(shù)有了迅速的發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)能獲得同直流電機(jī)一樣優(yōu)良的調(diào)速性能。而且交流感應(yīng)電機(jī)所具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)非常適合電動(dòng)汽車的要求。所以，在近來(lái)的電動(dòng)汽車研制中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都競(jìng)相采用交流感應(yīng)電機(jī)(1) 電流、電壓、磁鏈方程交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)三相定子繞阻的電流為： 式中 定子繞組電流的頻率； 釘子繞組電流的幅值； 三相定子繞組中電流的角速度。 轉(zhuǎn)子繞阻的電流為： 式中 轉(zhuǎn)子繞組單位電流幅值；三相轉(zhuǎn)子繞組中電流的角速度；轉(zhuǎn)子繞組中電流頻率；磁極對(duì)數(shù)；負(fù)載轉(zhuǎn)速； 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速； 式中K轉(zhuǎn)子繞阻和定子繞阻的匝數(shù)比。三相定子繞阻、轉(zhuǎn)子繞阻的電壓平衡方程式可寫為： 將上述各量度折算到定子的一側(cè)，電壓方程可轉(zhuǎn)寫為矩陣形式：式中 、各相繞組的瞬時(shí)電流； 、各相繞組的瞬時(shí)電壓； 、各相繞組的全磁鏈； 、定子、轉(zhuǎn)子繞組的電阻。每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表示為： 式中 、各繞組的互感。對(duì)于每一相繞組來(lái)說(shuō)，它所交鏈的磁通是互感磁通和漏感磁通之和，因此，定子各項(xiàng)自感為： 轉(zhuǎn)子各項(xiàng)自感為： 式中 定子漏感； 轉(zhuǎn)子漏感； 定子互感，轉(zhuǎn)子互感。兩相繞組之間只有互感?；ジ杏址譃閮深悾憾ㄗ尤嗬@組之間和轉(zhuǎn)子三相繞組之間位置都是固定的，所以互感為常值；定子任意的一相與轉(zhuǎn)子的任意一相之間的位置是變化的，互感隨著角位移的變化而變化。現(xiàn)在先討論第一類，由于三相繞組的軸線在空間的相位差是120。在假定氣隙磁通為正弦分布的條件下，第一類互感為： 第二類互感為： (2)使用交流電機(jī)的電動(dòng)汽車的主電路的功率模型當(dāng)采用交流感應(yīng)電機(jī)時(shí)，電動(dòng)汽車的主電路是指給電動(dòng)汽車行駛提供所需能量的電路，即動(dòng)力蓄電池組到控制器或逆變器之間的直流電路，以及逆變器與交流電機(jī)之間的交流電路，將這兩條電路稱為電動(dòng)汽車的主電路。三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)功率為： 式中 逆變器輸出端的線電壓；逆變器輸出端的電流；交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的功率因素。2.4電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足車輛對(duì)動(dòng)力性能的要求和續(xù)駛里程的要求。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)起步加速性能車輛在設(shè)定時(shí)間內(nèi)由靜止加速到額定車速或走過(guò)預(yù)定的距離的能力。(2)以額定車速穩(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)應(yīng)該能提供車輛以額定車速穩(wěn)定行駛的全部功率需求，并且根據(jù)我國(guó)的道路狀況至少能克服坡度為3%的路面阻力。(3)以最高車速穩(wěn)定行駛的能力在電動(dòng)汽車上，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率應(yīng)該能夠維持車輛以最高車速行駛。(4)爬坡能力電動(dòng)汽車能以一定的速度行駛在一定坡度的路面上。另外，在電動(dòng)汽車上的蓄電池所輸出的電能和電量應(yīng)該能夠維持電動(dòng)汽車在一定工況下行駛額定的里程。2.4.1電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的功率包括額定功率和最大功率。電動(dòng)機(jī)的功率選得越大，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)電動(dòng)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，使電動(dòng)機(jī)的效率下降。因此，電動(dòng)機(jī)的功率不能選得太大，應(yīng)該依照電動(dòng)汽車的最高行駛車速、爬坡和加速性能來(lái)確定電動(dòng)機(jī)的功率。