任 務(wù) 書院(系) 專業(yè)班級 學(xué)生姓名 一、畢業(yè)設(shè)計題目 純電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計工作自 年 月_ __日 起至 年 月 日止三、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行地點(diǎn): 四、畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容要求：要求運(yùn)用所學(xué)知識，分析電動汽車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及傳動機(jī)理，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動電動機(jī)、儲能裝置，選取適當(dāng)?shù)淖兯傺b置設(shè)計純電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)。最終上交的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容包括：1、開題報告一份；2、系統(tǒng)原理圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖、部件圖及明細(xì)表；3、完整的畢業(yè)論文一份；4、外文翻譯。指 導(dǎo) 教 師 系 (教 研 室 ) 系(教研室) 主任簽名 批 準(zhǔn) 日 期 接 受 設(shè) 計 任 務(wù) 開 始 執(zhí) 行 日 期 學(xué) 生 簽 名 開 題 報 告題 目 純電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)號 所 在 院 (系 ) 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 年 月 日1題 目 純電動車電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計一、 選題的目的及研究意義題目：純電動汽車電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計目的：符合所學(xué)專業(yè)，順應(yīng)時代的要求，是舊設(shè)備與新技術(shù)的結(jié)合過度點(diǎn)，具有創(chuàng)新性。研究意義：在當(dāng)今世界主流能源（石油等）日趨不可逆減少的情況下，人們漸漸的迫切需要一種新的能源代替老一代的作為動力源。隨著技術(shù)的日趨成熟，不論從動力來源，產(chǎn)生條件，做工過程，做功后的排放物，設(shè)備的損耗與保養(yǎng)等，電力驅(qū)動漸漸變的比傳統(tǒng)的熱傳動更具有優(yōu)越性。電與磁又不可分，在日后的技術(shù)擴(kuò)展，應(yīng)用拓寬方面也有優(yōu)勢。所以，研究純電動汽車是當(dāng)前的大方向，而核心的電力驅(qū)動系統(tǒng)也是研發(fā)的前沿。電動汽車將逐步替代石化燃料汽車已經(jīng)成為趨勢，除了動力源外，其傳動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，制動系統(tǒng)均與傳統(tǒng)汽車并無太大差別。綜合現(xiàn)有的汽車技術(shù)，提前研究電動汽車，分析其與傳統(tǒng)汽車的異同點(diǎn)，可以很好的為以后做技術(shù)儲備。二、綜述與本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域等2.1 本課題相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀：全球范圍內(nèi)研究電動車相關(guān)技術(shù)最早于上世紀(jì)七十年代，但因為2技術(shù)材料等原因的限制，截至到目前，廣泛意義的電動車也僅限于電動自行車與小載荷、短行程的小型汽車，或者有空間裝載大型電動機(jī)組的城市公交和軌道列車或者電生磁的磁懸浮列車。但這些車輛要么過大要么過小，不能很好的適應(yīng)我們的日常需求所以處于輔助地位。2.2 本課題相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢：隨著技術(shù)的發(fā)展，蓄電池的儲能增加，電動機(jī)的體積漸小，功率漸大，利用率大增，這也使得電力驅(qū)動從實(shí)驗室邁向?qū)嶋H應(yīng)用成為可能。日后用電力做功替代熱功是發(fā)展趨勢。作為主要交通工具的汽車也必將順應(yīng)時代潮流，燃料發(fā)動機(jī)將被電動機(jī)逐步取締?，F(xiàn)在各大汽車生產(chǎn)商已將較成熟的電動車產(chǎn)品投入市場，但因城市相關(guān)配套設(shè)施如充電站，維護(hù)點(diǎn)等建設(shè)不全面，等到電動車普及還有一段路要走。隨著風(fēng)電，水電，核電的發(fā)展，電力的主要獲取渠道也從火電漸漸轉(zhuǎn)移，成本也隨之降低，現(xiàn)在已經(jīng)有一些大型城市例如倫敦等配有城內(nèi)供電站使得電動車使用更方便。隨著充電方式的進(jìn)步，時間的減少，其應(yīng)用領(lǐng)域也從短途用車向著人們?nèi)粘Ｉ钣密囁D(zhuǎn)移。2.3 本課題的研究方法及應(yīng)用領(lǐng)域：現(xiàn)階段主要以試驗為主，通過理論驗證出經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的方案，試產(chǎn)樣車，做各項性能測試，安全測試，壽命測試等。測試結(jié)果良好的話，可小批量投放到市場（最好是大型城市，配套設(shè)備也相對齊全） 。市場反應(yīng)良好的話，政府也會適當(dāng)參與調(diào)整，到時候圍繞著電動汽車的一個產(chǎn)業(yè)網(wǎng)將會興起。從發(fā)電站，變電站，輸電線，充電站，3再到汽車的能源流動線。從材料科學(xué)，金屬化工發(fā)展的高儲能電池。車內(nèi) CAN 總線，電子控制。還有新一代的 4S 店及一系列售后維護(hù)保養(yǎng)產(chǎn)業(yè)。應(yīng)用前景是十分光明的。三、對本課題將要解決的主要問題及解決問題的思路與方法、擬采用的研究方法（技術(shù)路線）或設(shè)計（實(shí)驗）方案進(jìn)行說明3.1 本課題將要解決的主要問題及思路與方法：本課題將要解決的主要問題電動機(jī)、儲能裝置、變速器的選擇與布置，參考各個裝置的體積，功率，質(zhì)量來選擇合適的布局方式與正確的部件。參考現(xiàn)有的一些成熟技術(shù)與市場相關(guān)產(chǎn)品，吸取成功經(jīng)驗并運(yùn)用所學(xué)知識嘗試解決現(xiàn)有的一些不足之處。在將現(xiàn)有的成熟技術(shù)掌握驗證后考慮進(jìn)一步的改良。3.2 擬采用的研究方法或試驗方案：主要方法還是理論驗證。參考現(xiàn)有資料，結(jié)合所學(xué)知識進(jìn)行紙上測算，整體尺寸，變速裝置，電機(jī)性能，功效等數(shù)據(jù)。繪制草圖，擬定布局方案，繪制結(jié)構(gòu)圖，零件圖，裝配圖等。四、檢索與本課題有關(guān)參考文獻(xiàn)資料的簡要說明［1］肖生發(fā). 汽車構(gòu)造［M］.北京大學(xué)出版社,2006.［2］李卓森. 汽車知識縱覽［M］.機(jī)械工業(yè)出版社,2000.［3］徐維新. 現(xiàn)代汽車新技術(shù)［M］.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1999.［4］劉世愷. 汽車百年史話［M］.人民交通出版社,2005.［5］王望予. 汽車設(shè)計［M］.機(jī)械工業(yè)出版社,2004.［6］余志生. 汽車?yán)碚摚跰］.機(jī)械工業(yè)出版社,2004.4［7］傅定芳. 電工學(xué)基礎(chǔ)［M］.人民衛(wèi)生出版社,2006.［8］索左曼洛夫斯基.混合電動車輛基礎(chǔ)［M］.北京理工出版社,2001.［9］陳清泉. 現(xiàn)代電動汽車技術(shù)［M］.北京理工出版社,2004.［10］孫旭東.電機(jī)學(xué)［ M］. 清華大學(xué)出版社,2006.［11］網(wǎng)絡(luò).五、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程安排2014.03 ——2014.03.15 收集材料撰寫開題報告。