SC7130純電動(dòng)汽車參數(shù)匹配設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔全套】

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Many countries make electric vehicles as the development direction of automobile industry. First discuss the basic structure of the electric vehicle and its reference techonology,the battery,the motor and its control，and the energy management system．The main difference between the electric vehicle and the fuel vehicle is the drive system．Despite of the electric vehicle is using for reference of the fuel vehicle，but it has its owned character,the structure，performance and techonology parameters．Then select the power parts of battery and motor through the compare of different kinds of drive system disposal．Based on the disposal,study the parameters selection and their matching，and put forward a reasonable principle to design the drive system of electric vehicle，and choose the parameters of the under design electric vehicle. In this thesis, based on SC7130 EV as research object. According to the power-train requirement of electric vehicle，considering the dynamics of the vehicle, the key parameters of power-train including motor parameters,battery parameters, transmission ratio ,transmission gear several choice and so on, which are designed and matched. Utilizing the simulation soft of Matlab/Simulink to build the simulation models about the battery, the motor, the power-train and so on. According to the requirement of the electric vehicle dynamic performance, acceleration ability, maximum speed, climbing performance, cruising range are simulated. The results indicate that the choice of power- train parameters can satisfy the requirement. In this paper, research on Electric Vehicle Power-train System Parameter Matching and Simulation provide the theoretical basis, technical reference and research methods for the development of pure electric vehicles and the Power-train System which can satisfy the vehicles ' performance. Key words: pure electric vehicles; power-train system; parameter matching Matlab/Simulink I 第1章 緒 論 內(nèi)燃機(jī)汽車經(jīng)過一百多年的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，其性能也越來越完善。另外汽車工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)汽車也成為人們生 活中不可缺少的交通運(yùn)輸工具。因此，汽車行業(yè)已成為大多數(shù)國家的支柱產(chǎn)業(yè)。但是，傳統(tǒng)燃油汽車給人類帶來利益的同時(shí)也給人類帶來了巨大的危害，由于汽車的有害氣體的排放和噪聲污染，人們的身體健康也因此受到了威脅。隨著 世界上汽車保有量的日益增加，汽車排出的廢氣對環(huán)境的污染也越來越嚴(yán)重。 同時(shí)伴隨著當(dāng)今世界各國對能源的需求越來越多，而現(xiàn)今石油儲(chǔ)存量越來越少， 燃油汽車將面臨著能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力。因而，當(dāng)今汽車工業(yè)的發(fā)展勢必向低噪聲、零排放、低碳環(huán)保的方向發(fā)展，既走可持續(xù)發(fā)展的道路。所以，電動(dòng)汽車將成為未來發(fā)展的主要趨勢。 電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比具有較多的優(yōu)點(diǎn)。純電動(dòng)汽車具有零排放，低噪聲、安全可靠且操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，可被稱為“綠色的交通工具”[1]。