畢業(yè)設(shè)計(jì)-車(chē)輛工程新能源汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)

1、本科專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)題目 新能源汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)摘要日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)對(duì)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展提出了極為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 為了汽車(chē)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以使用電能的電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備的電動(dòng)汽車(chē)能真 正實(shí)現(xiàn)“零污染”，現(xiàn)已成為各國(guó)汽車(chē)研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。純電動(dòng)汽車(chē)是指利用動(dòng)力電池作為儲(chǔ)能動(dòng)力源，通過(guò)電池向電機(jī)提供電能， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)車(chē)輛前進(jìn)。而在電動(dòng)汽車(chē)研究的眾多技術(shù)選型中，依靠 輪邊驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)逐漸成為一種新穎的電動(dòng)汽車(chē)選型方向。本文設(shè)計(jì)了一種新型雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)橋，該方案采用鋰離子動(dòng)力電池作為動(dòng) 力源，兩臺(tái)永磁直流無(wú)刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，依靠?jī)商诇p速齒輪組分別進(jìn)行減速， 用短半軸帶動(dòng)車(chē)

2、輪旋轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了包括電動(dòng)機(jī)、電池在 內(nèi)的動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配。關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車(chē)；鋰離子；雙電機(jī)系統(tǒng)AbstractIncreasingly serious environmental pollution and energy crisis put forward on the development of the auto industry is extremely severe challenges. In order to the sustainable development of automobile industry, to use the power of th

3、e motor as driving device of the electric car can truly realize zero pollution, has become a national automobile research and development of a key.So-called pure electric vehicles is the use of power battery as energy storage power source, through the battery power to the motor, drive motor running,

4、 pushing forward vehicle. In the electric car research, technology selection, depending on the round edge drive electric cars gradually become a new direction of the electric car type selection.This paper designs a new type of double motor drive axle independently, the scheme adopts the lithium ion

5、power battery as a power source, two permanent magnet brushless dc motor as drive device, rely on two sets of gear group respectively for slowing down, with a short half shaft drives the wheels. On the basis of the system configuration design, the power system parameters, including electric motors,

6、batteries, matching.Key words：Electric vehicles;Li+;Dual motor system TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 摘要I HYPERLINK l bookmark7 o Current Document AbstractII設(shè)計(jì)任務(wù)III HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 1緒論1 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.1電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展背景1 HYPERLINK

7、l bookmark23 o Current Document 1.2電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2總體方案設(shè)計(jì)2 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 2.1電池的選擇2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.2電動(dòng)機(jī)性能分析與選擇3 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式5 HYPERLINK l bookmark52 o Current Docu

8、ment 3動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 3.1整車(chē)參數(shù)9 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配與選擇9 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 3.3電池參數(shù)匹配與選擇11 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 3.4電池組數(shù)目的確定11 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 3.5減速比的確定12 HYPERLIN

9、K l bookmark120 o Current Document 3.6動(dòng)力性分析12 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 4相關(guān)性能校核14 HYPERLINK l bookmark153 o Current Document 小結(jié)15 HYPERLINK l bookmark159 o Current Document 參考文獻(xiàn)16設(shè)計(jì)任務(wù)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體方案確定。根據(jù)課程設(shè)計(jì)子題目和設(shè)計(jì)要求，對(duì)現(xiàn)有 動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案進(jìn)行綜合分析比較，并確定最終布置方案，畫(huà)出布置方案草 圖。對(duì)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及給定的設(shè)計(jì)參數(shù)

10、，對(duì)電 動(dòng)機(jī)、電池、發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵部件進(jìn)行比較選型，并計(jì)算確定相應(yīng)的額定 功率、最小工作電壓、最大工作電壓、動(dòng)力電池模塊的數(shù)量及容量。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中 有傳動(dòng)變速裝置的，還需對(duì)擋位數(shù)、傳動(dòng)比進(jìn)行選擇和計(jì)算。相關(guān)性能校核。根據(jù)所選動(dòng)力裝置的特性，對(duì)整車(chē)動(dòng)力性和續(xù)駛里程進(jìn)行 校核計(jì)算，畫(huà)出驅(qū)動(dòng)力-行駛阻力平衡圖等動(dòng)力學(xué)特性圖。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。按照畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)。子題目及設(shè)計(jì)參數(shù)1.純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)車(chē)輛類(lèi)型設(shè)計(jì)參數(shù)城市客車(chē)最高車(chē)速（km/h）10080續(xù)航里程（km）10090整備質(zhì)量（kg）（總質(zhì)量）6680（29 座）3200（14 座）98005100中速客