2014.03.15——2014. 2014.04 開始初步設(shè)計，選擇合適電機(jī)，電池，變速裝置，做好大致布局，確定尺寸區(qū)間等，對電動車的整體設(shè)計及各部件布局做進(jìn)一步規(guī)劃。2014.04.05——2014.04.21 主要解決四個問題：（1）電動機(jī)的確定（2）蓄電池的確定（3）車的整體質(zhì)量確定(4)變速器確定。檢測所設(shè)計的系統(tǒng)的可行性與可靠性，性價比的考量。對所設(shè)計的汽車進(jìn)行數(shù)據(jù)測算，動力性，制動性，經(jīng)濟(jì)性的計算。2014.04.21——2014.05.20 總結(jié)設(shè)計心得，整理畢業(yè)設(shè)計所有資料，繪圖，撰寫設(shè)計說明書。2014.05.20——2014.06.01 準(zhǔn)備并答辯。5六、指導(dǎo)教師意見1．對開題報告的評語開題報告符合要求，內(nèi)容完整，時間安排合理2．對開題報告的意見及建議同意開題，按照開題報告內(nèi)容及時間完成畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 所在院（系）審查意見：審核通過6負(fù)責(zé)人簽字(蓋公章) 年 月 日 純電動車電力驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計［摘要］：我國是個人口大國，隨著近些年我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車的需求和保有量都迅速的加大，而由此引發(fā)的對能源的消耗，環(huán)境的影響問題漸漸嚴(yán)重。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。電動汽車是以電力作為能源、由電機(jī)驅(qū)動的的汽車。電動汽車具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和節(jié)能環(huán)保以及小噪聲的特點(diǎn)。所以發(fā)展電動汽車符合我國的基本國情。電動汽車動力總成主要包括能源系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)。動力總成是電動汽車最重要的子系統(tǒng)，決定了整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性，是電動汽車產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。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，通過對概念車型的計算，驗證該概念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)一步計算主要參數(shù)，分析電動汽車的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及傳動機(jī)理，選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動電動機(jī)、儲能裝置，選取適當(dāng)?shù)淖兯傺b置設(shè)計純電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)。［關(guān)鍵詞］：電動汽車 電力驅(qū)動系統(tǒng) 參數(shù)匹配 傳動系統(tǒng) Pure electric vehicles electric drive system designAbstract：Our country is populous country in recent years, with the rapid development of China's national economy, people's living standards improve, demand for cars and ownership are rapidly increasing, and the consequent energy consumption, the impact of environmental issues getting serious. Development of zero-emission, energy-efficient electric car is very important. Electric vehicles based on electricity as an energy source, driven by the motor car. Electric cars have a simple structure, easy to use and energy saving features and a small noise. Therefore, the development of electric vehicles in line with China's basic national conditions.Electric vehicle powertrain including energy systems, drive systems. Electric vehicle powertrain is the most important subsystem determines the vehicle's power and economy, and is key to the electric vehicle industry. In this paper, the design parameters of powertrain components research, design, and matched according to the main parameters of a pure electric vehicle performance requirements, by calculating the concept models to verify the feasibility of the concept vehicle dynamic performance. Analyze the impact of various factors driving mileage, maximum speed and maximum gradeability proposed could well improve the performance of electric vehicle measures and methods. Further calculations main parameters, as well as analysis of the structure and parameters of the transmission mechanism of electric vehicles, select the appropriate drive motor, energy storage devices, select the appropriate electric vehicle transmission design electric drive systems.Keywords: electric cars, electric drive systems, parameter matching, transmission目錄引 言 11.緒論 21.1 研究背景及意義 .21.2 國內(nèi)外純電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r .31.2.1 國外純電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r 31.2.2 國內(nèi)電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀 .41.2.3 現(xiàn)代純電動汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù) .62.