電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方式與驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究

1、電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方式與驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究目 錄1 緒論11.1 選題意義11.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀41.3 本文主要內(nèi)容62 電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)方式72.1 電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理72.1.1 各系統(tǒng)組成及作用72.1.2 電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行原理82.2 驅(qū)動(dòng)形式與輪轂電機(jī)簡(jiǎn)介82.2.1 驅(qū)動(dòng)形式82.2.2 輪轂電機(jī)簡(jiǎn)介113 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究143.1 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求143.2 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)143.2.1直流電動(dòng)機(jī)153.2.2 交流電動(dòng)機(jī)194 輪轂電機(jī)的參數(shù)匹配254.1輪轂電機(jī)功率254.2 輪轂

2、電機(jī)轉(zhuǎn)速264.3 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩264.3.1 輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩264.3.2 輪轂電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩274.4 確定電機(jī)參數(shù)275 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)仿真295.1 ADVISOR軟件簡(jiǎn)介295.2 定義車(chē)輛295.2.1 定義整車(chē)（Vehicle）295.2.2 定義電機(jī)（Motor）295.2.3 定義電池（Energy Storage）305.2.4 定義變速器（Transmission）305.2.5定義車(chē)輪（Wheel/Axle）305.3 選擇循環(huán)工況315.4 仿真結(jié)果326 結(jié)論34參考文獻(xiàn)35致 謝36I1 緒論1.1 選題意義進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷飛速發(fā)展，每年需要消耗

3、數(shù)量驚人的化石能源，直接導(dǎo)致的惡果就是中國(guó)的天空霧霾千里，而其中汽車(chē)尾氣已經(jīng)成為空氣污染的重要來(lái)源。十八大后，國(guó)家提出要建設(shè)橄欖型社會(huì)，擴(kuò)大中產(chǎn)階級(jí)規(guī)模，加快城鎮(zhèn)化步伐。展望未來(lái)中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量有望再翻一番，汽車(chē)人均保有量也將大幅增加，再加上日益嚴(yán)格的城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，新能源汽車(chē)尤其是電動(dòng)汽車(chē)，憑借其零排放、低噪音和低使用成本的巨大優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必受到新型中產(chǎn)階級(jí)的熱烈歡迎。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面來(lái)看，當(dāng)下中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)兩旺，雙雙突破兩千萬(wàn)輛，排名世界第一，可謂名副其實(shí)的汽車(chē)大國(guó)。但大而不強(qiáng)！在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)技術(shù)方面，中國(guó)與世界汽車(chē)強(qiáng)國(guó)差距甚遠(yuǎn)，幾乎不可能超越。但現(xiàn)在中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)面臨一個(gè)彎道超車(chē)的好機(jī)

4、遇，就是新能源汽車(chē)的普及，在這方面我們的技術(shù)儲(chǔ)備與汽車(chē)強(qiáng)國(guó)差距不過(guò)十年。除此之外，我國(guó)正大力發(fā)展諸如太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源，努力減少對(duì)化石能源的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。但光伏發(fā)電和風(fēng)電，功率不穩(wěn)，屬“垃圾電”；加之目前我國(guó)嚴(yán)重的夜間“窩電”現(xiàn)象，所以需要更加完善的電網(wǎng)峰谷負(fù)荷平衡和儲(chǔ)能技術(shù)。不過(guò)到2020年中國(guó)將有五百萬(wàn)輛的電動(dòng)汽車(chē)，而它們的電池將能起到極好的蓄能效果，為這些技術(shù)提供充分的硬件保障。目前，新能源汽車(chē)劃分為電動(dòng)汽車(chē)（PEV）、燃料電池汽車(chē)（FCEV）和混合動(dòng)力汽車(chē)（HEV）三種類(lèi)型。燃料電池汽車(chē)以氫氣為燃料，利用氫氣與大氣中氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，并通過(guò)電極將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，

5、從而驅(qū)動(dòng)汽車(chē)前進(jìn)。但由于多方面技術(shù)障礙，燃料電池汽車(chē)普及還為時(shí)尚早?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)可謂是一種過(guò)渡車(chē)型，其動(dòng)力系統(tǒng)既有內(nèi)燃機(jī)又有電動(dòng)機(jī)，從而有效延長(zhǎng)續(xù)航里程，并減少油耗。目前此類(lèi)車(chē)型由于豐田普銳斯的大賣(mài)，已具有一定的商業(yè)化基礎(chǔ)，但它終究不是我們的最終目標(biāo)，我們需要的是零排放車(chē)！因此，電動(dòng)汽車(chē)必將是未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的主流，具有極大的發(fā)展?jié)摿?，值得我們持續(xù)投入。本文的研究對(duì)象即為電動(dòng)汽車(chē)。1.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 日益嚴(yán)峻的全球能源危機(jī)，正在枯竭的石油資源，加上可怕的大氣污染，使各國(guó)政府和汽車(chē)企業(yè)都認(rèn)識(shí)到清潔的新能源汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的必然方向。汽車(chē)廠(chǎng)商、電池生產(chǎn)商、電力公司、各個(gè)大學(xué)