11、車(chē)最高車(chē)速（km/h）150120續(xù)航里程（km）200150整備質(zhì)量（kg）13501250SUV轎車(chē)最高車(chē)速（km/h）180160續(xù)航里程（km）250200整備質(zhì)量（kg）15001400載貨汽車(chē)最高車(chē)速（km/h）8090續(xù)航里程（km）120150整備質(zhì)量（kg）400050002.燃料電池汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)并聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)混聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1緒論1.1電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展背景世界上最早出現(xiàn)的汽車(chē)實(shí)際上就是電動(dòng)汽車(chē)，比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)早了整整半 個(gè)世紀(jì)，只不過(guò)那時(shí)的蓄電池還是不可充電的。電動(dòng)汽車(chē)是以電池為

12、動(dòng)力來(lái)源的， 相對(duì)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)對(duì)環(huán)境以及噪聲污染要小很多，而且還有利于節(jié)約燃 油，緩解全球石油危機(jī)。而且，電動(dòng)汽車(chē)采取制動(dòng)時(shí)，能量可以實(shí)現(xiàn)回收是其最 大的特點(diǎn)。如今，電動(dòng)汽車(chē)大致被劃分成：純電動(dòng)與混合動(dòng)力以及燃料電池。在 經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展以及能源問(wèn)題日益突出的當(dāng)今社會(huì)，電動(dòng)汽車(chē)已不再是一種簡(jiǎn)單的 交通運(yùn)輸工具，而是一種社會(huì)責(zé)任與價(jià)值理念的產(chǎn)物。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)也是技術(shù) 要求較高的科技產(chǎn)品，它代表了全球汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的最新科技成果。全世界范圍 內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)與企業(yè)，在提升電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)能力方面已經(jīng)達(dá)成共識(shí)。在我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)早期的發(fā)展階段，只有企業(yè)自主的研發(fā)行為，沒(méi)有形成市場(chǎng) 合力，再者由于技術(shù)限制以及資

13、金問(wèn)題，使得電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)未能持續(xù)發(fā)展。隨 著我國(guó)以及國(guó)際石油危機(jī)的到來(lái)，我國(guó)也曾出現(xiàn)過(guò)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)高潮期，并取 得一些研究成果，但最終還是未能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。二十世紀(jì)九十年代我國(guó)將電動(dòng)汽車(chē)列出國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，重點(diǎn)攻關(guān)電動(dòng)汽 車(chē)關(guān)鍵技術(shù)。然后又將其列入國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，主要針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn) 業(yè)化的相關(guān)技術(shù)、試驗(yàn)、法規(guī)等內(nèi)容進(jìn)行深入研究。1.2電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)2001年我國(guó)將電動(dòng)汽車(chē)列為國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng) 目之一，以期改善國(guó)家能源安全狀況和城市污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，保證汽車(chē)產(chǎn)業(yè)乃至 整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展。“十五”期間我國(guó)“三縱三橫”的發(fā)展布局， 其中“三縱”

14、是指燃料電池汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)，“三橫”包括動(dòng) 力蓄電池技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、控制系統(tǒng)技術(shù)?！笆濉逼陂g由整車(chē)企業(yè)領(lǐng)頭， 高校和零部件供應(yīng)商積極配合，產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，自主研發(fā)具有國(guó)際先進(jìn)水平 的純電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池汽車(chē)，并積極推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的商品化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn) 程，特別是在純電動(dòng)汽車(chē)方面的成就尤為令人矚目，在CAN總線分布式控制、高 壓電安全管理單元集成、一體化電動(dòng)動(dòng)力總成模塊設(shè)計(jì)等方面都取得了突破性 進(jìn)展。電動(dòng)汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的最好選擇，但這種替代的過(guò)程必 定是漫長(zhǎng)而艱辛的。近期來(lái)看，考慮到電池成本、技術(shù)可靠性等方面的影響因素， 混合動(dòng)力汽車(chē)是很好的過(guò)渡產(chǎn)品，能