電動汽車動力總成參數(shù)匹配與設(shè)計 .102.1 純電動汽車的動力總成 102.1.1 動力總成的基本形式 .102.1.2 動力蓄電池組及其管理系統(tǒng) .132.1.3 動力電機(jī)及其控制原理 .142.2 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)選擇與計算 .162.2.1 動力性能指標(biāo) .162.2.2 電動機(jī)功率選擇 .162.3 電池組的數(shù)量與容量的選擇 182.4 主減速比 與變速箱傳動比 的選擇 .200i gi2.5 計算實(shí)例 202.5.1 動力性能指標(biāo)的確立 .202.5.2 整車參數(shù)的確定 .202.5.3 電機(jī)參數(shù)確定 .212.5.4 電池組個數(shù)和容量的確定 .212.5.5 主減速比和變速箱傳動比的確定 .212.5.6 參數(shù)選擇小結(jié) .212.6 本章小結(jié) 223.動力總成控制策略設(shè)計 .233.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 233.1.1 整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) .233.1.2 CAN 網(wǎng)絡(luò)體系 253.1.3 控制系統(tǒng)的功能定義 .263.2 電機(jī)過載管理 273.2.1，電機(jī)負(fù)載過載 .273.3 能量管理策略 283.4 本章小結(jié) 294.全文總結(jié)和研究展望 305 參考文獻(xiàn) 32第 1 頁 共 31 頁引 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。中國已成為全球第一能源消費(fèi)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。交通運(yùn)輸業(yè)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，交通運(yùn)輸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，交通所造成的污染已經(jīng)影響到人們的生活質(zhì)量。例如最近各大城市的霧霾天氣。因此，降低能源消耗、減少環(huán)境污染，以保持交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展，已成為我國交通運(yùn)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環(huán)保的交通工具，它的投入運(yùn)行不僅對緩解能源危機(jī)以及環(huán)境問題有著重大的作用，對于我國自身相關(guān)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及我國汽車業(yè)在國際中的地位及競爭力也有著及其積極的意義。以電池為能源的電動汽車（EV）將成為 21 世紀(jì)中葉及其日后汽車工業(yè)和汽車運(yùn)輸?shù)闹髁ΑＪ澜绺鞔髧?、汽車公司、研究部門和科研大學(xué)，從 20 世紀(jì) 70 年代起就投入了大量的人力、物力和財力來開展 EV 的開發(fā)與研究，并且研制出多種多樣的 EV，其中有的已經(jīng)接近或達(dá)到內(nèi)燃機(jī)汽車的動力性能，其中部分車型已經(jīng)批量生產(chǎn)和投入運(yùn)營。我國將 EV 的研究和開發(fā)列為“十五”期間、“國家 865 計劃電動汽車重大專項”中的重點(diǎn)科技攻關(guān)項目，由科技部領(lǐng)導(dǎo)和組織了多個研究院所、企業(yè)、高等院校，來開展 EV 的研究和開發(fā)制造，使我國 EV 的開發(fā)和制造技術(shù)有了飛速的進(jìn)展。由于 EV 涉及到汽車車身、底盤、儲能電池、電動機(jī)、驅(qū)動系統(tǒng)、自動控制、新材料和新工藝等方面的科學(xué)和技術(shù)。而它們又都是獨(dú)立的系統(tǒng)學(xué)科和技術(shù)。本篇論文僅就以純電動汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象，對其結(jié)構(gòu)模型、驅(qū)動模式、特點(diǎn)和主要技術(shù)性能做了基本的研究和闡述。本篇論文中列舉了一些公式、插圖、和表格等，方便閱讀、參考和使用。第 2 頁 共 31 頁1.緒論1.1 研究背景及意義在當(dāng)今世界主流能源（石油等）日趨不可逆減少的情況下，人們漸漸的迫切需要一種新的能源代替老一代的作為動力源。汽車工業(yè)的高速發(fā)展以及人們對于汽車使用需求的不斷增加，帶動了汽車產(chǎn)量和保有量的持續(xù)上升。從而加劇了能源問題和環(huán)境問題。我國是個人口大國，隨著近些年我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車的需求和保有量都迅速的提升，而由此引發(fā)的能源、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重。從 1993 年開始，中國就開始成為石油凈進(jìn)口國。此后幾年內(nèi)，我國的石油進(jìn)口量每年遞增1000 萬噸左右，而且逐年加大。2003 年遞增量達(dá)到 2000 萬噸。2004 年，中國原油進(jìn)口達(dá) 1.227億噸，首次突破 1 億噸大關(guān)。2006 年，中國原油進(jìn)口量達(dá) 1.452 億噸，2007 年我國的石油進(jìn)口量幾乎突破兩億噸，比專家預(yù)計的年限提前了 3 年。目前，中國己成為全球第二大能源消費(fèi)國，預(yù)計能源消費(fèi)的增長勢頭還將繼續(xù)。國際能源機(jī)構(gòu) (IEA)預(yù)測，隨著越來越多中國消費(fèi)者購買汽車，到2030 年后，中國石油消耗量的 80%將需要依靠進(jìn)口。汽車尾氣中含有上百種不同的化合物，其中的污染物有固體懸浮微粒、一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、鉛顆粒及硫氧化合物等。一輛轎車一年排出的有害廢氣比自身車重重 3 倍。在我國南方的許多城市，汽車尾氣己經(jīng)超越工業(yè)污染成為大氣污染的首要污染源，汽車尾氣被市民評為“最不可忍受的污染物” 。在位列我國第一批環(huán)保模范城的深圳市，大氣污染中機(jī)動車尾氣污染己占 70%，每年排放的各種有害物質(zhì)達(dá) 20 多萬噸，并且每年以超過 20%的速度上升?？刂破囄廴荆蔀樵撌忻磕暾匍_“兩會”期間的熱點(diǎn)話題。以解決能源危機(jī)與環(huán)保需求問題為出發(fā)點(diǎn)，以純電動汽車為代表的新能源汽車的發(fā)展受到全球廣泛關(guān)注。純電動汽車具有低噪聲、無污染、能量來源多樣化、能量效率高的特點(diǎn)，是解決城市化中的汽車問題的最佳途徑。發(fā)展純電動汽車將對調(diào)整我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高重點(diǎn)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和市場競爭能力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)且積極的影響。純電動汽車的研發(fā)是電動汽車發(fā)展的首要著手點(diǎn)。根據(jù)我國目前發(fā)展的具體國情結(jié)合汽車使用管理和運(yùn)行優(yōu)勢，首先發(fā)展純電動汽車并使其商業(yè)化更符合我國的實(shí)際情況。隨著技術(shù)的日趨成熟，不論從動力來源，產(chǎn)生條件，做工過程，做功后的排放物，設(shè)備的損耗與保養(yǎng)等，電力驅(qū)動漸漸變的比傳統(tǒng)的熱傳動更具有優(yōu)越性。其充電的便利性，維護(hù)成本低下，安全性能更高等優(yōu)勢將逐步被社會接納認(rèn)可。電與磁又不可分，在日后的技術(shù)擴(kuò)展，應(yīng)用拓寬方面也有優(yōu)勢。所以，研究純電動汽車是當(dāng)前的大方向，而核心的電力驅(qū)動系統(tǒng)更是研發(fā)的前沿。電動汽車將逐步替代石化燃料汽車已經(jīng)成為趨勢，除了動力源外，其傳動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，制動系統(tǒng)均與傳統(tǒng)汽車并無太大差別。綜合現(xiàn)有的汽車技術(shù)，提前研究電動汽車，分析其與傳統(tǒng)汽車的異同點(diǎn)，可以很好的為以后做技術(shù)儲備。