電動(dòng)汽車零排放技術(shù)將會(huì)減輕汽車尾氣對大氣的污染，由于傳統(tǒng)汽車造成的能源短缺，環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重，因此當(dāng)今世界開發(fā)研制電動(dòng)汽車將成為各國政 府，學(xué)術(shù)界及汽車行業(yè)的主要任務(wù)。 1.1電動(dòng)汽車發(fā)展概述 1.1.1國外電動(dòng)汽車的發(fā)展概述 汽車尾氣的排放污染和能源危機(jī)促使世界各國汽車行業(yè)都在迅速研制和開發(fā)電動(dòng)汽車，并且有了一定的成果。由于日本是能源短缺的工業(yè)大國，城市污染較嚴(yán)重，早在 30 多年前就開始了對新能源電池的研究。同時(shí)日本對新能源電動(dòng)汽車的開發(fā)與研制工作也啟動(dòng)的較早。日本的電動(dòng)汽車技術(shù)在全世界來說，是少數(shù)幾個(gè)國家中發(fā)展速度最快的之一，尤其混合動(dòng)力汽車的發(fā)展日本在世界 上居首位。1997年12月，世界上第一款混合動(dòng)力轎車 PRIUS 由豐田汽車公司 在日本市場上進(jìn)行推出2000 年 7 月至 9 月，該轎車開始向北美、歐洲出口?，F(xiàn)在該轎車已遍布世界上20多個(gè)國家。目前市場上銷售的產(chǎn)品已經(jīng)是第二代產(chǎn)品，其汽車的綜合性能有了進(jìn)一步的提高，成本也有了降低。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 顯示，全球混合動(dòng)力汽車市場 90%的份額被豐田汽車公司占據(jù)。2004 年9 月15日，豐田汽車公司與一汽集團(tuán)就混合動(dòng)力汽車項(xiàng)目，在北京簽訂了合作協(xié)議，并宣布在 2005 年內(nèi)，豐田PRIUS混合動(dòng)力轎車由雙方共同生產(chǎn)。因此，PRIUS混合動(dòng)力轎車在中國市場上也有了銷售。接著，豐田汽車公司還推出了搭載軟 混合動(dòng)力系統(tǒng)的CROWN轎車和 ESTIMA混合動(dòng)力汽車。豐田汽車公司推廣的混合動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能和行駛動(dòng)力性能居世界的前列。除此之外，本田汽車 公司研制的Insight混合動(dòng)力電動(dòng)汽車銷售狀況良好。Civic 混合動(dòng)力汽車由本田田汽車公司于2002年4月在美國市場上銷售。在2006 年，日產(chǎn)汽車公司把 Altima 牌混合動(dòng)力汽車投放到美國市場，這是日產(chǎn)與豐田公司合作生產(chǎn)的第一個(gè)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)品[2、3]。 美國的汽車公司在電動(dòng)汽車的研制開發(fā)方面和日本相比較要差很多，美國的三大汽車公司生產(chǎn)、銷售的純電動(dòng)汽車還是小批量，還沒有達(dá)到一定的規(guī)模。然料電池電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車還未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，因此日本的混合動(dòng)力汽 車在美國市場上占據(jù)了重要的地位。混合動(dòng)力電動(dòng)汽車研發(fā)合同由美國能源部與三大巨頭汽車公司在 1993 年簽訂。其中三大汽車公司分別投入的資金如下：通用投入1.48億美元，克萊斯勒投入8480萬美元，福特投入1.38億美元，這些資金預(yù)計(jì)使用5年來研發(fā)電動(dòng)汽車。在此基礎(chǔ)上，目前已推出三款混合動(dòng)力 概念車 Daimler Chrysler DodgeESX3、GM Precept 、Ford Prodigy。在 2004年12月14日，通用汽車公司與戴姆勒-克萊斯勒汽車公司共同合作開發(fā)混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，以此推動(dòng)混合動(dòng)力汽車的發(fā)展。在2009年2月，在金融風(fēng)暴的沖擊下，美國政府大力支持本國電動(dòng)汽車的研發(fā)，三大汽車公司配合政府支持各企業(yè)的新能源項(xiàng)目[4、5、6、7]。 歐洲各國汽車公司也都在開發(fā)和研究新能源電動(dòng)汽車項(xiàng)目。就目前來看，法國是世界上電動(dòng)汽車的普及程度和保有量最多的國家，據(jù)估計(jì)已有2萬輛不同的電動(dòng)汽車投入使用，純電動(dòng)汽車大概約有8000輛[8]。 總的來說，目前，日本和美國的電動(dòng)汽車研究處于世界的領(lǐng)先水平，其他國家對電動(dòng)汽車的研究還處在一定的階段。 1.1.2 國內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展概述 1981年，我國開始正式對電動(dòng)汽車進(jìn)行研制，當(dāng)時(shí)全世界各行各業(yè)的人對電動(dòng)汽車的認(rèn)識(shí)還不夠，往電動(dòng)汽車上投入的精力和資本都很少。近年來，我國對電動(dòng)汽車的研究、開發(fā)提上了日程。國家和汽車企業(yè)開始對電動(dòng)汽車投入大量的資金，并且國家在電動(dòng)汽車研發(fā)方面給以積極有效的引導(dǎo)[9]。 2006 年 6 月，“十一五”的“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目通過論證。12 月，由13名成員組成的“十一五”的“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目總體專家正式成立。這些專家來自不同的單位，涵蓋了節(jié)能與新能源汽車整車技術(shù)研究和開發(fā)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，蓄電池等關(guān)鍵部件技術(shù)研究的方面，以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)應(yīng)用方 面。這一構(gòu)成有利于對項(xiàng)目的整體技術(shù)方向的把握并促進(jìn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。