6、和研究所都在不斷研究電動(dòng)汽車(chē)新技術(shù)。1.2.1 國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀 美國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)研究以三大汽車(chē)公司：福特、通用和克萊斯勒為首，利用大企業(yè)雄厚的資金和技術(shù)實(shí)力，開(kāi)發(fā)出多種類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)。同時(shí)，美國(guó)還充分利用其在汽車(chē)、電子信息、機(jī)電一體化、控制工程和材料等行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，模塊式地分別發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)各總成技術(shù)，因此其電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)得以迅速發(fā)展，尤其是動(dòng)力電池方面。美國(guó)以下列幾項(xiàng)計(jì)劃支持電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展：Freedom CAR計(jì)劃（自有車(chē)計(jì)劃）、PNGV（新一代汽車(chē)伙伴計(jì)劃）、EV電池利用研究項(xiàng)目。除了底特律的三大汽車(chē)公司之外，出身硅谷的特斯拉正展現(xiàn)出越來(lái)越非凡的競(jìng)爭(zhēng)力，其最新推出的Model S P85

7、D電動(dòng)跑車(chē)，百公里加速達(dá)到驚人的3.3秒，代表著世界電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的最前沿，如圖1.1所示。圖1.1 特斯拉Model S P85D 日本很早時(shí)就已著手發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)。相較于其他國(guó)家，日本國(guó)土狹小、工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密度大、又是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的石油貧國(guó)，因此日本政府歷來(lái)重視電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)。早在1965年，日本通產(chǎn)省就正式把電動(dòng)汽車(chē)列入國(guó)家項(xiàng)目，積極促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展。在日本，幾乎所有的汽車(chē)公司：豐田、尼桑、本田、馬自達(dá)、三菱、鈴木等汽車(chē)公司都制定了自己的電動(dòng)汽車(chē)商業(yè)推廣計(jì)劃。其中尤其以汽車(chē)巨頭豐田最為成功，旗下混合動(dòng)力汽車(chē)Prius因極佳的低油耗深受世界各國(guó)消費(fèi)者的親睞，實(shí)現(xiàn)了銷(xiāo)量的井噴，目前已達(dá)三百

8、萬(wàn)輛，如圖1.2。圖1.2 豐田Prius 德國(guó)作為老牌的工業(yè)強(qiáng)國(guó)和汽車(chē)強(qiáng)國(guó)，也十分重視環(huán)境保護(hù)，積極組織電動(dòng)汽車(chē)的研究與開(kāi)發(fā)，為此政府指定奔馳和大眾合資建立了德國(guó)汽車(chē)工業(yè)有限公司的科技開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)。德國(guó)把目標(biāo)鎖定為：2020年前后成為電動(dòng)汽車(chē)的主要供應(yīng)商和主導(dǎo)市場(chǎng)，并把實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)視為能否“在工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)和工藝技術(shù)上繼續(xù)擴(kuò)大德國(guó)領(lǐng)先地位的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)”。如果實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就意味著長(zhǎng)遠(yuǎn)地保障了德國(guó)人的就業(yè)，并創(chuàng)造新的價(jià)值。由此可以看出，德國(guó)把推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展看作是提升整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略機(jī)會(huì)。奔馳作為德國(guó)三大汽車(chē)巨頭之一，又是著名的豪華汽車(chē)品牌，在新能源汽車(chē)方面耕耘頗深。旗下知名的S級(jí)轎車(chē)將推出

9、插電混動(dòng)版；另外，全新“Ecoluxe”是奔馳專(zhuān)為未來(lái)旗下全新電動(dòng)汽車(chē)所打造的平臺(tái)，該平臺(tái)未來(lái)將打造四款新能源車(chē)。同樣作為德國(guó)汽車(chē)品牌，寶馬公司已經(jīng)推出多款i系列電動(dòng)汽車(chē)。其中電動(dòng)跑車(chē)BMW i8，造型、動(dòng)力各方面都相當(dāng)出色，如圖1.3所示。圖1.3 BMW i81.2.2 國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀 前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，我國(guó)與國(guó)外的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化程度差距相對(duì)較小，極有機(jī)會(huì)借此實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的彎道超車(chē)。我國(guó)早在“八五”期間就起動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)工作，并在2006年，科技部啟動(dòng)了“863”計(jì)劃新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目。最新的中國(guó)制造2025把節(jié)能與新能源汽車(chē)列為重點(diǎn)項(xiàng)目。規(guī)劃稱(chēng)將繼續(xù)支持電動(dòng)

10、汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)發(fā)展，掌握汽車(chē)低碳化、信息化、智能化核心技術(shù)，提升動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高效內(nèi)燃機(jī)、先進(jìn)變速器、輕量化材料、智能控制等核心技術(shù)的工程化和產(chǎn)業(yè)化能力，形成從關(guān)鍵零部件到整車(chē)的完整工業(yè)體系和創(chuàng)新體系，推動(dòng)自主品牌節(jié)能與新能源汽車(chē)同國(guó)際先進(jìn)水平接軌?；趶?qiáng)有力的政策支持，國(guó)內(nèi)的眾多高校、科研院所和汽車(chē)公司投入大量的人力、物力和財(cái)力參與研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)，并取得了眾多的科研成果。東風(fēng)公司是國(guó)內(nèi)最早從事電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)的汽車(chē)企業(yè)之一，在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)多項(xiàng)國(guó)家記錄：研制了第一臺(tái)純電動(dòng)客車(chē)，第一臺(tái)純電動(dòng)概念轎車(chē)等。眾泰2008E是國(guó)內(nèi)首款能批量生產(chǎn)、銷(xiāo)售的純電動(dòng)乘用車(chē)，被譽(yù)為國(guó)內(nèi)純電動(dòng)第一車(chē)，