第 3 頁 共 31 頁1.2 國內(nèi)外純電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r1.2.1 國外純電動汽車的發(fā)展?fàn)顩r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） 。從 20 世紀(jì) 70 年代起，世界發(fā)達(dá)國家均投入巨資進(jìn)行電動汽車的商業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用。經(jīng)歷了基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)突破、產(chǎn)品開發(fā)和試驗，車隊和小區(qū)域的試用，現(xiàn)在正在轉(zhuǎn)入小批量商業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用探索的階段。美國政府以能源部為中心，在電動汽車的研制開發(fā)過程中連續(xù)的逐年遞增投入資金。1976 年美國制訂了電動車輛研究計劃。1984 一 1985 年美國能源部撥款 1900 萬美元支持電動車的研制。據(jù)美國電動汽車協(xié)會 1995 年發(fā)表的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國有 190 家電動汽車研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)。通用的電動車第二代 EV-l 與 1996 年開始小批量商業(yè)化生產(chǎn)。至 2000 年大約售出 1110 輛。福特公司 2002 年推出全新的 THINK 都市車。不過近些年由于純電動車的價格太高且續(xù)駛里程未能滿足使用者的需求，因此諸如 EV-1、Chrysler EPIC 等第一代技術(shù)不是很成熟的電動汽車已相繼停產(chǎn)。然而美國國家實(shí)驗室還繼續(xù)進(jìn)行純電動汽車的先進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)、先進(jìn)電池及其管理系統(tǒng)等的深入研究。另外小型、低速、特種用途的純電動汽車也在不斷的發(fā)展。歐洲各國成立了歐洲電動汽車協(xié)會，并得到歐洲經(jīng)濟(jì)委員會的支持和資助。法國的標(biāo)致一雪鐵龍與雷諾兩大汽車公司一直在積極研制電動汽車，1990 年 J5 和 C25 電動貨車投人生產(chǎn)，1995 年標(biāo)致和雪鐵龍電動汽車投入生產(chǎn)。法國在電池、電子控制和電機(jī)技術(shù)等電動汽車技術(shù)方面列世前茅。1992 年德國政府撥款 2200 萬馬克，在呂根(Rugen)島建立歐洲電動汽車試驗基地。戴姆勒公司計劃在 2010 年推出小型車 smart 品牌和豪華車梅塞德斯一奔馳品牌的電動車。目前 Eleetri。Smart在歐洲部分城市己有運(yùn)行。如圖 1.1 所示為 Eleetricsmart 正在倫敦街頭運(yùn)行和在充電站充電。圖 1.1 在城市中運(yùn)行的 EleetrieSmart日本政府一直很重視電動汽車的發(fā)展，很早就制定了電動汽車發(fā)展計劃。1991 年通產(chǎn)省制定了第三屆電動汽車普及計劃，用于推動電動汽車的普及與應(yīng)用，日本各汽車制造商均開始了純電動第 4 頁 共 31 頁汽車的開發(fā)。1997 年后日本汽車制造商推出了裝載鎳氫、鐳離子電池的第二代純電動汽車。90 年代末，豐田公司研制出 RAV-4 型純電動車。尼桑汽車公司 1998 年在日本和美國銷售的 Ahra-EV 公司自己開發(fā)的鏗離子動力電池，使用壽命約為 10 年。三菱公司在 1999 年底展出的 FTO-V 上，裝備了新開發(fā)大容量、高輸出的鐳離子電池和大功率的永磁同步電動機(jī)。目前世界各國政府和著名的汽車制造商都在如火如茶的進(jìn)行電動汽車產(chǎn)品的開發(fā)，其中以美國的藍(lán)鳥客車公司、英國的 FRAZER-ASH 公司為代表的電動客車和電動轎車已經(jīng)上市，在英國已有 4萬多輛電動汽車在使用。法國則是世界上推廣應(yīng)用純電動汽車最成功的國家之一，成立了電動汽車推廣應(yīng)用國家部際協(xié)調(diào)委員會，在巴黎和拉羅謝爾已經(jīng)建立了比較完善的純電動汽車充電站網(wǎng)等純電動車運(yùn)行需要的基礎(chǔ)設(shè)施，制定了優(yōu)惠的支持和激勵使用電動汽車的政策，且已經(jīng)初步形成了純電動汽車運(yùn)行體系。在近年的國際性大型運(yùn)動會上，電動汽車也成為各國展示其科技實(shí)力和環(huán)保意識的工具之一。亞特蘭大奧運(yùn)會使用了美國藍(lán)鳥客車公司生產(chǎn)的純電動客車作為公務(wù)和電視轉(zhuǎn)播車，悉尼奧運(yùn)會購買了英國 FRAZER-NASH 公司的近 400 輛電動客車作為接送運(yùn)動員車輛。 1.2.2 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)化方面差距不大。新的中國汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃中稱，將實(shí)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(bǔ)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(diǎn)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。 “九五”期間，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(shí)施，同期國內(nèi)推出了若干種電動汽車樣車。 “十五”和“863”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(diǎn)，力爭在電動汽車關(guān)鍵儲能技術(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(kuò)大新能源的研發(fā)范疇。我國電動汽車重大科技專項實(shí)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。北京理工大學(xué)承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目和 2008 年北京奧運(yùn)會電動車項目，同時承擔(dān)北京市電動汽車示范運(yùn)行管理中心的籌建和運(yùn)行管理工作。以北京理工大學(xué)、北京理工科凌電動第 5 頁 共 31 頁車股份有限公司、北京公交車廠和北方華德客車股份有限公司為團(tuán)隊的北京純電動客車已順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運(yùn)行車組驗收。小批量研發(fā)生產(chǎn)的 4 種車型近 40 輛公交車已經(jīng)投入北京市一區(qū)一線電動示范車隊的示范運(yùn)行。同濟(jì)大學(xué)和上海燃料電池汽車動力系統(tǒng)有限公司等共同承建國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃電動汽車重大專項燃料電池項目，也已試制出“春暉一號” 、 “春暉二號”和“超越”系列混合動力電動車。西安交通大學(xué)在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究開發(fā)了 15項國家發(fā)明專利，正式授權(quán) 5 項。在國家“十五” 、 “十一五”863 重大項目支持下，重點(diǎn)開展電動汽車動力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，己開發(fā)純電動微型汽車、純電動高速轎車、plug-in 混合動力轎車以及混合動力公交客車 4 個動力系統(tǒng)平臺。形成了年產(chǎn) 6 萬輛純電動轎車總裝線和年產(chǎn) 8 萬套動力系統(tǒng)的生產(chǎn)線。純電動轎車己批量出口歐美，截至 2008 年，清源公司已累計出口各類電動汽車 3000 余輛。北京奧運(yùn)會、殘奧會期間，有 500 輛純電動、混合動力和燃料電池汽車為奧運(yùn)服務(wù)，其規(guī)模超過歷屆奧運(yùn)會，成為展示“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”理念的移動名片。