有關(guān)電動車清潔交通的研究與發(fā)展人機科技學(xué)的發(fā)展,埼玉 369-0293,日本埼玉大學(xué)系。電子郵件:mwada@sit.ac.jp摘要:本文提出了一種電動汽車(EV)的技術(shù),包含人機學(xué)的研究所的研究和開發(fā),在我們的實驗室開發(fā)了一種 Japan.Electric 移動系統(tǒng),它包括一個轉(zhuǎn)換過的電動汽車,電動輪椅和個人移動機器人。這些移動通信系統(tǒng)有助于實現(xiàn)清潔運輸自己供給能量來源,適用于所有的車輛,即使用電池和電動機裝置,不損害環(huán)境。驅(qū)動電機為車輛行駛提供動力,人機技術(shù)技術(shù)被應(yīng)用。關(guān)鍵詞:電動汽車,機器人技術(shù),改裝電動車,清潔交通。DOI:10.1016/S1001-0742(08)62335-9。介紹:內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的影響,例如汽車燃氣發(fā)動機成為因為對環(huán)境的污染已成為嚴重的社會問題。為了緩解這些問題,汽車制造商被迫從單純的內(nèi)部燃燒系統(tǒng)生產(chǎn)代替它們的部分混合動力系統(tǒng)或電動系統(tǒng)。電動系統(tǒng)提供了這一問題的最佳解決方案,但是,重量和儲能容量的電動電池仍然不足以將內(nèi)部燃燒系統(tǒng)與混合氣替代,一個混合動力系統(tǒng)可能是替代純油料的內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的合理方案,目前為止。豐田汽車公司提供的第一款混合動力汽車“普銳斯” (豐田汽車公司, 1997) ,而混合動力技術(shù)已經(jīng)擴展到大型車,如“埃斯蒂馬混合”和“鷂混合”的車輛。據(jù)估計,在不久的將來電力系統(tǒng)將被廣泛使用。要獲得這個發(fā)展方向主動性,三菱汽車公司開發(fā)的一款純電動車,“ I- MiEV 電動汽車”和富士重工還開發(fā)了“ R 1e 型車 ” ,這兩者將很快上市。與發(fā)動機相比,電驅(qū)動系統(tǒng)都比較簡單。它不需要冷卻系統(tǒng),潤滑系統(tǒng),電和油氣反應(yīng)之間的定時控制。在我們的電動汽車(EV )項目里,已經(jīng)開始研究的第一階段中,我們研究電動汽車的基本功能。對于目標,我們在試驗室研制出轉(zhuǎn)換后的 EV(電動迷你 E- MINI) 。在這篇文章中,有系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和基本的測試,包括道路測試結(jié)果的過程。1 電動汽車發(fā)展實驗室里的電動車或個人研究電動車的發(fā)展情況1.1 發(fā)展前景 電動車的優(yōu)點是清潔的,易于研究處理的,不僅在駕駛方面,而且在大學(xué)實驗室的研究或個人項目研發(fā)都是方便的。要開發(fā)一個燃氣發(fā)動機,測試引擎需要昂貴的設(shè)施的和大型空間,就好比一個孤立的客房配有降噪系統(tǒng),空氣通風(fēng)系統(tǒng)等。不同于消除發(fā)動機爆炸等所造成的損害與發(fā)展安全系數(shù)高的發(fā)動機,驅(qū)動系統(tǒng)用電動馬達的話是相當簡單和容易處理的。不需要特殊設(shè)備來降低噪聲,因為與發(fā)動機相比電動機是非常安靜。不需要必要的空氣通風(fēng)系統(tǒng),因為電動系統(tǒng)不污染環(huán)境,因為不使用污染的或揮發(fā)性化學(xué)物品如汽油。1.2 基本型車 作為基本型車改裝成的電動車,一類輕型車(小于 660 立方厘米燃氣發(fā)動機)或小型車大約有 1000-1300 毫升適用空間的。