11、也是國(guó)內(nèi)首款掛牌上路的純電動(dòng)乘用車(chē)，其主要指標(biāo)在國(guó)內(nèi)純電動(dòng)乘用車(chē)領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它的誕生表明我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)步入實(shí)用的階段。位于中國(guó)深圳的著名汽車(chē)廠(chǎng)商比亞迪擁有世界前沿的動(dòng)力電池與電機(jī)技術(shù)，多年來(lái)深耕電動(dòng)汽車(chē)，已經(jīng)推出多款新能源汽車(chē)。旗下最新的混合動(dòng)力汽車(chē)唐，百公里加速達(dá)到4.9秒，號(hào)稱(chēng)世界最快suv。還有旗下豪華純電動(dòng)客車(chē)K9，采用先進(jìn)的輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一級(jí)踏步的低地板工藝，極大方便乘客上下車(chē)，目前已經(jīng)銷(xiāo)往美國(guó)，堪稱(chēng)國(guó)人驕傲，如圖1.4。圖1.4 比亞迪純電動(dòng)客車(chē)K9 另外值得一提的是，戴姆勒奔馳公司與中國(guó)比亞迪共同出資打造DENZA騰勢(shì)，將致力于發(fā)展環(huán)保節(jié)能、安全舒適、品質(zhì)卓越

12、的新能源汽車(chē)，致力于成為中國(guó)最成功的新能源汽車(chē)制造商，推動(dòng)新能源汽車(chē)的發(fā)展和進(jìn)步，旗下量產(chǎn)車(chē)騰勢(shì)已經(jīng)上市，如圖1.5。圖1.5 騰勢(shì)電動(dòng)車(chē)1.3 本文主要內(nèi)容本文主要研究輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)內(nèi)容，包括汽車(chē)驅(qū)動(dòng)形式研究、輪轂電機(jī)介紹、各類(lèi)電機(jī)特性的研究、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)參數(shù)計(jì)算和輪轂電機(jī)電動(dòng)車(chē)的仿真運(yùn)行。本文主要內(nèi)容如下：(1) 介紹電動(dòng)汽車(chē)組成與結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)解釋電動(dòng)汽車(chē)三大系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的組成及功能，以及電動(dòng)汽車(chē)的工作原理。(2) 分析比較各種電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方式，選擇外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)，并采用雙前輪驅(qū)動(dòng)。(3) 分析比較各類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原

13、理和機(jī)械特性，選擇永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作為輪轂電機(jī)。(4) 以在售知豆小型電動(dòng)車(chē)整車(chē)參數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算所要設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)參數(shù)。(5) 運(yùn)用經(jīng)典電動(dòng)汽車(chē)仿真軟件ADVISOR 2002，對(duì)設(shè)計(jì)的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行仿真，驗(yàn)證參數(shù)的合理性。2 電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)方式2.1 電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理 電動(dòng)汽車(chē)是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、材料化學(xué)、電子信息技術(shù)等多種高新技術(shù)的集成，作為典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，它的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、和輕量化。目前，研發(fā)的重點(diǎn)在于電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制器及能量管理技術(shù)。電動(dòng)汽車(chē)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等三大部分組成，如圖2.1所示。2.1.1 各系統(tǒng)組成及作用驅(qū)動(dòng)系

14、統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)的核心，一般由控制器、功率轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車(chē)輪組成。其功用是將蓄電池組中的化學(xué)能以電能為中間媒介高效地轉(zhuǎn)化為車(chē)輪動(dòng)能，進(jìn)而推動(dòng)汽車(chē)行駛，并能在汽車(chē)制動(dòng)及下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)（即將汽車(chē)動(dòng)能吸收并轉(zhuǎn)化為蓄電池化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，從而增加續(xù)航里程）。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的作用是將動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，或由其直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。電子控制器即電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制裝置，其作用是控制電動(dòng)機(jī)的電壓或電流，完成電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)向的控制，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)變速和變向。功率轉(zhuǎn)換器用做DCDC轉(zhuǎn)換（直流直流）和DCAC轉(zhuǎn)換（直流交流）。DCDC轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)直流斬波器，其作用是將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)

15、換為電壓可變的直流電，并將再生制動(dòng)能量進(jìn)行反向轉(zhuǎn)換，用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。DCAC轉(zhuǎn)換器通常稱(chēng)為逆變器，其作用是將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為頻率、電壓均可調(diào)節(jié)的交流電，也能進(jìn)行雙向能量轉(zhuǎn)換，用于交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械傳動(dòng)裝置是將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給汽車(chē)傳動(dòng)軸或直接傳給車(chē)輪（輪轂電機(jī)）。相較于傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)的機(jī)械傳動(dòng)裝置大大簡(jiǎn)化，故其機(jī)械效率得以有效提高。電源系統(tǒng)包括蓄電池組、充電器和能量管理系統(tǒng)。電源是制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要因素，其應(yīng)具有高的比能量（即能量密度）和比功率（即功率密度），以滿(mǎn)足汽車(chē)的續(xù)航和動(dòng)力性的要求。輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航、照明、刮水器、收音機(jī)和音響等，

16、它們是汽車(chē)操縱性和乘員舒適性的保證。圖2.1 電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)組成框圖2.1.2 電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行原理 如圖2.1中所示，細(xì)線(xiàn)表示控制信號(hào)連接；粗線(xiàn)表示能量連接；雙線(xiàn)表示機(jī)械連接。來(lái)自制動(dòng)踏板或加速踏板的控制信號(hào)輸入電子控制器，并通過(guò)控制功率轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)扭矩再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。充電器通過(guò)外部充電接口向蓄電池充電，車(chē)輛行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)功率轉(zhuǎn)換器向電動(dòng)機(jī)供電。汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車(chē)部分動(dòng)能吸收，并重新轉(zhuǎn)化為電能給蓄電池供電，從而延長(zhǎng)續(xù)航里程。2.2 驅(qū)動(dòng)形式與輪轂電機(jī)簡(jiǎn)介 電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)布置比較靈活，形式多樣，大體可分為兩類(lèi)：電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)