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)功率應(yīng)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： 式中 整車質(zhì)量（kg）；滾動(dòng)阻力系數(shù)；迎風(fēng)阻力系數(shù)。 迎風(fēng)面積（m）電動(dòng)汽車以某一車速爬上一定坡度消耗的功率： 式中 電動(dòng)汽車行駛的速度（km/h）； 坡度。電動(dòng)汽車在水平路面上加速行駛消耗的功率： 式中 汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； 車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm）； 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm）； 車輪的半徑（m）； 變速箱傳動(dòng)比； 主減速器傳動(dòng)比?？傊?，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)能同時(shí)滿足汽車對(duì)最高車速、加速度及爬坡度的要求。所以電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的額定功率： 電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的最大功率：式中 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率； 電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)。2.4.2傳動(dòng)系傳動(dòng)比設(shè)計(jì)在電動(dòng)機(jī)輸出特性一定時(shí)，傳動(dòng)系的傳動(dòng)比如何選擇，依賴于整車的動(dòng)力性指標(biāo)要求，即電動(dòng)汽車傳動(dòng)比的選擇應(yīng)該滿足汽車最高期望車速、最大爬坡度以及對(duì)加速度時(shí)間的要求。(1)傳動(dòng)系速比的上限傳動(dòng)系速比的上限由電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定。 式中 主減速器的傳動(dòng)比； 變速器的傳動(dòng)比。(2)傳動(dòng)系速比的下限傳動(dòng)系速比的下限由下述兩種方法算出的傳動(dòng)系速比的最大值確定。由電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出扭矩和最大行駛車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系速比下限：式中 最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力（N）； 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的輸出扭矩（NM）。由電動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系速比下限： 式中 最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力（N）； 電動(dòng)機(jī)最大輸出扭矩（NM）。2.4.3電池組容量設(shè)計(jì)電池組容量的選擇主要考慮車輛行駛時(shí)的最大輸出功率和消耗的能量，以保證電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求25。(1)由電動(dòng)汽車所需的最大功率選擇電池組數(shù)目蓄電池的攜帶能量必須大于或等于電動(dòng)汽車的最大能耗，如此才能保證電動(dòng)汽車行駛要求。所以要求電池組數(shù)目：式中 電動(dòng)機(jī)的工作效率； 電動(dòng)機(jī)控制器的工作效率； 單個(gè)電池組所包含的電池的數(shù)目。(2)由續(xù)駛里程選擇電池組的數(shù)目在汽車充電前，蓄電池所攜帶的能量必須保證電動(dòng)汽車能夠行駛一定的里程。所以電池組數(shù)目：式中 L續(xù)駛里程（km）； W電動(dòng)汽車行駛1km所消耗的能量（km）； Cs單個(gè)電池的電壓（V）。從(1)(2)中選擇較大者確定電池組組數(shù)。2.5、設(shè)計(jì)實(shí)例電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和技術(shù)性能如下表：技術(shù)性能參數(shù)符號(hào)單位參數(shù)值整車整備質(zhì)量Mkg1350滾動(dòng)阻力系數(shù)f0.014迎風(fēng)面積A1.9迎風(fēng)阻力系數(shù)CD0.3輪胎滾動(dòng)半徑Rm0.28最大期望車速UaKm/h>90加速性能Ts050km/h的加速時(shí)間<10s5080km/h的加速時(shí)間<15s最大爬坡度ikm>30%續(xù)駛里程Lkm等速>230工況>1502.5.1電動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓、電流和磁通之間耦合較弱，具有良好的機(jī)械特性，能在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，起動(dòng)、制動(dòng)性能良好。