“十五”期間，中國在電動(dòng)汽車研究方面投入 24 億元，“十一五”期間有望增 加到 50 億元。2006 年－2007 年，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)取得了重大的進(jìn)展，中國自主研制的純電動(dòng)、混合動(dòng)力和燃料電池三類新能源汽車整車產(chǎn)品相繼問世；混合動(dòng)力和純電動(dòng)客車實(shí)現(xiàn)了規(guī)模示范。國內(nèi)的比亞迪、奇瑞、吉利、長安、哈飛等汽車企業(yè)，紛紛在各大國際車展上頻頻亮相，展出了自行研發(fā)的混合動(dòng) 力汽車，從而在這場新能源的競爭中，取得了不可估量的首發(fā)權(quán)。 2008 年，北京成功舉辦了以“綠色、科技、人文”為主題的奧運(yùn)會(huì)，且在 奧運(yùn)期間使用了許多電動(dòng)汽車，排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了世界上最嚴(yán)格的要求，電動(dòng)汽 車無形中在奧運(yùn)會(huì)期間得到了很好的宣傳。2009 年 2月5日，國家出臺(tái)了《節(jié)能與新能源汽車示范推廣財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，這一舉措剛好適應(yīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)節(jié)能減排。政府并對不同類型的電動(dòng)車給予了不同資金的補(bǔ)助。 在上海世博會(huì)上，著名的各大汽車公司都向世界推廣各自獨(dú)特的汽車新理念，同時(shí)對未來汽車發(fā)展的方向作出預(yù)測，并得出結(jié)論新能源汽車已經(jīng) 成為關(guān)注的焦點(diǎn)，再加上無污染電動(dòng)汽車在各個(gè)場館都有大量的使用，這些現(xiàn)象都將促進(jìn)電動(dòng)汽車在國內(nèi)的迅速發(fā)展[10]。 計(jì)劃到2020年，我國新能源汽車和傳統(tǒng)汽車的汽車技術(shù)達(dá)到先進(jìn)水平，部分技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，我國將變成世界上的汽車強(qiáng)國。 用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車上的燃油，全力推進(jìn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。計(jì)劃到 2015 年，純電動(dòng)汽車的保有量應(yīng)用達(dá)50萬輛以上；新的電動(dòng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車，混合動(dòng)力汽車比例將達(dá)到年產(chǎn)量的30%以上，電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件及電動(dòng)汽車整車產(chǎn)業(yè)化達(dá)到一個(gè)新的水平。新車平均單車油耗比2009年下降30%以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平。 1.2 本論文研究的目的和意義 純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車一樣有著復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。純電動(dòng)汽車的主要性能指標(biāo)是最高車速、加速能力、最大爬坡度和續(xù)駛里程等，電動(dòng)汽車能否達(dá)到這些指標(biāo)的要求，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)起著重要的作用，因此，要滿足整車的動(dòng)力性能，傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)合理的選擇及優(yōu)化仿真即是本論文研究的重點(diǎn)。 目前動(dòng)力電池技術(shù)還不夠成熟，有待進(jìn)一步的研究與開發(fā)，電池性能的好 壞直接影響了純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，續(xù)駛里程如果能達(dá)到較理想的值，那么 電動(dòng)汽車的使用數(shù)量將會(huì)增加。除電池之外，純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系部件參數(shù) 對純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性、續(xù)駛里程等都有顯著的影響[15]。因此，本文結(jié)合某型 純電動(dòng)汽車項(xiàng)目，對純電動(dòng)汽車傳動(dòng)系的參數(shù)進(jìn)行選擇和計(jì)算，并利用仿真軟 件Matlab/Simulink對其進(jìn)行仿真分析并對所選的傳動(dòng)系參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在電池和電機(jī)參數(shù)不變的條件下，提高整車的傳動(dòng)系效率增加電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，以及為將來開發(fā)研制滿足純電動(dòng)汽車性能的傳動(dòng)系統(tǒng)奠定了理論依據(jù)。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容 本論文研究的主要內(nèi)容如下： 1）對純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)的原則和方法進(jìn)行分析和探討。 2）對動(dòng)力傳動(dòng)系的主要參數(shù)進(jìn)行合理的選擇和匹配。 3）應(yīng)用電動(dòng)汽車仿真軟件 Matlab/Simulink建立整車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的性能仿真模型。 