17、輪驅(qū)動(dòng)兩種形式，其中電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)包括輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)。2.2.1 驅(qū)動(dòng)形式 如圖2.2所示，為一種典型的電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)形式。此種驅(qū)動(dòng)形式參考了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，取消了內(nèi)燃機(jī)，而以驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替，至于離合器、變速器和差速器則不變。圖2.2 第一種中央驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu) 由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)能在較長(zhǎng)的速度范圍內(nèi)提供相對(duì)恒定的功率，因此多速變速器可被一個(gè)固定速比減速器（即只有一檔，傳動(dòng)比恒定）代替，此時(shí)離合器也可省去，如圖2.3所示。此種驅(qū)動(dòng)形式可以節(jié)省機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)重量和體積，另外可以減少操作難度。圖2.3 第二種中央驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu) 第三種驅(qū)動(dòng)形式與上一種形式類(lèi)似，只是電動(dòng)機(jī)、固定速比減速器和差速器被整合為一體，

18、布置在驅(qū)動(dòng)軸上，如圖2.4所示。此時(shí)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)被大大簡(jiǎn)化和集成化。另外從再生制動(dòng)的角度出發(fā)，這種驅(qū)動(dòng)形式較容易實(shí)現(xiàn)汽車(chē)動(dòng)能的回收再利用。圖2.4 第三種中央驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)前面所列三種均為電動(dòng)機(jī)中央驅(qū)動(dòng)式，而后三種屬于電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式。第四種驅(qū)動(dòng)形式取消了差速器，取而代之的是兩個(gè)獨(dú)立的牽引電機(jī)，每個(gè)牽引電機(jī)單獨(dú)完成一側(cè)車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，稱(chēng)為雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式，如圖2.5所示。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩側(cè)的電機(jī)就會(huì)分別工作在不同的速度下，不過(guò)這種驅(qū)動(dòng)形式需要更加復(fù)雜的控制系統(tǒng)。o圖2.5 雙電動(dòng)機(jī)電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)方式 相較于第四種驅(qū)動(dòng)形式，第五種進(jìn)一步簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)與車(chē)輪之間取消了傳統(tǒng)的傳動(dòng)軸

19、，變成電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪前進(jìn)，同時(shí)一個(gè)單排的行星齒輪機(jī)構(gòu)充當(dāng)固定速比變速器，用來(lái)減小轉(zhuǎn)速和增強(qiáng)轉(zhuǎn)矩，以滿(mǎn)足不同工況的功率和扭矩需求。此種驅(qū)動(dòng)形式稱(chēng)為內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，如圖2.6所示。圖2.6 內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式 完全舍棄驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)裝置后，輪轂電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直接連接在驅(qū)動(dòng)輪上，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制與車(chē)輪轉(zhuǎn)速控制融為一體，稱(chēng)為外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式，如圖2.7所示。圖2.7 外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式2.2.2 輪轂電機(jī)簡(jiǎn)介 輪轂電機(jī)技術(shù)也被稱(chēng)為車(chē)輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置都整合一起到輪轂內(nèi)。且分為兩種，即前面所述的內(nèi)轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)和外

20、轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)，如圖2.8為內(nèi)外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)比較圖。圖2.8 內(nèi)外轉(zhuǎn)子輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)比較圖相較于其他驅(qū)動(dòng)形式，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)車(chē)有著極其顯著的優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)汽車(chē)的前沿技術(shù)，潛力無(wú)窮。(1) 極大地簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅去掉了發(fā)動(dòng)機(jī)、冷卻水系統(tǒng)、排氣消音系統(tǒng)和油箱等相應(yīng)的輔助裝置，還省去了變速器、萬(wàn)向傳動(dòng)部件及驅(qū)動(dòng)橋，降低自重并有效提高傳動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減噪。(2) 騰出了許多有效空間，有利用汽車(chē)結(jié)構(gòu)布局，降低地板高度。(3) 由于電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，縮短了傳動(dòng)鏈，所以大大提高了對(duì)車(chē)輪控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)一些高性能控制功能，如橫向移動(dòng)、原地旋轉(zhuǎn)等。(4) 有利于再生制動(dòng)。(5) 可實(shí)現(xiàn)多種

21、驅(qū)動(dòng)方式。因?yàn)檩嗇炿姍C(jī)具有一個(gè)明顯的單輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的特性，無(wú)論是前驅(qū)、后驅(qū)、四驅(qū)或多驅(qū)，都可以比較輕松地實(shí)現(xiàn)。尤其是全時(shí)四驅(qū)在輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常容易，這點(diǎn)難能可貴。另外，輪轂電機(jī)可以通過(guò)左右輪不同轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)差動(dòng)轉(zhuǎn)向，大大減少車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑。 目前這一技術(shù)在巨大的礦山運(yùn)輸車(chē)上得到應(yīng)用，而在較小型的乘用車(chē)領(lǐng)域，輪轂電機(jī)普及尚需時(shí)日。日本在此方面研發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)處于領(lǐng)先地位。目前，最新米其林研發(fā)的輪轂電機(jī)能夠把電機(jī)和電子主動(dòng)懸架都整合到輪內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。圖2.9 米其林輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 國(guó)內(nèi)也有自主品牌汽車(chē)廠(chǎng)商涉足了輪轂電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，如位于安徽蕪湖的奇瑞汽車(chē)公司。在2011年