500 輛新能源車輛，均是我國 863 計劃的自主創(chuàng)新研發(fā)成果，包括 55 輛純電動大客車、25 輛混合動力客車、75 輛混合動力轎車、20 輛燃料電池轎車、3 輛燃料電池城市客車以及 320 多輛各類純電動場地車。如圖 1.2 所示，為我國已經(jīng)研制并投入到實(shí)際運(yùn)行的純電動轎車和純電動客車。圖 1.2 純電動轎車和奧運(yùn)中的純電動客車配合純電動車輛運(yùn)行的地面配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也取得了一定的成就。奧運(yùn)期間北京建成了一套較完善的配套設(shè)施，包括為車輛提供能量補(bǔ)充的充電站及充電監(jiān)控網(wǎng)絡(luò);對車輛的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控、運(yùn)行數(shù)據(jù)自動化采集、記錄和分析的電動汽車智能化管理系統(tǒng);車輛日常維護(hù)、保養(yǎng)的綜合服務(wù)體系。這套設(shè)施是國際上規(guī)模最大、充電機(jī)數(shù)量最多的電動汽車充電站，并首次實(shí)現(xiàn)了電池更換自動化。整個充電站占地面積 5000 平方米，站內(nèi)布置 240 臺 9 千瓦充電機(jī)。在奧運(yùn)期間通過自動更換、機(jī)械實(shí)施動力電池分箱組合式快速更換，為 50 輛京華電動客車提供 24 小時電池充電、更換服務(wù)，以及相應(yīng)的整車、電池維護(hù)保養(yǎng)服務(wù)。第 6 頁 共 31 頁圖 1.3 純電動車充電站和正在充電的電動車完善廣闊的充電輔助網(wǎng)絡(luò)的配備是純電動車的運(yùn)行和發(fā)展的關(guān)鍵。國家電網(wǎng)公司已經(jīng)下發(fā)“加快各地充電站建設(shè)”的通知。明確支持加快在上海、北京、天津等大城市加快電動汽車充電站建設(shè)。在幾大城市的首批充電站建成后，將成為“示范運(yùn)行”的純電動汽車補(bǔ)充電力的基站。全國范圍內(nèi)大規(guī)模建設(shè)電動汽車充電站網(wǎng)絡(luò)展露曙光。目前國內(nèi)自主研發(fā)的純電動轎車和純電動客車很多均已進(jìn)行了國家質(zhì)檢中心的型式認(rèn)證試驗，各項性能指標(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。純電動轎車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程、噪聲等指標(biāo)己超過法國雪鐵龍公司等國外大型汽車生產(chǎn)企業(yè)研制的純電動轎車和廂式貨車，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。1.2.3 現(xiàn)代純電動汽車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)純電動車以動力電池作為能源，由電動機(jī)驅(qū)動，基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可分為 3 個子系統(tǒng)，即電力驅(qū)動子系統(tǒng)、主能源子系統(tǒng)和輔助控制子系統(tǒng)。純電動車相對于傳統(tǒng)車在技術(shù)優(yōu)勢上有很多有利條件。純電動車因采用電池而帶來在能源、環(huán)保和降噪方面顯示出優(yōu)越性和具有強(qiáng)大的競爭能力，采用電機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和再生制動功能，除此之外電動汽車還能更快地實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和采用現(xiàn)代電子控制技術(shù)?，F(xiàn)代電動車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的理論基礎(chǔ)是將汽車技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源存儲技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化?？偨Y(jié)起來純電動車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個方面。1 高功率密度驅(qū)動電機(jī)研究電動車輛的驅(qū)動電機(jī)屬于特種電機(jī)，它是電動汽車的關(guān)鍵部件。要使電動汽車有良好的使用性能，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)具有寬的調(diào)速范圍及高的轉(zhuǎn)速，足夠大的啟動扭矩，體積小、質(zhì)量輕、效率高且有動態(tài)制動強(qiáng)和能量回饋的性能。目前電動汽車所采用的電動機(jī)中，直流電動機(jī)基本上己被交流電動機(jī)、永磁電動機(jī)或開關(guān)磁阻電動機(jī)所取代。電動汽車所用的電動機(jī)正在向大功率、高轉(zhuǎn)速、高效率和小型化方向發(fā)展。當(dāng)今世界己研制出功率密度超過 1kw/kg，額定點(diǎn)的效率大于 90%的小型電動機(jī)，電機(jī)滿足低速恒扭矩、大扭矩和高速恒功率的牽引控制要求。常用的電機(jī)基本特性比較如下表 1.1 所示:第 7 頁 共 31 頁表 1.1 各種電機(jī)基本特性對比· 直流電機(jī) 交流感應(yīng)電機(jī) 永磁式電機(jī) 開關(guān)阻尼電機(jī)功率密度 低 中 高 較高過載能力（%） 200 300～500 300 300～500峰值效率（%） 85～89 94～95 95～97 90負(fù)荷效率（%） 80～87 90～92 85～97 78～85功率因數(shù)（%） - 82～85 90～93 60～65恒功率區(qū) - 1:5 1：2.25 1:3轉(zhuǎn)速范圍（r/min）4000～6000 12000～20000 4000～10000 15000可靠性 一般 好 優(yōu)良 好結(jié)構(gòu)的堅固 差 好 一般 優(yōu)良電機(jī)尺寸 大 中 小 小電機(jī)質(zhì)量 重 中 小 小2 車用動力蓄電池的選擇目前主要限制電動汽車發(fā)展的是車用動力蓄電池，其比能量、比功率、循環(huán)使用壽命低和成本高。因蓄電池的性能決定了電動汽車的性能指標(biāo)，能量密度決定電動汽車一次充電續(xù)駛里程，功率密度決定電動汽車的加速性能和最高車速。當(dāng)前世界各發(fā)達(dá)國家都制定了相應(yīng)的發(fā)展電動汽車動力蓄電池的計劃，如美國三大公司于 1991 年 1 月簽定了一個為期 12 年的協(xié)議，成立了先進(jìn)電池研究聯(lián)合體，合作研究車用蓄電池，并發(fā)布了中長期目標(biāo)，如表 1.2 所列?？勺鳛殡妱悠囆铍姵氐挠泻芏喾N，如鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鈉硫、鐳離子及飛輪電池和燃料電池等，其中最有前景的是鎳氫、鈉硫、鐳離子及飛輪電池和燃料電池。表 1.2 先進(jìn)蓄電池中長期目標(biāo)性能 中期目標(biāo) 長期目標(biāo)比能量（C/3 放電率）/(W·h·kg )1?80～100 200比功率（80%放電深度）/(W·kg )150～200 400循環(huán)壽命（80%放電深度）/次 600 1000銷售價格/（美元/Kw·h） 55km/h;最大爬坡度15%;0-40km/h 的加速時間150km。2.2.2 電動機(jī)功率選擇電機(jī)具有一定的效率特性，即在一定的轉(zhuǎn)速和功率，對應(yīng)一定的效率。由于純電動汽車的能量源是有限的，在選擇電機(jī)功率時，盡量使電機(jī)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，能夠經(jīng)常處于高效率的范圍，以獲得較高的能量轉(zhuǎn)化效率。根據(jù)純電動汽車的最高車速選擇，電機(jī)功率的選擇既要滿足整車具有一定的車速，又要根據(jù)整車的使用條件，使得電機(jī)經(jīng)常在趨近滿負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行。必須滿足純電動汽車最高車速的要求，以保證在良好的工況下或空載時，能以較高的車速行駛?？