4）針對已經(jīng)建立好的仿真模型運(yùn)行仿真，并對仿真結(jié)果作出分析，驗(yàn)證動(dòng)力性及續(xù)駛里程能否滿足整車的動(dòng)力性求。 第2章 電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu) 2.1 電動(dòng)汽車的基本組成 對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)有很大差別，具體組成包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝置等組成。電動(dòng)汽車的其他裝置基本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。 2.1.1 電源 電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動(dòng)汽車的發(fā)展開辟了廣闊的前景。本文討論的對象使用高能鋰電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車，鋰離子電池由于其比能量大、放電電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)、具有快速充電能力、自放電速率小、具有多種安全保護(hù)措施、密封良好，無泄漏現(xiàn)象、環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)，使得其在未來電動(dòng)汽車中的應(yīng)用前景非常廣闊。 2.1.2 電池管理系統(tǒng) 電池管理系統(tǒng)一直是電動(dòng)汽車發(fā)展中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，電池組管理系統(tǒng)最基本的作用是監(jiān)控電池的電池電壓、電流和溫度，通過對這些參數(shù)的測量，預(yù)測蓄電池的SOC和相應(yīng)的剩余行駛里程，管理電池的工作情況，避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，以便最大限度地利用電池的存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。 電池管理系統(tǒng)按照實(shí)現(xiàn)方式可以分為兩大類：一類是基于芯片的電池管理系統(tǒng)；另一類是基于分立式器件的電池管理系統(tǒng)?；谛酒碾姵毓芾硐到y(tǒng)一般將前端采集電路、均衡電路以及電量計(jì)量算法、通訊功能等集成在芯片中，輔以外圍電路完成對電池的管理功能。具有更小的體積、更高的集成度等優(yōu)勢；基于分立器件的電池管理系統(tǒng)，有基于純硬件和基于軟硬件協(xié)調(diào)工作的解決方案，而軟硬件協(xié)調(diào)工作方案由于實(shí)現(xiàn)更靈活、功能更完善，被廣泛采用。該方案在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性上占有一定優(yōu)勢。 2.1.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電子控制器、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置和車輪，其功用是將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。 圖2-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 目前電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要分為4類：1）、直流電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、電磁轉(zhuǎn)矩控制特性優(yōu)良，在城市無軌電車上廣泛應(yīng)用但重量和體積也較大；2）、感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高、矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，成本高；3）、永磁無刷電機(jī)系統(tǒng)，這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度較高、電機(jī)尺寸小、體積小、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好；4）新一代牽引電機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)即開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有高密度、高效率、低成本、寬調(diào)速。 2.1.4 底盤和車身 電動(dòng)汽車的車身與傳統(tǒng)汽車基本相同，底盤中的傳動(dòng)系比內(nèi)燃機(jī)汽車有所簡化。在底盤的布置上還要有足夠的空間存放動(dòng)力電池組，并且要求線路連接方便，充電方便，檢查方便和裝卸方便。能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力電池組的整體機(jī)械化裝卸。這就要求在電動(dòng)汽車的底盤的布置上，打破傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車底盤布置模式，加大承載空間的跨度和承載結(jié)構(gòu)件的剛度，并且充分考慮防止動(dòng)力電池組滲出的酸或堿液對底盤結(jié)構(gòu)件的腐蝕侵害。 車身采用輕質(zhì)材料如鎂、鋁、優(yōu)質(zhì)鋼材及復(fù)合材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，可使汽車自身質(zhì)量減輕30%-50%；實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、下坡和怠速時(shí)的能量回收；采用高彈滯材料制成的高氣壓子午線輪胎，使汽車的滾動(dòng)阻力減少50%；汽車車身特別是汽車底部更加流線型化，可使汽車的空氣阻力減少50%。 