15、夠同時(shí)滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保和消費(fèi)市場(chǎng)要求：但從 中長(zhǎng)期來(lái)看，一旦動(dòng)力電池和相關(guān)控制技術(shù)取得突破，純電動(dòng)車(chē)、燃料電池車(chē)將 會(huì)是實(shí)現(xiàn)低能耗、零排放的最優(yōu)選擇。2總體方案設(shè)計(jì)純電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性在很大程度上取決于動(dòng)力系統(tǒng)零部件的選 型和參數(shù)匹配。電池和電機(jī)是純電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件，對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的影響 很大；反過(guò)來(lái)，傳動(dòng)系統(tǒng)確定以后也會(huì)對(duì)電池和電機(jī)的選擇形成邊界條件。電機(jī) 功率太大會(huì)造成效率的損失；電機(jī)功率太小會(huì)影響車(chē)輛爬坡、加速等性能。電池 組太多會(huì)造成載荷偏重、布置困難，對(duì)能量管理系統(tǒng)要求也會(huì)偏高；電池組太小 可能會(huì)無(wú)法滿(mǎn)足電機(jī)大功率運(yùn)行的需求，從而降低車(chē)輛性能，電池組長(zhǎng)期超負(fù)荷 工作也會(huì)減少

16、使用壽命。2.1電池的選擇電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化研究的核心就是其續(xù)駛里程，而電動(dòng)汽車(chē)的能源系統(tǒng)是其 續(xù)駛里程的重要保證，也是其決定性因素。電動(dòng)汽車(chē)主要的能量來(lái)源便是蓄電池， 因而蓄電池是否最優(yōu)將最終影響到整車(chē)的經(jīng)濟(jì)性為此，電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池應(yīng)該具 備三個(gè)方面的要求：一、在制造方面，要使用壽命盡可能長(zhǎng)，成本控制要低。二、 在使用方面，要具有較高的能量與功率密度，充電要盡可能快，放電要深，對(duì)工 作環(huán)境限制較少（環(huán)境溫度范圍寬）。三、在維護(hù)及回收利用方面，要維修方便、 可回收性好。同時(shí)，還得考慮到回收與維修成本。蓄電池是電動(dòng)汽車(chē)車(chē)的動(dòng)力來(lái)源，是能源系統(tǒng)的根本。因此，其質(zhì)量的優(yōu)劣 將會(huì)制約電動(dòng)汽車(chē)的性能，進(jìn)而影

17、響其行車(chē)?yán)锍獭Ｄ壳?，市?chǎng)上比較常見(jiàn)的、應(yīng) 用比較廣泛的電池為鉛-酸（Lead-Acid）蓄電池、鎳-氫（Ni-MH）蓄電池以及鋰離子 （Li-Ion）蓄電池。本文在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)在我國(guó)使用較廣泛的幾種蓄電池其主要性 能指標(biāo)做了比較整理，具體的如下表2.1所示。表2.1電池性能參數(shù)對(duì)比電池類(lèi)別鉛酸電池鎳氫電池鋰離子電池電解質(zhì)酸性堿性聚合物單位工作電壓（V）21.23.6可充電壽命（次）30050050010006001200功率密度（W/L）120480能量密度（Wh/L）60100150200250能量效率（）659065可回收利用率（）979098允許負(fù)載高最低低循環(huán)壽命（次）40

18、0600800100018002000環(huán)境污染污染無(wú)污染無(wú)污染質(zhì)量比能量（Wh/kg）3540608090160體積比能量（Wh/L）70200270（1）鉛-酸蓄電池鉛酸蓄電池由于發(fā)展較早，其生產(chǎn)工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量也相對(duì)較高。加之鉛的分布較廣、價(jià)格相對(duì)低廉，比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。因此，在電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)相對(duì)還不成熟的初始階段被大量應(yīng)用，是電動(dòng)自行車(chē)的主要?jiǎng)恿υ?。但隨著技術(shù) 的革新，鉛酸電池各方面的缺點(diǎn)也越來(lái)越明顯：首先，鉛酸蓄電池的質(zhì)量和體積 較大，使得電動(dòng)汽車(chē)自身質(zhì)量變大，可利用空間變小，加大了能量的自身?yè)p耗； 其次，鉛酸蓄電池的利用率受外界影響大，連續(xù)工作效率低；再次，鉛酸蓄電池 在使用