22、上海車(chē)展，該公司展出了麒麟X1增程電動(dòng)車(chē)，這款車(chē)就采用了輪轂電機(jī)技術(shù)，如圖2.10所示。圖2.10 奇瑞麒麟X1外觀(guān)圖鑒于輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)巨大的優(yōu)勢(shì)，故把所要設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)形式定為外轉(zhuǎn)子式的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并設(shè)定為雙前輪驅(qū)動(dòng)。3 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)研究3.1 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求(1) 市區(qū)行駛，需頻繁啟動(dòng)、停車(chē)、加速、減速，要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)有很好的轉(zhuǎn)矩控制動(dòng)態(tài)性能。(2) 在市區(qū)與市郊兩種工況下，要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)既能工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又能工作在恒功率區(qū)。恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行滿(mǎn)足啟動(dòng)和爬坡，恒功率運(yùn)行滿(mǎn)足高速行駛。(3) 為盡可能延長(zhǎng)續(xù)航里程，要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)能夠在大范圍內(nèi)保持高效率運(yùn)行，并盡

23、可能地提高其功率密度，實(shí)現(xiàn)小型輕量化。(4) 由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有高可靠性。(5) 要求電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)瞬時(shí)功率高，有一定的過(guò)載能力（即最大扭矩與額定扭矩的比值），一般要求45倍的過(guò)載能力，滿(mǎn)足加速和爬坡需要。(6) 考慮到乘員的舒適性，電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求低噪音。為了便于普及，還要求低成本。3.2 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)表3.1 電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分類(lèi)表 任何電機(jī)的工作原理都是建立在電磁力和電磁感應(yīng)這個(gè)基礎(chǔ)上的。3.2.1直流電動(dòng)機(jī)1.電勵(lì)磁式 基本結(jié)構(gòu)：直流電動(dòng)機(jī)由定子（固定部分）與轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成，如圖3.1所示。定子與轉(zhuǎn)子之間有空隙，稱(chēng)為氣隙。定子包括機(jī)座

24、、主磁極、換向極、端蓋、電刷等裝置。轉(zhuǎn)子也叫電樞，由繞組線(xiàn)圈、電樞鐵芯、換向器、電樞軸等組成，它的作用是通電后在磁場(chǎng)中受力并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其中換向器是直流電動(dòng)機(jī)的特有部件，其與電刷配合，實(shí)現(xiàn)電樞繞組的電流換向。氣隙不是實(shí)物部件，只是定子磁極與轉(zhuǎn)子電樞之間自然形成的縫隙，氣隙中的磁場(chǎng)是電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的媒介。圖3.1 電勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 基本原理：直流電動(dòng)機(jī)基本原理可參考如下物理模型圖，如圖3.2所示。圖3.2 直流電動(dòng)機(jī)物理模型圖 勵(lì)磁方式：電勵(lì)磁式是給勵(lì)磁繞組供電，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)。根據(jù)供電方式不同，可分為他勵(lì)和自勵(lì)。而自勵(lì)又分為并勵(lì)、串勵(lì)、和復(fù)勵(lì)三種，其電路圖如圖3.3所示。圖3.3

25、四種電勵(lì)磁方式 在此著重強(qiáng)調(diào)下他勵(lì)式，其特點(diǎn)是勵(lì)磁線(xiàn)圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開(kāi)，如此一來(lái)可通過(guò)分別控制電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和電樞電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的各種控制。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有良好的線(xiàn)性特征和穩(wěn)定的輸出特性，能實(shí)現(xiàn)在減速和制動(dòng)時(shí)的能量回收，是直流驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)汽車(chē)的首選電動(dòng)機(jī)，如圖3.4所示。圖3.4 四種不同電勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較電勵(lì)磁式優(yōu)點(diǎn)：首先，通過(guò)控制電樞電流的大小，可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的線(xiàn)性控制；其次，通過(guò)改變勵(lì)磁繞組的電流，可以很容易實(shí)現(xiàn)弱磁（即減小扭矩增加轉(zhuǎn)速），從而使高速運(yùn)行變得簡(jiǎn)單可行；而且還有著較高的運(yùn)行效率。電勵(lì)磁式缺點(diǎn)：首先，由于換向器和電刷屬于易磨損器件，所以需要

26、定期維護(hù)和更換，而這點(diǎn)造成使用上的不便。其次，同等功率下直流電動(dòng)機(jī)體積比較大，所以多用于小型汽車(chē)，小功率的情況下。2. 永磁式永磁直流電動(dòng)機(jī)分為永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)和永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，它們與電勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)最大的區(qū)別在于勵(lì)磁方式。（1）永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)只要把電勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)中，帶勵(lì)磁繞組的定子主磁極用永磁體代替，便為永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)，這種直流電動(dòng)機(jī)同樣存在著轉(zhuǎn)子電樞繞組的換向問(wèn)題，如圖3.5所示。圖3.5 永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖（2）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：此種直流電動(dòng)機(jī)相較于電勵(lì)磁式的結(jié)構(gòu)變化較大，它在定子上安裝線(xiàn)圈繞組，并通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，如此一來(lái)使得熱量容易經(jīng)過(guò)機(jī)殼向外發(fā)散，且便于