2.1.5 輔助設(shè)施 輔助系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力源、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、空調(diào)器、照明及除霜裝置、刮水器和收音機(jī)、安全保護(hù)裝置等，借助這些輔助設(shè)備來提高汽車的操縱性、安全性和乘員的舒適性。 2.2 純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及布置方式 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)汽車動(dòng)力性能的好壞。圖 2-1 為純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成，由結(jié)構(gòu)圖可以看出該動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)和電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩分。電源系統(tǒng)主要有蓄電池和電子控制系統(tǒng)等組成。電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由變速器傳動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)車輪等組成；其中，電子控制系統(tǒng)主要包括各種傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及控制器。由圖可知：控制器在電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能中起著重要的作用。電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩，都有控制器來控制，然后在經(jīng)過變速器，電機(jī)的機(jī)械能最終傳給車輪。從圖中知加速踏板、制動(dòng)踏板、檔位、電機(jī)及轉(zhuǎn)向盤輸出的信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，然后控制系統(tǒng)對接收的信號(hào)經(jīng)過處理后在傳送到到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)的輸出功率就會(huì)得到控制，實(shí)現(xiàn)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，輸出的動(dòng)能 經(jīng)過變速器最終傳給車輪，然后汽車按駕駛員的要求行使[11]。 圖 2-2 純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)基本組成 目前，電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)常見的布置形式有以下幾種：[16,17] （1）電機(jī)+傳統(tǒng)汽車變速器 這種布置方式和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)布置方式相同，裝有變速器和離合 器。這種車是將發(fā)動(dòng)機(jī)換成電動(dòng)機(jī)，屬于改裝型電動(dòng)汽車。這種布置可以提高電動(dòng)汽車的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，增加后備功率。 （2）固定速比減速器 因這種傳動(dòng)系統(tǒng)取消了變速器和離合器，減輕了整車的質(zhì)量。取消了變速器和離合器后，這就要求電動(dòng)機(jī)有足夠高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有足夠大的后備功率，以此來滿足電動(dòng)汽車的行駛需求。 （3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋一體化 這種布置方式依然是取消了變速器和離合器。與第二種布置方式不同的是將電動(dòng)機(jī)裝到驅(qū)動(dòng)橋上，變速和差速轉(zhuǎn)換直接由電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這種傳動(dòng)方式對電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)都有較高的要求，同樣要求有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和后備功率，同時(shí)要求控制系統(tǒng)有較高的控制精度和良好的可靠性，這樣才能保證電動(dòng)汽平穩(wěn)、安全的行駛。 （4）輪輻電機(jī) 這種布置方式同第三種布置方式相似，此種方式是將電動(dòng)機(jī)直接裝到驅(qū)動(dòng)輪上， 機(jī)械能不在經(jīng)過驅(qū)動(dòng)軸傳遞，而是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪行駛。 （5）電機(jī)+變速器 此種布置方式與第一種方式的不同之處在于沒有安裝離合器，只安裝變器。安裝變速器可以提高整車的動(dòng)力性能和整車的效率，且傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不至于那么復(fù)雜。 目前，我國的電動(dòng)汽車的研發(fā)技術(shù)還不夠成熟，大都是以傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)汽車為基礎(chǔ)進(jìn)而研發(fā)設(shè)計(jì)的。電動(dòng)汽車高性能的實(shí)現(xiàn)，并不是簡單地將傳統(tǒng)的內(nèi)燃 機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)和油箱改換成電動(dòng)機(jī)和蓄 電池。它必須通過對傳動(dòng)系統(tǒng)各部件如電動(dòng)機(jī)、蓄電池、減速器、變速器、和控制系統(tǒng)等參數(shù)進(jìn)行合理匹配選擇和計(jì)算。