19、后，受自身?xiàng)l件限制，回收利用難度較大。（2）鎳-氫蓄電池鎳氫蓄電池具有很高的比能量，這樣可以為電動(dòng)汽車(chē)提供充足的動(dòng)力，用于 滿(mǎn)足其多工況的要求。同時(shí)，無(wú)重度污染，綠色環(huán)保也是其一大優(yōu)勢(shì)。在使用方 面，鎳氫蓄電池使用壽命比其他蓄電池明顯長(zhǎng)很多，充放電性能也比較突出，發(fā) 展前景較大。同時(shí)，鎳氫蓄電池因?yàn)槌杀据^高現(xiàn)階段大規(guī)模生產(chǎn)難度較大，但由 于其在能量和壽命兩方面的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該會(huì)成為我國(guó)今后一段時(shí)期開(kāi)發(fā)的主要產(chǎn) 品。目前在我國(guó)已經(jīng)有部分鎳氫蓄電池用在微小型車(chē)上了。（3）鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池不但具有能量存儲(chǔ)量大、質(zhì)量輕、效率高、功率大等優(yōu)點(diǎn)，還 具有壽命較長(zhǎng)、無(wú)污染、對(duì)使用環(huán)境以及溫度范圍要求不高

20、。唯一的缺點(diǎn)就是發(fā) 熱量大，制造成本高，需要在開(kāi)始階段高投入。綜合上述各種電池的特性，結(jié)合本電動(dòng)汽車(chē)的特性，本文選用鋰離子電池作 為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源。2.2電動(dòng)機(jī)性能分析與選擇電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)主要的作用就是將電能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)力，給汽車(chē)提供動(dòng)力，同 時(shí)又能將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化成電能，存儲(chǔ)在蓄電池中。它是電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”，其能 否正常并且有效、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。因此，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)性能來(lái)說(shuō)， 電動(dòng)機(jī)的選擇是非常重要的。電動(dòng)汽車(chē)在日常的行駛過(guò)程中，會(huì)經(jīng)歷各種不確定的工況，這樣便會(huì)時(shí)常產(chǎn) 生快速啟動(dòng)或制動(dòng)、緊急加速或減速。通常在這些工況下需要不同的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速， 以及能量的快速回收。為了使電動(dòng)汽車(chē)的各項(xiàng)性

21、能滿(mǎn)足要求，作為經(jīng)常使用的電 動(dòng)機(jī)必須滿(mǎn)足以下三點(diǎn)：一、為了使電動(dòng)汽車(chē)具有瞬時(shí)加速及持續(xù)爬坡能力，就 要求電動(dòng)機(jī)在任何情形下必須能過(guò)載。電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡可能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)面對(duì)各種復(fù) 雜工況下的行駛要求，對(duì)自身轉(zhuǎn)速有比較寬的調(diào)節(jié)范圍。二、為了減少電動(dòng)汽車(chē) 自身的能量消耗，提高電動(dòng)機(jī)空間布置的可靠性以及安裝的方便性，電動(dòng)汽車(chē)電 動(dòng)機(jī)應(yīng)盡量具有較高的比功率。同時(shí)，這樣也會(huì)使能量回收更加高效、快速。三、 由于電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境具有多變性，有時(shí)還很惡劣。電動(dòng)機(jī)必須可以抵抗外界十 擾，保證其工作的可靠性。此外，電動(dòng)機(jī)還應(yīng)滿(mǎn)足操作簡(jiǎn)單、制造與使用成本較 低，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)等。通過(guò)查閱電動(dòng)汽車(chē)的相關(guān)配置資料，總結(jié)出