27、溫度檢測(cè)；至于轉(zhuǎn)子將裝上永磁體和位置檢測(cè)器，且不再安裝電樞繞組，這樣就將省去電刷和換向器，如圖3.6所示。圖3.6 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 工作原理：當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)位置檢測(cè)器所測(cè)得的轉(zhuǎn)子磁極變化關(guān)系，在定子線(xiàn)圈繞組中通入正負(fù)交變的方波電流，從而產(chǎn)生磁極交替變化的磁場(chǎng)，此時(shí)定子與轉(zhuǎn)子異性磁極間的磁拉力將驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，如圖3.7和3.8所示。圖3.7 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理結(jié)構(gòu)框圖圖3.8 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理模型圖 機(jī)械特性：經(jīng)過(guò)弱磁調(diào)速，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速，如圖3.9。圖3.9 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 優(yōu)點(diǎn)：這是一種機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)，既保持了有刷

28、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好、控制方便、運(yùn)行效率高的特點(diǎn)，還避免了使用換向器，使得電機(jī)運(yùn)行更加可靠，免維護(hù)，壽命長(zhǎng)，目前廣泛應(yīng)用于小型汽車(chē)上。3.2.2 交流電動(dòng)機(jī) 1. 異步電動(dòng)機(jī)三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 基本結(jié)構(gòu)：籠型異步電動(dòng)機(jī)也分為兩個(gè)基本部分，即定子和轉(zhuǎn)子，兩者之間存在氣隙，如圖3.10所示。電動(dòng)機(jī)的定子被放置了三相繞組，當(dāng)通入交流電時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與交流電的頻率成正比。轉(zhuǎn)子中，是用鑄鋁將導(dǎo)條和端環(huán)以一體的結(jié)構(gòu)鑄造出來(lái)，形似鼠籠，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且堅(jiān)固，并可以使用整體輕量化的材料，使超高速運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能，也便于實(shí)現(xiàn)小型化，如圖3.11所示。圖3.10 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖3.11 籠

29、型轉(zhuǎn)子圖 基本原理：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的基本原理如演示圖3.12所示，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，磁鐵開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)與磁鐵無(wú)任何機(jī)械連接的籠型轉(zhuǎn)子也跟著旋轉(zhuǎn)。且搖得快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)的也快；搖得慢，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)的也慢；反搖，轉(zhuǎn)子馬上反轉(zhuǎn)。圖3.12 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)演示圖對(duì)于實(shí)際中的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)定子繞組中通入三相交流電后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)隨電流的交變而在空間中不斷地旋轉(zhuǎn)著，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖3.13所示。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同磁鐵在空間旋轉(zhuǎn)所起的作用是一樣的。圖3.13 三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁通將切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與

30、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來(lái)，如圖3.14所示。從中也可以看出，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間必須要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要慢于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，這就是異步名稱(chēng)的由來(lái)。圖3.14 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖 機(jī)械特性：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的類(lèi)似，如圖3.15所示。圖3.15 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖 優(yōu)點(diǎn)：此種電動(dòng)機(jī)易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單堅(jiān)固，造價(jià)便宜，維護(hù)方便，尤其適合功率需求較大的電動(dòng)跑車(chē)或客車(chē)。2. 同步電動(dòng)機(jī)（1）電勵(lì)磁式交流同步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)：交流同步電動(dòng)機(jī)的定子和三相異步電動(dòng)機(jī)的一樣；而它的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流電勵(lì)磁，

31、直流電經(jīng)電刷和滑環(huán)流入勵(lì)磁繞組，如圖3.16所示。圖3.16 交流同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子圖 基本原理：交流同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝有和籠型繞組相似的起動(dòng)繞組，當(dāng)定子繞組通入三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，同步電動(dòng)機(jī)就像異步電動(dòng)機(jī)那樣起動(dòng)起來(lái)（此時(shí)轉(zhuǎn)子沒(méi)有被勵(lì)磁）。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速時(shí)，才對(duì)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。這時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就能緊緊牽引著轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，速度相同，即為同步，如圖3.17所示。圖3.17 同步電動(dòng)機(jī)工作原理圖 機(jī)械特性：當(dāng)交流電頻率一定時(shí)，交流同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，不隨負(fù)載變化，所以它的機(jī)械特性曲線(xiàn)是一條與橫軸平行的直線(xiàn)，如圖3.18所示。圖3.18 交流同步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線(xiàn)圖 評(píng)價(jià)：由于特殊的機(jī)械特

32、性，因此傳統(tǒng)的交流同步電動(dòng)機(jī)常用于長(zhǎng)期連續(xù)工作及保持轉(zhuǎn)速不變的場(chǎng)所，如水泵和通風(fēng)機(jī)等。（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)的原理與交流同步電動(dòng)機(jī)相似，只不過(guò)用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子代替交流同步電動(dòng)機(jī)的電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子，如圖3.19所示。當(dāng)定子繞組中通入三相交流電時(shí)，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極與轉(zhuǎn)子的異性磁極之間就會(huì)形成磁拉力，進(jìn)而形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖3.19 永磁同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的安裝位置不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)可分為表面式和內(nèi)置式。當(dāng)轉(zhuǎn)子外表面粘附永久磁鐵時(shí)，稱(chēng)為表面式永磁同步電動(dòng)機(jī)；當(dāng)永磁體嵌入轉(zhuǎn)子內(nèi)部時(shí)，稱(chēng)為內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)，如圖3.20所示。圖3.20 交流同步電動(dòng)機(jī)各種轉(zhuǎn)子