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯現(xiàn)。由于換向器的存在，使其維護(hù)工作量加大，最高轉(zhuǎn)速、使用環(huán)境都受到限制。而且交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)多年的研制，不斷的取得新的突破，逐步獲得電動(dòng)汽車的青睞。所以本論文選取交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。由公式計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的最大功率為=71.3348kW。電動(dòng)汽車所用的電動(dòng)機(jī)具有較大的過(guò)載能力，最大功率可達(dá)額定功率的3倍左右。因此，按勻速模式選擇的電動(dòng)機(jī)功率完全能夠滿足加速模式下動(dòng)力性能的要求。參考ADVISOR并查閱電工手冊(cè)選擇交流電機(jī)參數(shù)：額定功率=30kW；額定電壓 =220V；最大電流=180A；過(guò)載系數(shù)=2.4；最高轉(zhuǎn)速9000r/min。2.5.2傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)參數(shù)的選擇目前，電動(dòng)汽車主要在市區(qū)和城市近郊使用，它所遇到的工況多種多樣，最低穩(wěn)定車速在36km/h范圍內(nèi)，最高車速可達(dá)100km/h(本論文中要求)，甚至更高。電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中所遇到的阻力變化很大，變化范圍在6倍以上，而單靠電動(dòng)機(jī)的力矩變化是不能滿足電動(dòng)汽車行駛性能要求的。因此，在電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間需要安裝減速器和變速器，一方面使電動(dòng)汽車滿足行駛性能要求，另一方面使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內(nèi)工作，減輕電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池組的負(fù)荷。為了滿足電動(dòng)汽車行駛阻力的變化范圍，減輕電動(dòng)機(jī)和動(dòng)力電池的負(fù)荷，提高工作效率，又使傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不過(guò)于復(fù)雜以至降低工作效率，本論文采用檔變速器。(1)主減速器速比的選擇設(shè)傳動(dòng)系變速器第檔為直接檔即，又有電動(dòng)機(jī)的最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速r/min，所以由公式得：=1，又有電動(dòng)機(jī)的最高穩(wěn)定轉(zhuǎn)速=9000r/min ，所以由上述公式得，7.9170，1.3326參考多種汽車主減速器速比經(jīng)驗(yàn)值及ADVISOR仿真試驗(yàn)的反復(fù)驗(yàn)證，初步確定主減速器速比為=4.3245。（2）變速器速比的選擇汽車傳動(dòng)系各檔的傳動(dòng)比大體上按等比級(jí)數(shù)分配，這種分配變速器速比的方法使汽車經(jīng)常工作在大的功率范圍內(nèi)，可以充分利用蓄電池所提供的一次充放電的有限能量，提高動(dòng)力性，增加續(xù)駛里程。由公式得到，=2.0898；根據(jù)等比級(jí)數(shù)的分配方法：2.5.3蓄電池參數(shù)的選擇電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的選用不僅應(yīng)該考慮動(dòng)力性因素還應(yīng)該考慮環(huán)保方面的因素。以鉛酸電池、鋰電池、鎳鎘電池、鎳氫電池四種當(dāng)今最熱門的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池為代表，比較四種電池的性能參數(shù)，見(jiàn)下表：鉛酸鋰電池鎳鎘鎳氫能量密度（Wh/L）60100250110190比能量(Wh/kg)305012014040505080功率密度(W/L)120480比功率(W/kg)200400200300150350150300續(xù)駛里程(mph)60195120250循環(huán)壽命(次)400600120080020008001000充電時(shí)間(h)817<3560<6能量效率(%)656590可回收利用率(%)97509990價(jià)格($/kWh)100200300200鉛酸電池由于價(jià)格低廉、原料易得、使用可靠、可大電流放電及技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)一直占領(lǐng)著電動(dòng)汽車的車用電池市場(chǎng)。