22、目前電動(dòng)汽車(chē)上使用比較廣泛的 電動(dòng)機(jī)主要有下表中列出的三種。表2.2電機(jī)性能參數(shù)對(duì)比項(xiàng)目直流電動(dòng)機(jī)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍（r/min）300060001200020000400010000功率密度低中高功率因素（）82859093峰值效率（）858994959597符合效率（）808790928597過(guò)載能力（）200300500300電動(dòng)機(jī)外形尺寸大中小可靠性一般好優(yōu)良結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性差好一般控制操作性能最好好好（1）直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)由于其最早被人們所使用的，因而其制造技術(shù)相對(duì)較成熟，操作 與控制簡(jiǎn)單，制造成本也就相對(duì)比較低。但由于其質(zhì)量較大，效率較低，安裝也 極不方便。直流電動(dòng)機(jī)的

23、優(yōu)點(diǎn)集中在使用方便，可調(diào)速的區(qū)間大等方面。但這些 優(yōu)點(diǎn)不足以支撐直流電動(dòng)機(jī)在高速、多工況、能量利用率要求較高的電動(dòng)汽車(chē)上 使用。因此，直流電動(dòng)機(jī)現(xiàn)在只能在一些微型以及短距離區(qū)間行駛的電動(dòng)汽車(chē)上 使用。（2）交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)這些年交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的使用規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是在電動(dòng)汽車(chē)上。其與直 流電動(dòng)機(jī)相比較最大的優(yōu)點(diǎn)在于體積與質(zhì)量都比較小，工作穩(wěn)定，以及壽命較長(zhǎng)。 但其控制系統(tǒng)沒(méi)有直流電機(jī)簡(jiǎn)單，研發(fā)費(fèi)用高。但隨著電子以及電控技術(shù)的不斷 發(fā)展，兩者之間的差距會(huì)越來(lái)越小，交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)占有率將會(huì)進(jìn)一步提 高，成為今后一段時(shí)期內(nèi)的主導(dǎo)產(chǎn)品。（3）永磁電動(dòng)機(jī)永磁電動(dòng)機(jī)又分為直流和交流，直流的叫無(wú)刷電機(jī)

24、，交流的叫同步電機(jī)。但 它們都是由永磁材料組成磁場(chǎng)，用電流來(lái)控制的。其特點(diǎn)主要是轉(zhuǎn)矩比較大，車(chē) 速突然變化時(shí)電流基本無(wú)沖擊，當(dāng)載重量發(fā)生變化時(shí)其電流變化也是很微弱的。 由于永磁電動(dòng)機(jī)的控制是根據(jù)電流的變化完成的，控制比較復(fù)雜。因此，控制系 統(tǒng)的精度要求比較高，研發(fā)成本也相對(duì)較高，價(jià)格較貴。但隨著控制系統(tǒng)的不斷更新，其研發(fā)成本就會(huì)下降，就會(huì)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。隨著新型永磁材料和電力電子器件的迅速發(fā)展，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)成為近 年來(lái)成熟的一種新型電機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)機(jī)械式換向，與其他電 動(dòng)機(jī)相比低速時(shí)即可獲得恒定的大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速范圍大，高速是可獲得恒定的大功 率，這些特性很好的滿(mǎn)足了電動(dòng)汽車(chē)

25、低速時(shí)要求電機(jī)轉(zhuǎn)矩大，高速時(shí)要求電機(jī)轉(zhuǎn) 速高的特點(diǎn)。針對(duì)本文所設(shè)計(jì)的純電動(dòng)SUV，選用永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為汽車(chē)的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置形式電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)最重要的組成部件，其主要功能與一般汽車(chē)中動(dòng)力 機(jī)構(gòu)的功能基本相似，是動(dòng)力來(lái)源。并且將電動(dòng)汽車(chē)的電池組與其他部件緊密的 聯(lián)系起來(lái)，其結(jié)構(gòu)以及性能的優(yōu)劣都會(huì)制約整車(chē)的性能。電動(dòng)汽車(chē)的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體布置方式取決于電動(dòng)機(jī)所采用的驅(qū)動(dòng)方式，不 同的驅(qū)動(dòng)方式就會(huì)有不同的布置方式，因而其布置方式有很多種。應(yīng)用比較廣泛 的驅(qū)動(dòng)布置可劃分為四種。（1）傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上汽車(chē)的機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)布置形式基本一致， 包括傳統(tǒng)汽