紤]純電動汽車主要是作為城市交通工具，大多數(shù)情況下是以中、低速駛，因此，電機(jī)的功率不能選擇得過大，否則會使其經(jīng)常處于部份負(fù)荷下工作，使得電機(jī)效率大大下降，浪費(fèi)蓄電池有限的電能。若給出了期望的最高車速，選擇的電機(jī)功率應(yīng)大體上等于但不小于最高車速行駛時所需功率之和，即：第 16 頁 共 31頁(2-1)????????VCPAMgfdT3maxmaxer 76140301?式中： ——電機(jī)額定功率erPM——整車質(zhì)量g——重力加速度f——滾動阻力系數(shù)——最大車速maxV——空氣阻力系數(shù)dCA——迎風(fēng)面積——動力傳動系統(tǒng)效率Tη在給定，M，g，f， ， ，A， 值后，便能求出應(yīng)有功率值maxVdCTη 根據(jù)純電動汽車的加速性能要求選擇電機(jī)的功率越大，則純電動汽車的后備功率就越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會增加純電動汽車不必要的能量消耗。在水平良好路面上，車輛的行駛加速度計算式為：(2-2)MδF-= dfwttv?式中： ——車輛行駛驅(qū)動tF——車輛行駛空氣阻力w——車輛滾動阻力f——轉(zhuǎn)動質(zhì)量換算系數(shù)，對純電動汽車其計算式為δ(2-3))rηiI(M1+ IW1=2T0gf2??r式中： ——驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動慣量wI——電機(jī)輸出軸和傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量f——變速箱傳動比gi——主減速器傳動比0r——車輪半徑第 17 頁 共 31頁——動力傳動系統(tǒng)效率Tη由以上兩式可知，純電動汽車由起步加速到車速V的加速時間為：(2-4)F-M3.61=tdVfWt0????v根據(jù)車輛的爬坡性能要求來選擇純電動汽車的運(yùn)動方程式：= + + + (2-5)tfwij式中： ——純電動汽車的驅(qū)動力tF——純電動汽車滾動阻力，f；cosαgM=f?——純電動汽車的空氣阻力，在爬坡時，速度低可忽略此項，wF——純電動汽車坡道阻力，i；sinαg=i?——加速阻力，因在勻速爬坡時，故加速度為零jFα——坡道角度由上式可知，純電動汽車的爬坡度計算式：(2-6)arctn(f)-)1gMFarcsin(=α2Wtf??由以上各式可知，電機(jī)額定功率的取值應(yīng)滿足：按照式（3-1）的計算最高車速不小于期望值車速 ；maxV按照式（3-4）的計算起步加速時間不超過期望值 ；T按照式（3-6）的計算爬坡角度最大值不小于期望值 。max?由于電動汽車行駛工況較為復(fù)雜，需要電機(jī)有一定的過載能力，即能承受較大的過載電流，電機(jī)最大功率取值：(2-7)ermax,Pλ=?式中： ——電機(jī)過載系數(shù)。?第 18 頁 共 31頁2.3 電池組的數(shù)量與容量的選擇1.電池組數(shù)量的選擇動力電池組串聯(lián)起來為電機(jī)供電，動力電池模塊最小數(shù)目：(2-8)U=Nminb,inB,式中： ——動力電池模塊最小數(shù)目；minB,N——電機(jī)最小工作電壓， V；i,U——動力電池模塊最小電壓， V；minb,動力電池需向電機(jī)提供足夠的功率以滿足電機(jī)的峰值功率要求，池模塊數(shù)目的最大值為：(2-9)mηDP 10=Nodpowerax,maxB,式中： ——動力電池模塊最大數(shù)目；maxB,N——電機(jī)最大功率， kw；,P——動力電池功率密度，W/kg；powerD——電機(jī)及其系統(tǒng)控制效率；mη——動力電池模塊質(zhì)量， kg。od2.電池組容量的選擇動力電池的容量主要是由純電動汽車的續(xù)駛里程決定，限值可由設(shè)計的純電動汽車的續(xù)駛里程范圍得到：(2-10)DOUe360L=Cb?式中： ——動力電池組容量， A·h；bCL——續(xù)駛里程，km；e——單位距離消耗的能量，kj/km；——動力電池組模塊工作電壓， V；bUDOD——放電深度；在選擇電池的容量時，既要滿足汽車的續(xù)駛里程的設(shè)計要求，又要考慮整車的空間結(jié)構(gòu)幫底盤第 19 頁 共 31頁承載能力。因為選擇電池容量越大，電池組所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應(yīng)延長，但電池組的重量增加，整車的整備質(zhì)量增加，導(dǎo)致行駛阻力也增加，反過來又影響純純電動汽車的續(xù)駛里程。2.4 主減速比 與變速箱傳動比 的選擇0igi在選擇變速箱傳動比的時候，存在無檔或多檔兩種方案，主要根據(jù)所選電機(jī)的性能和動力性的要求來確定，如果所選電機(jī)的調(diào)速范圍足夠?qū)?，能夠達(dá)到動力性和最高車速的要求，就可以直接采用固定速比的變速箱，這樣不僅可以減輕純電動汽車的質(zhì)量，而且駕駛時無需換檔，駕駛更為輕松。設(shè)總的傳動比為。（1） 的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高行駛速度要求，由最高車速 與電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 確定zi maxVmaxn傳動比的上限。(2-11)maxzr/0.37≤i?(2) 由電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 和最高車速對應(yīng)的行駛阻力 確定速比的n,TmaxF下限值。(2-12))r/(ηF≥imaxn,Tmaxz?（3）由電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩 和最大爬坡度對應(yīng)行駛阻力 確定。a,Tmax,F?(2-13))r/(iax,Tmax,z??當(dāng) 確定以后就可以確定 的大小。0i g(2-14)/i=0z2.5 計算實(shí)例2.5.1 動力性能指標(biāo)的確立此電動汽車初步指標(biāo)定位：最高車速55km/h;最大爬坡度15%;0-40km/h 的加速時間150km。2.5.2 整車參數(shù)的確定綜合任務(wù)書，結(jié)合相關(guān)參考資料，暫得出此次設(shè)計的汽車整車參數(shù)為此次設(shè)計的車輛整車質(zhì)量（滿載）暫定為900kg，車寬1700mm，前后輪距2100mm。詳細(xì)參數(shù)見表2.2第 20 頁 共 31頁參數(shù)名稱 符號 單位 數(shù)值整車質(zhì)量（滿載） M Kg 900滾動阻力系數(shù) f 0.02空氣阻力系數(shù) dC0.3迎風(fēng)面積 A 2m2.21車輪滾動半徑 r m 0.29傳動系機(jī)械效率 Tη0.9表2.22.5.3 電機(jī)參數(shù)確定根據(jù)式（2-1） 可求得 6.9kw，取????????VCPAMgfdT3maxmaxer 76140301?erP=13kw。erP2.5.4 電池組個數(shù)和容量的確定根據(jù)式（2-8） 計算電池模塊最小數(shù)目 =8，由式（2-9） U=Nminb,inB, minB,N可得電池模塊最大數(shù)目 =12，取 =10。由式(2-10) ηDP 10=odpowerax,maxB, ax,得電池容量 57.9A·h，實(shí)際取容量120A·h 。 OU36LCb?bC2.5.5 主減速比和變速箱傳動比的確定由式（2-11--2-13) ， ，maxzr/V0.37≤i? ) Tr/(ηF≥imax,max,z??，可得7.695 11.529，取 =5.125， =2.14maxzr/V0.37≤i? iz0gi2.5.6 參數(shù)選擇小結(jié)各部件參數(shù)見表2.3第 21 頁 共 31頁部件 設(shè)計參數(shù) 設(shè)計值電機(jī)（AC） erPmax,ernmaxrUI13kw24kw2956r/min5800r/min75V57.8A鋰離子電池 額定輸出電壓額定標(biāo)準(zhǔn)放電容量120V120A·h傳動系 主減速比固定速比5.1252.142.6 本章小結(jié)1) 通過比較常見的幾種純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的布置方案發(fā)現(xiàn)：電動輪方案雖然有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)，但相關(guān)的技術(shù)并不是十分的成熟，考慮到現(xiàn)在交流電機(jī)及其控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，變速范圍很寬，同時所設(shè)計的純電動汽車主要用于城市交通，所以采用了固定速比的方案。