由于空重情況下車輛在行駛擋位和加速度會有更好的性能。轉(zhuǎn)換后,它會獲得額外減省 100 千克,有時額外的重量可以減省多達 300 千克。我們選擇了羅孚迷你(稱為迷你 Cooper)作為為基礎(chǔ)型車的電動改裝發(fā)展,由于其車身規(guī)模相對較小,剛性承載式車身底盤營建管理,并容易獲得零件來改裝成電動車。該車已經(jīng)售出了約 40 年且沒有發(fā)生重大設(shè)計變更。此外,它的電力系統(tǒng)是非常簡單的里面有沒有電腦控制,也沒有剎車伺服系統(tǒng)。圖 1 顯示了一個快照轉(zhuǎn)換到 EV 之前的基礎(chǔ)型車。所使用的原型汽車在 1986 年制造的,其規(guī)格示于表 1 中。圖 1:迷你車1.3 馬達類型某些類型的電機,可用于電動汽車用驅(qū)動現(xiàn)在可以商購到的,例如直流(DC )性的電機,直流電電動機,感應(yīng)電動機等,但是,如果一個基型車及備用齒輪被選擇,考慮到成本,重量和性能,直流電動機便成為了最高優(yōu)先級的解決方案。目前,數(shù)字控制技術(shù)被應(yīng)用來驅(qū)動這樣的高功率馬達,其中功率開關(guān)器件,如場效應(yīng)晶體管, IGBT 是低脂全電壓的電源線被接通和切斷在高頻率高于 10 kHzby 開關(guān)器件和脈沖形的電壓被施加到電機繞組。開關(guān)頻率是恒定的,而導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間在一個周期之間的比例基于該操作的值是變化的。這種驅(qū)動方法被稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM) 。對于移位的 DC 性的馬達在特定方向上,它需要只是其中之一被連接到馬達。然而如果旋轉(zhuǎn)的電動機在多個方向來驅(qū)動,需要開關(guān)裝置,即順時針方向(CW)和逆時針方向(CCW)中,需要四個開關(guān)設(shè)備被設(shè)置安裝到到 DC 性的電動機, ADC性電動機或交流(AC )馬達需要至少六個開關(guān)元件,其具有被獨立控制的裝置。另外,用于檢測轉(zhuǎn)子角度的傳感器是必要的,可以使一個馬達和驅(qū)動器是復(fù)雜的,緊湊的。羅孚 Mini 的規(guī)格表 1(1986 )參數(shù)規(guī)格 發(fā)動機 規(guī)格 998 毫升;最大功率: 31 馬力;最大扭矩:7.1(千克力·米) 。外形尺寸 長 3054 毫米;寬度 1440 毫米;高度 1330 毫米;軸距2036 毫米。重量 680 千克。驅(qū)動輪 4 個驅(qū)動形式 前置發(fā)動機四輪驅(qū)動。變速器 四檔手動變速箱。 從討論中可以看到,直流性的馬達的旋轉(zhuǎn)只在一個方向上是最簡單的配置與其它配置相比。該配置可以通過安裝或配套在背齒輪在車輛上使用。這并不是一件困難的要求,因為正常的氣發(fā)動機可以在一個方向上旋轉(zhuǎn)。它可能是一個另一種解決方案來改變電池和使用電路接觸,以提供電流流過負方向的電機之間的連接。在這種情況下,移動方向,向前或向后,由電動開關(guān)控制,不同于移動方向是由一個機械傳動控制的通常的汽車。然而,這是一個獨特的解決方案也僅適用于電動汽車。1.4 電池型號我們必須考慮為電動汽車驅(qū)動器提供動力的電池類型。鋰離子電池可能會在現(xiàn)有的電池其能量/重量比的最佳性能。然而,嚴格的電流控制在充電和放電的情況下是必需的,特別定購電池充電器在許多情況下被使用。如果電池的配置已定,這將是很難改變它的規(guī)格,如改變電壓,增加電池的數(shù)量放大的最大電流等造成其他方面的不便,鋰離子電池系統(tǒng)是非常昂貴的是成本較合適的電池的 10-100 倍。