26、車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有傳動(dòng)裝置，如離合器、變速器以及差速器等。最大 的變化就是用電動(dòng)機(jī)替換了發(fā)動(dòng)機(jī)，保持原有構(gòu)架基本不變。因此，這種布置方 式的傳動(dòng)裝置與傳統(tǒng)汽車(chē)的傳動(dòng)裝置功能基本一樣。其中離合器主要作用為：1） 可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的快速傳遞，完成電動(dòng)汽車(chē)的起步過(guò)程；2）當(dāng)汽車(chē)快速制動(dòng)時(shí)防 止傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載，而達(dá)到保護(hù)汽車(chē)傳動(dòng)系的目的；3）在不需要?jiǎng)恿蛑苿?dòng)時(shí)， 能迅速切斷動(dòng)力機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系，使得電動(dòng)汽車(chē)在行駛時(shí)更加安全。變速器也與 其在傳統(tǒng)汽車(chē)上的功能基本一樣，包含幾組減速比各異的齒輪，在形成多種減速 比可供駕駛員選擇的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力的傳遞。當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)在低檔位行駛時(shí)，變速器可以提供給整車(chē)低轉(zhuǎn)速或大

27、轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電 動(dòng)汽車(chē)在高檔行駛時(shí)，變速器可以提供給整車(chē)高轉(zhuǎn)速或小轉(zhuǎn)矩。差速器的作用主 要是當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)行駛在彎道時(shí)，可以保持內(nèi)車(chē)輪與外車(chē)輪之間車(chē)速的差異性，使 得電動(dòng)汽車(chē)平穩(wěn)通過(guò)彎道。由于這種布置方式中的傳動(dòng)裝置較多，能量損耗大， 電動(dòng)汽車(chē)的行駛效率就會(huì)下降。因此，這種布置方式只在早期開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)過(guò)，隨 著技術(shù)的不斷更新，現(xiàn)在已經(jīng)很少有汽車(chē)企業(yè)再去開(kāi)發(fā)了。( ) ( )C IIgbdoT() ()M 一電動(dòng)機(jī)，C 離合器，GB一變速器，D一差速器。圖2.1傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電混合系統(tǒng)這種布置方式是在第一種布置方式的基礎(chǔ)上省掉了離合器與變速器。用減速 比保持不變的減速器代替，這樣就會(huì)使得部件數(shù)減少，從

28、而增加整車(chē)的可利用空 間。我們?cè)诰唧w研究的時(shí)候，就會(huì)在很大程度上減輕我們的工作量，而且節(jié)省大 量時(shí)間。由于這種布置方式在電動(dòng)汽車(chē)快速啟動(dòng)、突然加速或者減速的時(shí)候，不 能像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)那樣有變速器可以自由選擇變速檔位。為了保證電動(dòng)汽車(chē)在 這種工況下正常行駛，這種布置方式的電動(dòng)機(jī)就必須滿(mǎn)足在電動(dòng)汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)能提 供大的轉(zhuǎn)矩和足夠大的后備功率。顯然，這種布置方式與第一種相比較其傳動(dòng)效率要高很多，但由于其結(jié)構(gòu)還 不夠簡(jiǎn)潔、實(shí)用性也較差，因此只在一些換代電動(dòng)汽車(chē)上使用。FG一固定速比減速器圖2.2機(jī)電混合系統(tǒng)雙電機(jī)系統(tǒng)這種布置方式比前一種又省掉了差速器，整車(chē)質(zhì)量也減輕了很多，可利用空間進(jìn)一步增大，這樣電

29、動(dòng)汽車(chē)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力就可以由裝在驅(qū)動(dòng)軸上的兩個(gè)電 動(dòng)機(jī)獨(dú)立提供。差速器的功能就由兩個(gè)直接裝在驅(qū)動(dòng)輪上的固定速比減速器來(lái)獨(dú) 立完成，相互之間沒(méi)有影響。同時(shí)動(dòng)力蓄電池的放置也更加靈活，為了減少機(jī)械 傳動(dòng)的能量消耗，以及增加電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)可利用空間，可將動(dòng)力蓄電池和兩個(gè)電 動(dòng)機(jī)放置在同水一平面。圖2.3雙電機(jī)系統(tǒng)（4）輪轂電機(jī)系統(tǒng)這種布置方式與前面幾種布置方式最大的不同在于兩個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)直接 裝在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪上，同時(shí)整個(gè)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)沒(méi)有傳統(tǒng)的機(jī)械裝置，這就使得傳 遞效率大大提高，空間也得到了最大程度的利用。這種布置方式對(duì)電動(dòng)機(jī)的安裝 位置有一定的要求，因而電動(dòng)機(jī)的體積應(yīng)盡可能的小。此外，在這種布置