2) 由于飛輪電池和超級電容用作純電動汽車儲能元件仍存在著一些技術(shù)難點(diǎn)和缺陷，使得蓄電池成了目前純電動汽車儲能元件的主流。作為近期目標(biāo)鉛酸電池仍將在純電動汽車上得到廣泛的應(yīng)用，而鎳氫電池、鋰離子電池、鎳氫電池隨著技術(shù)的不斷成熟、造價和使用成本的降低使用將越來越廣泛。3) 隨著功率半導(dǎo)體性能的不斷提高和價格的降低，交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)將成為未來的主流；永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，隨著成本的降低和可靠性的迸一步提高，在純電動汽車上也將在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用；4) 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)同時滿足車輛的動力性能和續(xù)駛里程要求，在動力性能指標(biāo)和續(xù)駛里程指標(biāo)確定的情況下，運(yùn)用基本的汽車?yán)碚摵碗姍C(jī)知識進(jìn)行動力學(xué)匹配計算，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)的合理選擇。第 22 頁 共 31頁3.動力總成控制策略設(shè)計純電動汽車動力總成的控制是基于整車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。純電動汽車整體上按照電驅(qū)動的特點(diǎn)可劃分為由電力驅(qū)動系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。其中電力驅(qū)動系統(tǒng)由驅(qū)動電機(jī)及電機(jī)控制單元、機(jī)械傳動裝置和驅(qū)動車輪等組成;能源系統(tǒng)由動力蓄電池組及電池的能量管理系統(tǒng)和充電等系統(tǒng)組成;整車控制系統(tǒng)由整車控制器及網(wǎng)絡(luò)通訊等系統(tǒng)組成;輔助系統(tǒng)是由車載顯示等其它系統(tǒng)組成。整車控制系統(tǒng)除了需要完成動力總成的控制之外同時還需要管理其它附屬部件，并協(xié)調(diào)好各個部分工作，完成通訊和控制，使它們正?？煽康墓ぷ鳎ＷC車輛獲得較好的動力性和經(jīng)濟(jì)性。為了保證整車的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和安全可靠，在對純電動客車動力總成控制的設(shè)計上，要以整車性能為目標(biāo)，主要從能量協(xié)調(diào)管理、驅(qū)動和制動等方面入手。控制策略考慮以下因素:在車輛行駛過程中，使動力電池組避免過度放電和過度充電，延長動力電池組的使用壽命;使電機(jī)避免長時間過載，盡可能的工作在高效區(qū);使車輛制動時完成能量回饋，提高車輛的行駛經(jīng)濟(jì)性。3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能3.1.1 整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整車控制系統(tǒng)要根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的整車及部件工作的狀況，在能保證安全和動力性要求的前提下代替駕駛員選擇盡可能優(yōu)化的工作條件，合理的控制能量的流動輸出，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)燃油車相比，純電動車使用了更多的控制系統(tǒng)，例如電池組管理及其控制系統(tǒng)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電動空調(diào)及其控制系統(tǒng)、駕駛員信息顯示和預(yù)警系統(tǒng)等等。為了完成各個控制系統(tǒng)間信息的傳遞和交換，綜合考慮可靠性、成本等因素，電動汽車需要進(jìn)行整車網(wǎng)絡(luò)化綜合控制和管理。電動汽車整車控制系統(tǒng)是由整車控制器、通訊系統(tǒng)、部件控制器以及駕駛員操縱系統(tǒng)構(gòu)成。純電動客車整車控制系統(tǒng)以整車控制器為中心，通過 CAN 通信建立起來的控制通信網(wǎng)絡(luò)?？刂坪唸D如圖 3.1第 23 頁 共 31頁圖3.1車內(nèi)CAN控制線示意圖純電動車整車控制系統(tǒng)部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作傳送信息量大。需要整車控制系統(tǒng)從全局的角度協(xié)調(diào)控制汽車各部件的工作狀態(tài)，從而完成性能設(shè)計目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的部件都有自己的控制器，為實(shí)現(xiàn)分布式分層控制提供了基礎(chǔ)，可以完成控制系統(tǒng)的的拓補(bǔ)分離和功能分離?？刂破魇窍到y(tǒng)核心，承擔(dān)了數(shù)據(jù)交換、安全管理和能量分配的任務(wù)。純電動客車通過整車控制器與駕駛員進(jìn)行信息的交流。駕駛員的駕駛意圖通過操縱部件把信息直接發(fā)送給整車控制器。駕駛員所能控制的是鑰匙開關(guān)、加速踏板、制動踏板、變速箱擋位等，整車控制器則是將鑰匙開關(guān)、加速踏板、制動踏板、變速箱檔信息及 CAN 網(wǎng)絡(luò)上其它控制系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、車輛傳感器數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集處理，同時將其處理結(jié)果以控制消息的方式通過 CAN 總線發(fā)布，其它控制系統(tǒng)的中央處理單元根據(jù)從 CAN 總線接收的信息進(jìn)行相應(yīng)的操作處理。與此同時，整車控制器又將必要的信息通過車輛儀表顯示出來。這樣，整車控制器就實(shí)現(xiàn)了與駕駛員的溝通和整車的控制。整車控制器需要處理的信號和數(shù)據(jù)如表 3.1 所示。表 3.1 控制系統(tǒng)傳輸處理數(shù)據(jù)匯總模擬量 加速踏板開度、制動踏板開度、制動主缸壓力、車速整車信息 開關(guān)量 鑰匙開關(guān)、充電開關(guān)、方向信號、檔位信號、前進(jìn)、后退、控制器開關(guān)、暖氣開關(guān)、氣泵開關(guān)、油泵開關(guān)、手制動開關(guān)等電機(jī)信息 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度；電樞的電流、電壓、報警信號等電池信息 電池的總電壓、總電流、動力電池組充電狀態(tài)、SOC 值、電池單體溫度和電壓等第 24 頁 共 31頁3.1.2 CAN 網(wǎng)絡(luò)體系CAN 的全稱是 ContronerAreaNetwork 是控制器局域網(wǎng)的簡稱。CAN 總線是德國 Bosch 公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多電控模塊之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場總線范疇。CAN總線的設(shè)計充分考慮了汽車上惡劣工作環(huán)境，可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通信距離跟波特率有關(guān)，通信可靠性較高。CAN 總線在諸多現(xiàn)場總線中獨(dú)占鰲頭，成為汽車總線的代名詞，現(xiàn)已被列入 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為 ISO11898。與一般的通訊總線相比，CAN 總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時性和靈活性。