本論文將要參考第二種和第五種傳動(dòng)系統(tǒng)的布置方式，然后根據(jù)某型純電動(dòng)汽車要求的參數(shù)，通過計(jì)算來確定最終使用哪一種布置方案。 2.3 本章小結(jié) 電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車差別較大，傳統(tǒng)汽車是由發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。而電動(dòng)汽車是由電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。 本章詳細(xì)討論電動(dòng)汽車的5大系統(tǒng)，即電源、電池管理系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車身及底盤、輔助設(shè)施。對于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)研發(fā)，有一定的綜合指導(dǎo)作用。 第3章 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)選擇及匹配 3.1 某型純電動(dòng)汽車的整車參數(shù)和性能指標(biāo) 本文參考同類型純電動(dòng)車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)獲得如下數(shù)據(jù)，表3.1，3.2所示為整車參數(shù)和性能指標(biāo)： 表3.1 純電動(dòng)汽車整車主要技術(shù)參數(shù) 技術(shù)參數(shù) 單位 參數(shù)值 滿載質(zhì)量 kg 1365 空氣阻力系數(shù) - 0.32 迎風(fēng)面積 1.89 傳動(dòng)效率 - 95% 車輪滾動(dòng)半徑 m 0.266 滾動(dòng)阻力系數(shù) - 0.02 表3.2 純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能指標(biāo)要求 動(dòng)力性能參數(shù) 單位 參數(shù)值 加速性能 s 0~50km/h 的加速時(shí)間≤10 0~80km/h 的加速時(shí)間≤25 最大爬坡度 - 最高車速 續(xù)駛里程 km 等速工況下≥150；循環(huán)行駛工況下≥115 3.2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評價(jià)指標(biāo)即汽車的最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性評價(jià)指標(biāo)與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車評價(jià)指標(biāo)相同。但是，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性與傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有很大的區(qū)別，即電動(dòng)機(jī)的峰值功率與額定功率可差3倍或者更高，但是在最大功率工況下電動(dòng)機(jī)不能長時(shí)間工作，因此必須在電動(dòng)機(jī)的額定工況下計(jì)算電動(dòng)汽車的最高車速，最大爬坡度可以在最大功率工況下計(jì)算。汽車的起步過程和加速過程時(shí)間較短，在理論上可以用電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)特性不同的是，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是低速時(shí)恒轉(zhuǎn)矩和高速時(shí)恒功率，如果傳動(dòng)系有多個(gè)擋位時(shí)，其驅(qū)動(dòng)力與內(nèi)燃機(jī)汽車相比也有許多不同，所以在選擇擋位和速比、計(jì)算最高車速等 考慮的因素與內(nèi)燃機(jī)汽車也不同。 在純電動(dòng)汽車的電機(jī)參數(shù)選擇和設(shè)計(jì)中，通常以汽車的最高車速，最大爬坡度和最大加速度來初步選擇電動(dòng)機(jī)的功率。通過上述三種汽車行駛狀態(tài)下的計(jì)算，所選擇的電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)大體上等于或者大于汽車以最高車速、最大爬坡度或者最大加速度行駛時(shí)行駛阻力消耗的功率之和。電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)主要包括 電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定功率、峰值功率、最大轉(zhuǎn)矩及最高轉(zhuǎn)速等參數(shù)。 3.2.1 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，就意味著對電動(dòng)機(jī)的制造精度和制造工藝要求就越高，和電機(jī)相連的變速器或減速器的的尺寸也會(huì)受到影響，此外還會(huì)提高制造成本。 轉(zhuǎn)速在 3000~6000r/min 的為低速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速在6000~10000r/min的為中速電機(jī)，轉(zhuǎn)速高于10000r/min 的為高速電動(dòng)機(jī)。中速和高速電動(dòng)機(jī)成本較高、而且制造工藝復(fù)雜，對電磁材料的性能，軸承的承載能力有較高的要求。因此在本文中將采用低于6000r/min的低速電機(jī)[18]。 電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值有一個(gè)范圍，這個(gè)范圍也被稱為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)β，β值的大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，β值越大，電動(dòng)機(jī)在低速下就可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩，大轉(zhuǎn)矩有利于汽車的爬坡和加速。