此外,鋰離子電池的安全性測試也沒有公布。由于上述原因,鉛蓄電池被選定為驅(qū)動電動汽車。 OPTIMA 黃頂蓋蓄電池,從OPTIMA 蓄電池,公司的深循環(huán)電池,標準鉛電池相比提供了更高的性能。2 電動汽車設(shè)計2.1 電動車的組件如前一節(jié)中討論,電動汽車最重要的部件是一個驅(qū)動馬達和馬達控制器。用于改裝電動車的電機是一個串接直流性電機,可在 72-120VDC 和 400 的電流最多。一種電動機控制裝置與電力開關(guān)器件可以在大多數(shù)電動汽車中使用的重要的組成部分,15kHz的接通和切斷 120 伏直流電源示于表 2,一起拍照的電動機和控制器在圖 2 中。2.2 驅(qū)動單元的設(shè)計表 2 EV 成分(重要部件只) 馬達 L91-4003 先進的直流馬達 控制器 121C7401 CURTIS油門 PB-6 CURTIS斷路器 YQD-200 通用電氣電氣接觸器 EV-200AAANA KILOVACE 米 Link10 model900092 Zantrex電池 YT-4.2LS Optima 蓄電池充電器 BL-20 K&WDC-DC 轉(zhuǎn)換器 1400E72/96-1201 CURTIS 圖 2:E-mini 車型的電動機與控制器轉(zhuǎn)化的主要對象是由一個驅(qū)動馬達的驅(qū)動裝置的設(shè)計和組裝, 一個離合器,飛輪和一個變速器。一種傳輸并不總是需要 EV,然而,我們利用原始傳輸延長有限的電機轉(zhuǎn)矩和速度,以便在各種驅(qū)動的情況下與適應(yīng)起來,剩余一回齒輪來實現(xiàn)反向驅(qū)動,采用直流馬達旋轉(zhuǎn)只在一個方向上。圖 3 示出一個單元,拍攝從車輛上拆下燃氣發(fā)動機。該情況下,發(fā)送的部分被去除加工過程來定位電動機軸的精確位置以及曲柄原發(fā)動機的軸。圖 4 和圖 5 示出了 原始傳輸,一個機加工的傳輸?shù)那闆r下,裝配有原始驅(qū)動單元,驅(qū)動馬達安裝在傳動系統(tǒng)的頂部。原來的發(fā)動機重量是 141 公斤包括一些小型的外圍設(shè)備,諸如發(fā)電機,起動電動機等等,而所述驅(qū)動單元具有電機的重量 87 公斤。最大開發(fā)驅(qū)動單元的扭矩為 6.91 N.M 和最大功率為 22.70 千瓦(30.45 馬力) 。圖 3:從 mini 車里移除發(fā)動機圖 4:mini 車的傳動系統(tǒng)圖 5:一種電機驅(qū)動單元,變速器和離合器表 3:對電池的數(shù)量可能的解決方案,電壓和總?cè)萘靠偡? 單一鏈接 雙(平行)連接 V 電池數(shù) 功率(千瓦時) 電池數(shù) 功率(千瓦時)72 6 4.32 8 8.6484 7 5.04 14 10.0896 8 5.76 16 11.52108 9 6.48 18 12.96120 10 7.2 20 14.4132 11 7.92 22 15.84144 12 8.64 24 17.28 2.3 電池配置用于連接多個電池來驅(qū)動電動機用于電動汽車存在各種可用的組合。大多數(shù)電機和電機驅(qū)動器可用于功率范圍 DC 72-144 V 的合適電池,電池配置是發(fā)展電動汽車的最重要的課題之一。它依賴于原車的尺寸和重量,電池的重量和電機的性能。用于產(chǎn)生 72 V 的電壓,至少需要 6 節(jié)電池(12 v)連接在一起。然而,電池在提供 4.32 千瓦的功率條件下的要求一個電池組容量 60Ah。通常,電動汽車每消耗 1 千瓦時的能量可以行駛 7 到 10 公里,對于正常使用的汽車,這能源是明顯不夠的。