但近幾年來(lái)，鎳氫電池技術(shù)逐漸純熟，它的續(xù)駛里程和使用壽命是鉛酸電池的兩倍，更兼在實(shí)際使用中它的能量密度和峰值功率密度較高，大有后來(lái)者居上的趨勢(shì)。鋰電池具有高能量密度、高功率密度和很長(zhǎng)的循環(huán)壽命，可防止過(guò)充電和過(guò)放電，是理想的動(dòng)力電池，但成本太高、發(fā)熱嚴(yán)重，到目前為止還處于試驗(yàn)階段。鎳鎘電池屬堿性蓄電池能量密度、比能量、比功率較高，但含鎘，重金屬污染嚴(yán)重。鎳氫電池是一種新型環(huán)保的高容量二次電池，其特性和鎳鎘電池相似，只是以吸藏氫氣的合金材料(MH)取代了鎳鎘電池中的負(fù)極材料鎘(Cd)。較之上述其它電池鎳氫電池有許多優(yōu)點(diǎn)：能量密度高，是鎳鎘電池的1.52倍；可快速充放電，低溫性能好；可密封，耐過(guò)充放電性能強(qiáng)；無(wú)毒無(wú)環(huán)境污染，不使用貴金屬；無(wú)記憶效應(yīng)。綜合考慮電池的各項(xiàng)性能及發(fā)展前景，本論文選用Ovonie公司研制的鎳氫電池，比電容達(dá)250Ah，比電壓1.2V，比能量達(dá)80Wh/kg，比功率230W/kg。（1）由電動(dòng)機(jī)功率確定電池組的數(shù)目由式求得單個(gè)電池的最大輸出為=1.3853kW，進(jìn)而由式得，（2）由續(xù)駛里程確定電池組的數(shù)目由式(2-28)得，考慮到電池放電深度一般不超過(guò)80%，故取綜合(1)(2)，取電池組數(shù)目n=22。電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)都是由汽車行駛時(shí)所消耗的能量出發(fā)推導(dǎo)計(jì)算得到的，理論上，它的動(dòng)力性、續(xù)駛里程都應(yīng)該滿足設(shè)計(jì)要求。下面通過(guò)仿真試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。匹配設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)下表：參數(shù)符號(hào)參數(shù)值電動(dòng)機(jī)額定功率最大轉(zhuǎn)速額定電壓30kw9000r/min220V傳動(dòng)系速比主減速器速比1檔變速器速比2檔變速器速比3檔變速器速比4.32452.08981.44561蓄電池額定容量額定電壓電池組數(shù)目250A.h290V22第三章 電動(dòng)汽車動(dòng)力性仿真3.1電動(dòng)汽車動(dòng)力性評(píng)價(jià)指標(biāo)電動(dòng)汽車種類繁多、性能各異，如何建立一個(gè)統(tǒng)一的性能標(biāo)準(zhǔn)，以評(píng)價(jià)這些不同廠家生產(chǎn)的、不同類型的電動(dòng)汽車，成為電動(dòng)汽車發(fā)展的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究。對(duì)于傳統(tǒng)的燃油汽車，最高時(shí)速和加速能力是最重要的性能指標(biāo)。由于每次加滿油的行駛里程已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人們的一般要求，因而行駛里程對(duì)燃油汽車來(lái)講，只是次要的性能指標(biāo)。在環(huán)保意識(shí)不斷提高的今天，人們己不再簡(jiǎn)單地追求汽車最高車速和加速性能，燃油汽車的廢氣排放己成為汽車性能的又一重要的考核指標(biāo)。此外，汽車的舒適性、安全性等等也都會(huì)成為汽車推銷商的賣點(diǎn)。對(duì)于電動(dòng)汽車，一次充電后的電大行駛里程則是最重要的性能指標(biāo)。這是因?yàn)?，一輛1.5L的燃油汽車加滿油之后至少可行駛500km，而大部分的現(xiàn)代電動(dòng)汽一次充電后的行駛里程在100一200km左右，遠(yuǎn)低于燃油汽車，還不能完全滿足人們對(duì)現(xiàn)代機(jī)動(dòng)車輛的要求，從而成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的主要因素。因此人們?cè)谠u(píng)價(jià)電動(dòng)汽車的性能時(shí)，主要考慮如下性能指標(biāo):（1） 最大行駛里程(km)電動(dòng)汽車每次充滿電后的最大行駛里程;（2） 加速能力(s)電動(dòng)汽車從靜止加速到一定的時(shí)速，如040、060km/h所需的時(shí)間；（3） 最高車速(km/h)電動(dòng)汽車所能達(dá)到的最高車速。