其特點(diǎn)可以概括如下:(l)通信方式靈活，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時刻主動向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。(2)CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時要求。(3)在發(fā)生信息傳送碰撞時，低優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。(4)CAN 只需要通過報文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)。一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接受數(shù)據(jù)，無需專門“調(diào)度” 。(5)CAN 的直接通信距離可達(dá) 10km(傳輸速率在 5Kbps 以下);最高通訊速率可達(dá) 1MbPs。(6)CAN 上節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路，目前最多可達(dá) 110 個。(7)CAN 總線通信格式采用短幀格式，傳輸時間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯效果。(8)CAN 的每幀信息都有 CRC 校驗以及其它檢錯措施，保證了通信可靠。(9)CAN 總線通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理。(10)CAN 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。(11)CAN 節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出的功能，使總線上的其他節(jié)點(diǎn)不受影響。純電動客車整車 CAN 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。第 25 頁 共 31頁圖3.2純電動汽車CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理由于CAN網(wǎng)絡(luò)有許多優(yōu)點(diǎn)，并且適合汽車的環(huán)境，所以純電動客車整車網(wǎng)絡(luò)化綜合控制和管理采用CAN網(wǎng)絡(luò)。在純電動客車上采用CAN網(wǎng)絡(luò)，可以很好的融合各個控制系統(tǒng)。使純電動客車的功能得到較好的完善，同時降低成本提高了整車性能。純電動客車上需要CAN連接通信的系統(tǒng)有電機(jī)及其管理系統(tǒng)、電池及其管理系統(tǒng)、整車控制器、車載顯示系統(tǒng)和電動附件等。3.1.3 控制系統(tǒng)的功能定義從純電動客車實(shí)際運(yùn)行的角度來看，整車控制系統(tǒng)需實(shí)時采集駕駛員的操作信息和其他各個部件的工作狀態(tài)信息。在解釋執(zhí)行駕駛員操作意圖的同時要把整車的信息顯示反應(yīng)給駕駛員，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。而對駕駛員不能直接做出判斷和反應(yīng)的信息和情況，整車控制系統(tǒng)應(yīng)可以代替駕駛員做出分析和處理，保證車輛行駛安全。對于駕駛員不合理的和錯誤的操作，控制系統(tǒng)應(yīng)該予以識別并進(jìn)行提示和及時適當(dāng)?shù)南拗?，防止部件的損壞。在此基礎(chǔ)上，控制系統(tǒng)要協(xié)調(diào)好純電動客車整車上各個部件之間的工作以及各個能量消耗部件間的能量的分配關(guān)系。根據(jù)以上要求對整車控制器的功能定義如下:1.對汽車驅(qū)動控制的功能整車控制器需根據(jù)司機(jī)的駕駛要求、車輛狀態(tài)、道路及環(huán)境狀況，經(jīng)過分析和處理后，向電機(jī)控制器發(fā)出指令，滿足駕駛工況要求。當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時純電動汽車的驅(qū)動電機(jī)必須按照駕駛員意圖輸出驅(qū)動扭矩。此時整車控制器要接收踏板開度信號并將其轉(zhuǎn)換為對驅(qū)動電機(jī)的扭矩輸出第 26 頁 共 31頁要求。這一功能是整車控制器的基本功能。同時整車控制器需實(shí)時監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行情況，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)超出安全范圍時，提醒駕駛員并及時做出相應(yīng)的限制命令。2.完成制動能量回饋控制汽車進(jìn)行回饋制動時電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)工作，在提供制動扭矩的同時利用電動汽車的制動能量發(fā)電，并將此能量存儲在儲能裝置中。整車控制器根據(jù)制動踏板和加速踏板信息、車輛行駛狀態(tài)信息、電機(jī)工作狀態(tài)、蓄電池荷電狀態(tài)信息(SOC)，計算制動減速度，向電機(jī)控制器發(fā)出指令。當(dāng)滿足制動回饋條件時，將能量反充給蓄電池組。3.整車能量管理在純電動汽車上，動力電池除了給驅(qū)動主電機(jī)供電以外，還要給電動空調(diào)等一些電動附件供電，整車控制器將負(fù)責(zé)整車的能量管理，同時合理的分配，以提高能量的利用率。在電池的 SOC 值比較低的時候，為保證有安全的續(xù)駛里程，整車控制器應(yīng)該可以對空調(diào)等不影響行駛安全性的附件發(fā)出指令，限制動力電池向這類電動附件輸出的功率，來增加續(xù)駛里程。4.整車網(wǎng)絡(luò)管理在電動汽車控制器局域網(wǎng)(CAN)網(wǎng)絡(luò)上整車控制器作為信息控制中心，完成組織信息傳輸，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)點(diǎn)管理，信息優(yōu)先權(quán)的動態(tài)分配等功能。5.車輛狀態(tài)的監(jiān)示和故障診斷及保護(hù)總線所連接的各個子系統(tǒng)控制器(電機(jī)控制器、電池控制器等)應(yīng)該實(shí)時的將各自控制對象的狀態(tài)信息和故障診斷信息發(fā)布至 CAN 總線，由整車控制器通過綜合數(shù)字儀表顯示出來。同時，整車控制器能對故障信息及時處理并做出相應(yīng)的安全保護(hù)處理。在整車控制系統(tǒng)開發(fā)的過程中確定控制系統(tǒng)功能并制定相應(yīng)控制策略是第一步。以上功能是純電動客車整車控制系統(tǒng)在實(shí)際行駛過程中需要實(shí)現(xiàn)的功能，是對整車控制系統(tǒng)的任務(wù)概括總結(jié)。其中除了對動力總成的控制之外還包括對其它部件的控制和管理。在本論文中側(cè)重在對動力總成控制策略的制定。3.2 電機(jī)過載管理純電動客車采用單電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)工作條件較差。電動客車在通常的行駛工況下，為了保證電機(jī)能有更多的工作點(diǎn)落在高效區(qū)內(nèi)，以提高電動客車經(jīng)濟(jì)性能，我們選用電機(jī)額定功率盡量低。但是受車輛行駛性能要求，電動車需要一定的高速和爬坡行駛的工況，這時電機(jī)就不得不使較低額定功率的電機(jī)過載運(yùn)行。電機(jī)過載運(yùn)行有多種，急加速和爬坡屬于機(jī)械負(fù)載過大的過載。通常在車用電機(jī)最有可能會出現(xiàn)的就是機(jī)械負(fù)載過大和電機(jī)的欠壓過載運(yùn)行。3.2.1，電機(jī)負(fù)載過載電機(jī)負(fù)載過載是指電機(jī)帶動負(fù)載工作時，負(fù)載所需求電機(jī)輸出的功率超過電機(jī)設(shè)定的額定功率的情況。在電動汽車實(shí)際運(yùn)行中需要驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)能按要求提供足夠大的起動轉(zhuǎn)矩、較寬廣的恒功率范圍，同時在整個工作區(qū)間還應(yīng)該要有較高的效率。而為了滿足電動汽車起動、爬坡和急加速等