如果72 V 被認為是最好的系統(tǒng),對于該系統(tǒng)的最好解決辦法是將 12 個電池都安進汽車里,每六個一組與驅(qū)動系統(tǒng)相連,圖三顯示的是用 12V 的蓄電池可能方案。用于驅(qū)動的E-MINI,直流電源是由 8 節(jié)電池串聯(lián)連接,其額定電壓為 96 V 的電池的容量是 60Ah,在汽車上可以轉(zhuǎn)化為 5.76 千瓦時的電能,電池的充電可以通過一個車載充電器插在交流 100 伏插座,此方式可應(yīng)用于日本每一個家庭。自從電池充電的最大電流變?yōu)?8 A,不再特定需要特變得布線或大型斷路器。2.4 安裝圖 6:部件和接線的位置(A) ,發(fā)動機室(B) ,mini 車的大致圖(C)圖 6 示出組件的位置和 E-MINI 的布線。一種電動機,電動機控制器和節(jié)氣門位于發(fā)動機艙。節(jié)流閥是由導(dǎo)線連接到油門踏板,駕駛員可以以相同的方式用標準氣體轎廂操作轎廂。電池被放置在與發(fā)動機艙分開的地方,在后排座位的空間和后部行李空間。電池充電器也被安裝在那里,其中電線也是從汽油罐的蓋電池充電拉出行李室。圖 6b 和6c 示出發(fā)動機艙和 E-MINI 的概要。汽車的總重量達到 760 公斤,從汽車轉(zhuǎn)換之前減少80 千克。2.5 性能和指標要管理并獲得驅(qū)動用蓄電池的信息,一個 EMATER 安裝在 E-MINI 的駕駛艙,提供一個總電壓,電流流通,保持能量千瓦時,以及預(yù)計的時間內(nèi)為駕駛(圖 7) 。轉(zhuǎn)速表和時速表也安裝在左右座艙來獲取驅(qū)動電機的瞬時信息。一個 SPEEDO 米的工程作為一個標準的汽車實時動態(tài)圖 7:E-mini 的子期與車速,靜電計的駕駛艙,轉(zhuǎn)速表,時鐘。3 系統(tǒng)測試3.1 路面測試E-MINI 已授權(quán)一型車牌在公路上駕駛。E-MINI 可以由一個地方充電后一次后前往35 至 38 公里的距離。消耗約 3.5 至 4 千瓦的能量。因此, E-MINI 效率是在 8.75-10.85公里/ 千瓦時的范圍內(nèi)。圖 8 示出了能量消耗和電壓降作為行駛距離從 0 提高(開始)至 30 公里。圖 8: 剩余能量和電池電壓與旅行距離道路試驗3.2 電池充電圖 9:充電時間與充電電量圖 9 示出了所存儲的能量在電池使用車載充電器充電的變化。E-MINI 有發(fā)一個版型電池充電器是適用于 100 V AC ,因為最大電流被限制在 8 A,所以可以使用家庭用線。從圖 9 看出,50%的充電過程幾乎是在空的條件下進行近 2.5 小時,所以完全充電需要大約 5 小時。4 結(jié)論在這篇文章中,電動汽車項目通過羅孚迷你實現(xiàn)了清潔運輸,E-MINI 有 被授權(quán)駕駛在公共道路上取得了 38 公里通過一次充電行駛。電子?效率是 10.85公里/ 千瓦時最多,而它根據(jù)路況和駕駛是多種多樣的。由一個充電延長行駛距離將是我們未來的作品之一參考:豐田汽車公司,1997 年普銳斯。 http://toyota.jp/prius/ 豐田汽車公司。埃斯蒂馬混合。 http://toyota.jp/ estimahybrid/ 豐田汽車公司。鷂混合。 http://toyota.jp/ harrierhybrid/ 三菱汽車。i-MiEV 電動汽車。 http://www.mitsubishi-motors.co.jp/ miev.html 富士重工。 R1E。 http://www.fhi.co.jp/news/050709/ 050902.html 邁克爾 P.布朗與莎麗 PRANGE,1993 。MINI 保養(yǎng)及維修手冊,海恩斯 KTA 服務(wù)公司 Compornents 出版目錄 2004 - 2005