在不同的行駛方式下(如在繁華的都市街道上，需不斷制動(dòng)、起動(dòng)，和在高速公路上，可以勻速連續(xù)駕駛)，行駛里程有很大的差異，為了合理的評(píng)價(jià)機(jī)動(dòng)車的性能，人們制定了統(tǒng)一的機(jī)動(dòng)車駕駛模式。由于不同國(guó)家或地區(qū)的駕駛條件差異很大，各個(gè)國(guó)家分別制定有自己的駕駛模式，其中主要有:美國(guó)聯(lián)邦都市駕駛模式(EUDC)、歐洲駕駛模式(EDC)、美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師協(xié)會(huì)(SAE)駕駛模式、日本電動(dòng)汽車協(xié)會(huì)的駕駛模式。由于我國(guó)的電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)起步較晚，目前尚未建立自己的電動(dòng)汽車駕駛測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)式，而一直沿用美國(guó)或歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，本文仿真時(shí)選用美國(guó)聯(lián)邦都市駕駛模式(EUDC)。3.2 ADVISOR軟件簡(jiǎn)介ADVISOR采用逆向和正向相結(jié)合的建模方法。逆向建模方法是假設(shè)汽滿足所要求的行駛循環(huán)的軌跡功率需求，從而來(lái)反推計(jì)算動(dòng)力系各個(gè)總成應(yīng)該如何執(zhí)行以輸出相應(yīng)的功率。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要駕駛員模型，可以僅通過(guò)迭代法來(lái)預(yù)測(cè)汽車的各項(xiàng)性能。ADVISOR采取了模塊法的建模方法，所以它的各個(gè)總成模塊可以很容易的擴(kuò)充和改進(jìn)，各個(gè)模塊可以隨意的組合使用。此外，用戶也可以根據(jù)自己的需要，建立新模型，來(lái)定義設(shè)計(jì)者需要的汽車模型。ADVISOR提供了兩種方式來(lái)定義車輛傳動(dòng)系統(tǒng)的類型。一種是ADVISOR內(nèi)部保存了包括Insight和Prius在內(nèi)的37種電動(dòng)汽車的數(shù)據(jù)文件，用戶可以選擇合適類型的汽車，在此基礎(chǔ)上加以修改。另一種是ADVISOR內(nèi)部保存了傳統(tǒng)汽車、電池電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、并聯(lián)混合動(dòng)力汽車、串聯(lián)混合動(dòng)力汽車、混聯(lián)混合動(dòng)力汽車等8種類型的傳動(dòng)系統(tǒng)，用戶可以以此為模板定義自己的傳動(dòng)系統(tǒng)。另外用戶還可以自定義新類型的傳動(dòng)系統(tǒng)增加到ADVISOR的模板庫(kù)中。ADVISOR設(shè)計(jì)了車輛(Vehicle)、發(fā)動(dòng)機(jī)(Fuel Converter)、能源儲(chǔ)存系(Energy Storage System，簡(jiǎn)稱ESS)和電動(dòng)機(jī)(Motor)等多個(gè)部件的仿真模型。ADVISOR提供了道路循環(huán)(Drive Cycle)、多重循環(huán)(Multip1e Cycles)和測(cè)試過(guò)程(Test Procedure)3種仿真工況來(lái)仿真車輛的性能。：(1)道路循環(huán)提供了CYC-ECE，CYC-FTP和CYC-1015等56種國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的道路循環(huán)，另外提供了行程設(shè)計(jì)器(Trip Builder)，可以將多達(dá)8種不同的道路循環(huán)任意組合在一起，綜合仿真車輛的性能。(2)多重循環(huán)功能可以用批處理的方式以相同的初始條件，快速計(jì)算和保存不同的道路循環(huán)情況下的仿真結(jié)果，并將它們顯示在一起，供用戶進(jìn)行比較。(3)測(cè)試過(guò)程包括TEST-CITY-HWY和TEST FTP等8種國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試過(guò)程供用戶選擇仿真。ADVISOR的仿真結(jié)果包括：(1)仿真參數(shù)圖(Parametric Results Figure)它能同時(shí)顯示任意4組部件參數(shù)值隨仿真時(shí)間的變化情況。(2)仿真報(bào)告(Results Figure)它包括燃料消耗率、行駛距離、有害氣體排放、加速度和爬坡能力報(bào)告。