30、方式下 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了車(chē)輪的轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)汽車(chē)的行駛速度，故而在驅(qū)動(dòng)軸上增加 了電動(dòng)機(jī)控制器，這樣會(huì)使電動(dòng)機(jī)的控制更加精確。由于這種布置形式完全去除 掉了機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這就使得電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)效能得到了很大提高，而且機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn) 單，發(fā)展前景樂(lè)觀。圖2.4輪轂電機(jī)系統(tǒng)上述四種方案各具優(yōu)缺點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)則采取雙電機(jī)系統(tǒng)，這種獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)可以有效解決空間布置的難題，適合裝備獨(dú)立懸架的汽車(chē)，減少傳統(tǒng)汽車(chē)的電 動(dòng)化改型的難度。該系統(tǒng)采用斷開(kāi)式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則采用雙電機(jī)相向布置形式， 結(jié)構(gòu)緊湊，在具備雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，電機(jī)和減速器固定到車(chē)架或車(chē)身 上，成了簧載質(zhì)量，避免了輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所帶來(lái)的缺陷，

31、有利于改善車(chē)輛的動(dòng) 力學(xué)性能。采用二級(jí)減速器，有效減小傳動(dòng)部件尺寸，方便整車(chē)布置，同時(shí)采用 高速電機(jī)，降低了電機(jī)的成本和質(zhì)量，提高了系統(tǒng)的可靠性。在減速器中加入防 滑裝置，提高車(chē)輛在復(fù)雜路面的通過(guò)性，減少雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制的復(fù)雜程度，容易 擴(kuò)展為四輪驅(qū)動(dòng)，充分發(fā)揮車(chē)輪的路面附著能力。3動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)3.1整車(chē)參數(shù)純電動(dòng)SUV整車(chē)參數(shù)如表3.1所示。表3.1整車(chē)參數(shù)表參數(shù)數(shù)值整備質(zhì)量m/kg1400車(chē)輪滾動(dòng)半徑r/m0.283風(fēng)阻系數(shù)cd0.33滾動(dòng)阻力系數(shù)/0.015旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)61.03迎風(fēng)面積A/m21.95傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率n0.9412電動(dòng)機(jī)及其控制器效率n0.90蓄電池的平均放電效率

32、n d0.95最高時(shí)速km/h160續(xù)航km2003.2電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配與選擇（1）根據(jù)最高車(chē)速計(jì)算電動(dòng)機(jī)最大功率電動(dòng)機(jī)的功率大小決定了電動(dòng)汽車(chē)的最高車(chē)速，首先根據(jù)前文設(shè)定的最高車(chē) 速來(lái)初步?jīng)Q定電動(dòng)機(jī)功率。根據(jù)汽車(chē)行駛功率平衡方程，電動(dòng)機(jī)以最高車(chē)速行駛 消耗的功率為（忽略加速阻力功率和坡度阻力功率）P = ”gf U + CDA U3eu 3600 max 76140 max式中 M整車(chē)整備質(zhì)量（kg）；Ua最高行駛車(chē)速（km/h）；A一迎風(fēng)面積（m2）；f滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD一迎風(fēng)阻力系數(shù)。（2）根據(jù)汽車(chē)爬坡度確定電動(dòng)機(jī)最大功率同理，再利用汽車(chē)行駛功率平衡方程計(jì)算最大爬坡度行駛功率時(shí)忽略加速阻

33、力功率和空氣阻力功率。p = Mf u + 盤(pán) ue 3600 a 3600 a式中 ua電動(dòng)SUV行駛速度（km/h）；i一坡度（%）。（3）根據(jù)電動(dòng)SUV加速性能確定電動(dòng)機(jī)最大功率在計(jì)算加速行駛功率時(shí)忽略坡度阻力功率。p = Mg u + CDA u +，M 火 uei 3600 a 76140 a 3600 dt a式中6一汽車(chē)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù);R一車(chē)輪半徑（m）o綜合以上各式，取計(jì)算結(jié)果最大的電動(dòng)機(jī)功率作為電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)的額定功P P =ermax Peu, P, p門(mén)t電動(dòng)機(jī)最大功率為Pemax =人 Pe式中 nt機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率；入一電動(dòng)機(jī)過(guò)載系數(shù)。將各數(shù)值帶入以上各式，并結(jié)合實(shí)