33、結(jié)構(gòu)由于不需要?jiǎng)?lì)磁電路，所以相較于其他電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)此種電動(dòng)機(jī)需要復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)良好的控制特性，再加上高性能永磁體的價(jià)格居高不下，所以成本較高。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種高效率電機(jī)注定是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的主流趨勢(shì)，尤其適合作為輪轂電機(jī)使用，推動(dòng)性能更加優(yōu)越的輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。由于所要設(shè)計(jì)的電動(dòng)車(chē)定位為小型乘用車(chē)，所以在經(jīng)過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)所用電機(jī)系統(tǒng)的比較后，把車(chē)用電機(jī)定為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。4 輪轂電機(jī)的參數(shù)匹配由于設(shè)計(jì)目標(biāo)鎖定在小型乘用車(chē)，所以在確定輪轂電機(jī)具體參數(shù)時(shí)，以在售的知豆ZD5101XEV車(chē)型（兩座小型電動(dòng)車(chē)

34、）作為參考，其整車(chē)基本參數(shù)如表4.1所示。表4.1 整車(chē)基本參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)汽車(chē)最大總質(zhì)量/kg850空氣阻力系數(shù)0.35迎風(fēng)面積/1.5車(chē)輪半徑/m0.252滾動(dòng)阻力系數(shù)0.018前軸載荷比0.6質(zhì)心高/m0.54軸距/m1.765整備質(zhì)量/kg670最高車(chē)速/(km/h)80常規(guī)車(chē)速/(km/h)40 有了整車(chē)基本參數(shù)后，以此為基礎(chǔ)，計(jì)算并選取輪轂電機(jī)參數(shù)。4.1輪轂電機(jī)功率在設(shè)計(jì)中，電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)功率由電動(dòng)車(chē)預(yù)期的最高車(chē)速來(lái)初步確定。雖然最高車(chē)速僅是動(dòng)力性的一個(gè)指標(biāo)，但它實(shí)際上也反映了電動(dòng)汽車(chē)的加速能力與爬坡能力。最高車(chē)速越高，要求的電動(dòng)機(jī)功率越大，加速和爬坡能力必然較好。電動(dòng)汽車(chē)以最高速度行

35、駛時(shí)所需輪轂電機(jī)輸出功率計(jì)算公式如式4.1所示，而電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大于等于最高車(chē)速時(shí)的功率。 (4.1) 式中 最高車(chē)速/(km/h)，取80 傳動(dòng)系機(jī)械效率，由于是外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)，取1 電動(dòng)車(chē)最大總質(zhì)量kg，取850 滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.018 空氣阻力系數(shù)，取0.35 迎風(fēng)面積/，取1.5 代入數(shù)值，計(jì)算可得輪轂電機(jī)功率為6.86kw。由于采用雙前輪結(jié)構(gòu)，因此單個(gè)輪轂電機(jī)功率應(yīng)為3.43kw。4.2 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)速式4.2為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車(chē)速關(guān)系式。 (4.2)式中 電動(dòng)車(chē)車(chē)速/(km/h) 車(chē)輪半徑/m，取0.252 電機(jī)轉(zhuǎn)速/（r/min） 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比，由于為外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)，取1 已知

36、電動(dòng)車(chē)常規(guī)車(chē)速為40km/h和最高車(chē)速為80km/h，代入數(shù)值便可得電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（常規(guī)車(chē)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速）為420.87r/min，最高轉(zhuǎn)速（最高車(chē)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速）為841.74r/min。4.3 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩4.3.1 輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 由于已知輪轂電機(jī)功率為3.43kw，額定轉(zhuǎn)速為420.87r/min，根據(jù)功率與轉(zhuǎn)矩關(guān)系式可得輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，如式4.3所示。 （4.3）式中 輪轂電機(jī)功率/kw，取3.43 輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩/（） 輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)速/（r/min），取420.87 計(jì)算可得輪轂電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為77.82。4.3.2 輪轂電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 輪轂電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩必須滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)最大爬坡度的要

37、求，故最大轉(zhuǎn)矩由式4.4確定。 (4.4)式中 輪轂電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩/（） 電動(dòng)車(chē)最大總質(zhì)量kg，取850 滾動(dòng)阻力系數(shù)，取0.018 車(chē)輪半徑/m，取0.252 傳動(dòng)系機(jī)械效率，由于是外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)，取1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比，由于為外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)，取1 電動(dòng)車(chē)最大爬坡度，取 代入數(shù)值，計(jì)算可得電動(dòng)車(chē)最大轉(zhuǎn)矩為376.88。4.4 確定電機(jī)參數(shù)輪轂電機(jī)參數(shù)匯總?cè)绫?.2所示。表4.2 輪轂電機(jī)參數(shù)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目參數(shù)最高車(chē)速時(shí)的功率/kw3.43常規(guī)車(chē)速下的額定轉(zhuǎn)速/（r/min）420.87最高車(chē)速下的最大轉(zhuǎn)速/（r/min）841.74額定轉(zhuǎn)矩（）77.82最大爬坡度時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩（）376.88

38、最終確定的輪轂電機(jī)參數(shù)如表4.3所示。表4.3 確定輪轂電機(jī)基本參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)額定功率/kw3.5額定轉(zhuǎn)速/（r/min）420最大轉(zhuǎn)速/（r/min）840額定轉(zhuǎn)矩（）80最大轉(zhuǎn)矩（）380 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率曲線(xiàn)如圖4.1所示。圖4.1 輪轂電機(jī)轉(zhuǎn)矩與功率曲線(xiàn)5 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)仿真5.1 ADVISOR軟件簡(jiǎn)介ADVISOR（Advanced Vehicle Simulator）軟件，由美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）于1994年11月初始開(kāi)發(fā)和使用，并在互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)發(fā)布，經(jīng)過(guò)多次升級(jí)，目前最新的免費(fèi)版為ADVISOR 2002，本次仿真正是應(yīng)用的這一版。ADVISOR是在MATLA