(3)能源消耗圖(Energy Use Figure)它報(bào)告各個(gè)部件在做功模式(POWERMODE)和能量再生模式(REGEN MODE)下的輸入能量、輸出能量、損失能量和效率。(4)比較仿真(Compare Simulations)該功能可以同時(shí)打開(kāi)8個(gè)仿真結(jié)果文件和測(cè)試數(shù)據(jù)文件，將它們顯示在同一幅坐標(biāo)圖上進(jìn)行比較。另外提供了條形圖(Bar Chart)和極坐標(biāo)圖(Spider Plot)兩種方式進(jìn)行比較。(5)重放功能(Replay)在可視化的GUI上動(dòng)態(tài)顯示仿真結(jié)果，它的界面與交互式仿真的GUI相同。本論文利用ADVISOR的以上特點(diǎn)特性，基于該軟件隨意組合電動(dòng)汽車；通過(guò)電動(dòng)汽車的一系列結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)，對(duì)于任意一款電動(dòng)汽車進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行修改，建立自己的汽車模塊，組成需要的汽車模型；應(yīng)用ADVISOR對(duì)設(shè)計(jì)的模塊進(jìn)行仿真計(jì)算，在短時(shí)間內(nèi)快速的測(cè)試汽車的部分性能。3.3、利用ADVISOR對(duì)汽車進(jìn)行動(dòng)力性仿真3.3.1ADVISOR的參數(shù)輸入界面仿真軟件ADVISOR是一款功能非常強(qiáng)大的軟件，前面己經(jīng)做過(guò)簡(jiǎn)單介紹，我認(rèn)為應(yīng)用ADVISOR軟件的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是輸入圖型可視化，方便簡(jiǎn)捷。我們可以通過(guò)直接在ADVISOR的圖形用戶界面GUI下直接輸入汽車的仿真參數(shù)，當(dāng)然也可以通過(guò)各部件的內(nèi)部.。文件來(lái)進(jìn)行修改，兩種方式產(chǎn)生的效果是一樣的。下面我們通過(guò)在ADVISOR的圖形用戶界面翻工下輸入PRIUS型電動(dòng)汽車的參數(shù)。點(diǎn)擊主界面右上角的Autosize。進(jìn)入?yún)?shù)輸入窗口，如圖所示，在此窗口中可輸入爬坡度任務(wù)設(shè)定、加速度任務(wù)設(shè)定汽車參數(shù)配置窗口 汽車爬坡度設(shè)定 汽車加速度設(shè)定3.3.2PRIUS型純電動(dòng)汽車的模擬計(jì)算1、定義計(jì)算任務(wù)因?yàn)楸敬稳蝿?wù)是對(duì)整車的動(dòng)力性進(jìn)行仿真，因此設(shè)定以下幾項(xiàng)計(jì)算任務(wù)：最高車速(Constant Drive)最大爬坡度計(jì)算(Climbing Performence)加速性能(Full Load Acceleration)2、仿真計(jì)算結(jié)果:仿真計(jì)算結(jié)果： 能源消耗情況 能源消耗示意圖能源再生示意圖工況行駛和續(xù)駛里程計(jì)算(CYC_EUDC)圖為EUDC工況下，PRIUS純電動(dòng)汽車的加速性能、車速和里程的計(jì)算結(jié)果。工況計(jì)算結(jié)果從計(jì)算結(jié)果可以看出，在EUDC工況下，最高車速為92.1Km/h，速度為55km/h時(shí)的最大爬坡度為40%，050km/h用時(shí)4.8秒，5080km/h用時(shí)5秒，080 km用時(shí)9.8秒。利用ADVISOR軟件的仿真結(jié)果可以看出汽車的動(dòng)力性能非常好，可以滿足電動(dòng)汽車的動(dòng)力性要求。第四章 論文總結(jié)本論文是基于電動(dòng)汽車的各傳動(dòng)部分建立各自的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上進(jìn)行的動(dòng)力性能仿真，并查閱了大量資料的基礎(chǔ)上所撰寫的。論文是以PRIUS車型進(jìn)行仿真的，進(jìn)行了該車型的最高速度、最大爬坡度、050km/h加速時(shí)間、5080km/h加速時(shí)間。從仿真的結(jié)果可以看出PRIUS電動(dòng)汽車的各個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配、蓄電池和電動(dòng)機(jī)的.選擇是合理的。（1）分析了交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和蓄電池的數(shù)學(xué)模型。對(duì)直流電機(jī)和交流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)以及幾種代表性電池的性能作了比較，選用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，鎳氫電池作為動(dòng)力源。