34、際條件，本文最終所選電機(jī)額定功率均為 25kw,最大功率為45kw。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為9550P9550Pmaxmax結(jié)合電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)并考慮最高車(chē)速對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速氣吟為其最高轉(zhuǎn)速 氣欣的90%95%。初步確定電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)指標(biāo)，如表3.2所示。順表3.2電動(dòng)機(jī)的基本技術(shù)指標(biāo)最大轉(zhuǎn)矩（Nm）150額定轉(zhuǎn)矩（Nm）80峰值功率（kW）40額定功率（kW）20最高轉(zhuǎn)速（rpm）6995額定轉(zhuǎn)速（rpm）2800圖3. 1中橫坐標(biāo)是電機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)是電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩?？梢?jiàn)，在額定轉(zhuǎn)速以前，電機(jī)可以保持恒轉(zhuǎn)矩輸出；在額定轉(zhuǎn)速以后，電機(jī)最大可輸出轉(zhuǎn)矩持續(xù)下滑。3.3電池參數(shù)匹配與選擇在對(duì)蓄電池參數(shù)進(jìn)

35、行選擇是主要考慮電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)的最大消耗功率和電動(dòng) 汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的設(shè)計(jì)要求。本文所選電池為鋰離子電池，其單體額定電壓為12V，單個(gè)蓄電池的容量 為100Ah。3.4電池組數(shù)目的確定（1）由電動(dòng)機(jī)最大功率確定電池組數(shù)目電動(dòng)SUV運(yùn)行過(guò)程中，由蓄電池向電動(dòng)機(jī)提供充足的電能，電動(dòng)機(jī)才能正 常的工作。因此，蓄電池可提供的功率必須大于或等于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)消耗的最大 功率，單個(gè)電池的最大功率為PhPhb max2 E 29Rint式中E0單體電池電動(dòng)勢(shì)（V）Rint等效內(nèi)阻（Q）。所以電池組的數(shù)目PPPPb max UNg max式中 n ec電動(dòng)機(jī)控制器的工作效率；n ：電動(dòng)機(jī)最大功率運(yùn)行時(shí)的工作效率；N單

36、個(gè)蓄電池組所包含的的電池的數(shù)目。（2）由電動(dòng)SUV續(xù)駛里程確定電池組數(shù)目蓄電池所攜帶的能量應(yīng)保證電動(dòng)汽車(chē)能夠滿(mǎn)足其續(xù)駛里程的要求。所以電池組的數(shù)目為組的數(shù)目為1000LWCVtN式中W電動(dòng)SUV運(yùn)行1km所消耗的電池能量（Wh/km）；L電動(dòng)汽車(chē)所設(shè)定續(xù)駛里程（km）；V一單個(gè)電池的電壓（V）； TC一單個(gè)電池的電容量（Ah）。 T由以上計(jì)算的電池組數(shù)目中選擇較大的為電池組數(shù)目，n=16。電動(dòng)汽車(chē)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力都是有動(dòng)力蓄電池提供的，它們之間參數(shù)的匹配是否 合理尤為重要。因此，在蓄電池的參數(shù)確定后，還要對(duì)比電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，主要對(duì) 比的參數(shù)為功率與電壓。表3.3蓄電池基本參數(shù)電池組數(shù)目16額定電壓（V）12額定容量（Ah）100最大電流（A）250對(duì)比電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)與動(dòng)力蓄電池的的主要參數(shù)，可以得出動(dòng)力蓄電池所 提供的的工作電壓與功率（額定功率與最大功率）都能使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由此 可知，本文所選電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力蓄電池參數(shù)合理、有效。3.5減速比的確定由公式V = 0.377max!得 maxii = 0.377 卜=0.3776500 X 0.283 = 4.33v max160電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩還要滿(mǎn)足地面附著條件的要求，即T 妙=1400X*X竺X0.283 = 285.