39、B/Simulink軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)的高級(jí)車(chē)輛仿真軟件平臺(tái)。在這個(gè)專(zhuān)門(mén)針對(duì)汽車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建模的軟件下，用戶(hù)可以傳統(tǒng)汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)的各種主要性能進(jìn)行快速模擬試驗(yàn)。目前，ADVISOR已經(jīng)成為世界汽車(chē)行業(yè)最普遍使用的電動(dòng)汽車(chē)仿真軟件平臺(tái)之一。它具有圖形化、模塊化、仿真模型和源代碼完全免費(fèi)開(kāi)放的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，使其在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。利用此軟件驗(yàn)證所設(shè)計(jì)汽車(chē)的續(xù)航里程能否80km。5.2 定義車(chē)輛5.2.1 定義整車(chē)（Vehicle） 選取EV1車(chē)型作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)修改。電動(dòng)汽車(chē)滑行質(zhì)量veh_glider_mass（整車(chē)整備質(zhì)量除去整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)質(zhì)量）取4

40、50kg。電動(dòng)汽車(chē)最大質(zhì)量（包括乘客和貨物）veh_mass取850kg。電動(dòng)汽車(chē)迎風(fēng)面積veh_FA取1.5。電動(dòng)汽車(chē)貨物質(zhì)量veh_cargo_mass取180kg。電動(dòng)汽車(chē)質(zhì)心高veh_cg_height取0.54m。電動(dòng)汽車(chē)前軸載荷比veh_front_wt_frac取0.6。電動(dòng)汽車(chē)軸距veh_wheelbase取1.765m。電動(dòng)汽車(chē)空氣阻力系數(shù)veh_CD取0.35。5.2.2 定義電機(jī)（Motor） 由于A(yíng)DVISOR中沒(méi)有輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)汽車(chē)的模型，只能對(duì)中央驅(qū)動(dòng)式模型進(jìn)行修改，主要是將電機(jī)參數(shù)修改為計(jì)算所得的單個(gè)輪轂電機(jī)參數(shù)的兩倍。選取MC_PM16電機(jī)模型為原型，修改M

41、C_PM16.m文件。定義電機(jī)轉(zhuǎn)矩mc_map_trq=-162 -135 -108 -81 -54 -27 0 27 54 81 108 135 162，定義電機(jī)轉(zhuǎn)速mc_map_spd=0 60 120 180 240 300 360 420，其余都采用默認(rèn)值。5.2.3 定義電池（Energy Storage） 選取ESS_PB16模型為基礎(chǔ)，這是典型的鉛酸電池模型，此類(lèi)模型是ADVISOR中最為成熟的電池模型，能有效仿真蓄電池組的大部分化學(xué)工作過(guò)程。對(duì)ESS_PB16.m文件進(jìn)行修改，電池容量ess_max_ah_cap=180 180，電池組電池個(gè)數(shù)ess_module_num取6，

42、單個(gè)電池質(zhì)量ess_module_mass取30kg。電池組有效電壓為74v，與MC_PM16型電機(jī)比較相配。5.2.4 定義變速器（Transmission） 由于本電動(dòng)汽車(chē)采用的外轉(zhuǎn)子式輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以不存在機(jī)械變速器。選取TX_1SPD變速器模型作為原始模型，此為典型的電動(dòng)車(chē)固定速比變速器，將其傳動(dòng)比定為1，質(zhì)量定為0。對(duì)于后者，需要定義變速器質(zhì)量tx_mass和主減速驅(qū)動(dòng)軸質(zhì)量fd_mass均為0。5.2.5定義車(chē)輪（Wheel/Axle）選取ADVISOR軟件默認(rèn)的WH_SMCAR模型，定義電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輪滾動(dòng)半徑wh_radius為0.252m，定義輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)wh_1st_rr

43、c為0.018。參數(shù)設(shè)置界面如圖5.1所示，參數(shù)修改如圖5.2所示。圖5.1 電動(dòng)車(chē)仿真參數(shù)設(shè)置界面圖5.2 參數(shù)修改圖5.3 選擇循環(huán)工況 目前評(píng)價(jià)汽車(chē)性能的循環(huán)工況主要有ECE_EUDC、UDDS和HWFET，我國(guó)主要以ECE_EUDC循環(huán)工況為主，本次仿真就采用此種循環(huán)工況，如圖5.3所示。圖5.3 ECE_EUDC循環(huán)工況圖 此循環(huán)工況循環(huán)周期為1225s，行駛距離為10.93km，最大行駛速度為120，平均速度為32.1，最大加速度為1.05，最大減速度為-1.39。設(shè)置循環(huán)周期為15，不進(jìn)行加速度與爬坡性能測(cè)試。仿真工況設(shè)置界面如圖5.4所示。圖5.3 電動(dòng)車(chē)仿真工況設(shè)置界面5.4 仿真結(jié)果 在設(shè)置好電動(dòng)車(chē)參數(shù)和循環(huán)工況后，便可運(yùn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5.5所示。圖5.5仿真結(jié)果輸出界面從圖中可以看出，在CYC_ECE_EUDC工況下，電動(dòng)車(chē)最大續(xù)航里程為56.5mi，即90.9km，滿(mǎn)足80km的要求。綜上所述，經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證，整個(gè)設(shè)計(jì)分析過(guò)程是合理的，所設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)滿(mǎn)足使用要求。6 結(jié)論近三十年來(lái)，飛速發(fā)展的中