（2）比較了幾種常見(jiàn)的電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置方式。電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)型式雖是電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，但對(duì)電機(jī)和控制系統(tǒng)的要求很高，因此本論文選擇了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式。在此基礎(chǔ)上，提出了一套比較合理的參數(shù)設(shè)計(jì)方法。（3）在所建立的數(shù)學(xué)模型上利用ADVISOR軟件進(jìn)行了動(dòng)力性能仿真。ADVISOR軟件具有強(qiáng)大的仿真模擬功能，為電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)提供了行之有效的方法。本論文的不足之處在于模型的建立與實(shí)際情況略有差距，另外我國(guó)沒(méi)有自己的道路環(huán)境系統(tǒng)，該論文是利用美國(guó)所制定的道路環(huán)境。 致謝 我的能夠順利完成我要感謝每一個(gè)在論文資料收集和論文寫作過(guò)程中給與我?guī)椭娜?。首先我要感謝我的論文指導(dǎo)老師。他給我選題提供了一個(gè)大方向，并且給了很多意見(jiàn)和建議。由于我的資料是關(guān)于電動(dòng)汽車方向的，這是一個(gè)比較新的課題，也是技術(shù)不成熟的領(lǐng)域。所以，我們學(xué)校的圖書館在這方面的資料還是比較匱乏。李老師給了我很多電動(dòng)汽車的資料，我在閱讀這些資料后我的寫作才有了思路。在完成初稿后，老師認(rèn)真查看了我的文章，指出了我存在的很多問(wèn)題。在此十分感謝李老師的細(xì)心指導(dǎo)，才能讓我順利完成畢業(yè)論文。同時(shí)，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了黃漢，楊俊等同學(xué)的熱情幫助。感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過(guò)我?guī)椭幕锇閭?，在此，我再一次真誠(chéng)地向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示感謝！參考文獻(xiàn)1.李佩珩，易翔翔，侯福深.國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展的啟示.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)20042.陳清泉.電動(dòng)汽車是我國(guó)汽車工業(yè)趕超世界先進(jìn)水平的大好機(jī)會(huì).中國(guó)國(guó)防經(jīng)濟(jì)觀察.20043.胡驊，宋慧.電動(dòng)汽車.人民交通出版社，20024.陳伯時(shí):電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第二版）北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19975.蔡方耀:電動(dòng)機(jī)應(yīng)用計(jì)算指南.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19926.余志生:汽車?yán)碚摚ǖ?版）北京:機(jī)械工業(yè)出版社，19947.廖權(quán)來(lái).羅玉濤:電動(dòng)汽車學(xué).廣州:華南理工大學(xué)出版社，19978.侯志祥.李小穎，我國(guó)21世紀(jì)電動(dòng)汽車發(fā)展的對(duì)策交通科技，20029.麻友良.陳全世:我國(guó)電動(dòng)汽車發(fā)展問(wèn)題探討武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)10.湯秀紅劉偉濤電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展綜述城市車輛，200211.高立新.趙韓錢立軍:電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)路線合肥工業(yè)人學(xué)學(xué)報(bào)，200212.陳清泉.詹宜巨:21世紀(jì)的綠色交通工具電動(dòng)車清華大學(xué)出版社，200213.田春霞.電動(dòng)汽車用先進(jìn)電池的現(xiàn)狀及發(fā)展.電池，200014.陳堅(jiān):交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及調(diào)速系統(tǒng).北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1991