但β值不易過大，過大會(huì)導(dǎo)致功率損耗。因此，一般β值取2~4之間，因此電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)該在1200~2500r/min 之間。 3.2.2 電動(dòng)機(jī)峰值功率及額定功率的匹配 電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源，對整車的動(dòng)力性有直接的影響。所選的電動(dòng)機(jī)功率越大，整車的動(dòng)力性也就越好，但是如果功率過大，電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和體積也會(huì)增大，且電機(jī)的工作效率不高，這樣就不能充分利用有限的車載能源，從而使續(xù)駛里程降低。因此，電機(jī)功率參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)通常參考汽車的最高車速，加速時(shí)間和最大爬坡度。 首先，根據(jù)電動(dòng)汽車以最高車速確定電動(dòng)機(jī)的功率： （3-1） 式中：M 為整車質(zhì)量(kg)；f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)； 為迎風(fēng)阻力系數(shù)；A 為迎風(fēng)面積（）；為最高行駛車速（km/h）。 其次，根據(jù)電動(dòng)汽車以某一車速爬上最大坡度來計(jì)算所消耗的功率： （3-2） 式中：為電動(dòng)汽車行駛速度（km/h）, i為坡度。 最后，根據(jù)電動(dòng)汽車加速性能確定電動(dòng)機(jī)功率。電動(dòng)汽車在水平路面上加 速行駛消耗的功率： (3-3) (3-4) 式中，δ為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； 為飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；R為車輪半徑（ m ）；為變速器傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比。 電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)功率必須能同時(shí)滿足汽車動(dòng)力性能的任何一種要求。所以電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的峰值功率： （3-5） 電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)的額定功率為： （3-6） 式中，ηt 為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率； λ 為電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)。 按照整車動(dòng)力性要求，將表3.1中的整車參數(shù)代入上述公式，經(jīng)過計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的峰值功率和額定功率。根據(jù)性能指標(biāo)最高車速 =80km/h,代入式（3-1）得到 Pmax1=13kw。汽車爬坡時(shí)，此時(shí)電機(jī)的功率可以達(dá)到峰值功率，因?yàn)橥ǔＧ闆r下爬坡時(shí)間較短，電機(jī)可以在較短時(shí)間內(nèi)以峰值功率工作。所以汽車的峰值功率可由汽車爬最大坡度計(jì)算出來。將最大坡度設(shè)值為20%，爬坡時(shí)的車速 =15km/h ，代入式(3-2)計(jì)算得Pmax2=15.79kw 。根據(jù)動(dòng)力性要求0~50km/h 的加速時(shí)間小于10s，同時(shí)考慮電機(jī)的后備功率約20%，由公式 3-3，3-4經(jīng)過計(jì)算得Pmax3=13.6kw。 所選擇的電機(jī)功率必須同時(shí)滿足上述三項(xiàng)動(dòng)力性指標(biāo)的要求，最終確定電動(dòng)機(jī)峰值功率為Permax=16kw。因此，電動(dòng)機(jī)的額定功率可根據(jù)峰值功率由式（3-6）求出。電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)λ取為2，由式3-6得電動(dòng)機(jī)額定功率=8kw。 3.2.3 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 電動(dòng)機(jī)額定電壓與電動(dòng)機(jī)的額定功率成正比，額定功率越大額定電壓也就越大。電動(dòng)機(jī)額定電壓選擇與電動(dòng)汽車的電池組的電壓有密切的關(guān)系。因此，要選擇合適的電池組的電壓和電流以滿足整車能源的需要。不過最終都是由所選取的電動(dòng)機(jī)的參數(shù)來決定額定電壓。因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)確定電機(jī)的額定功率， 所以在此確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓范圍為70V~100V。綜合考慮電動(dòng)機(jī)的整體性能和成本,以及能和即將選擇的傳動(dòng)系統(tǒng)部件完好的匹配,本論文中選擇某型永磁同步電動(dòng)機(jī),具體參數(shù)如下。 表3.3電動(dòng)機(jī)參數(shù) 類型 永磁同步式 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)速 2000r/min 最高轉(zhuǎn)速 5300r/min 額定轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 40kg 峰值功率 16kw 控制器質(zhì)量 10kg 額定電壓 80v 電動(dòng)機(jī)尺寸 3.3 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 能否滿足車輛的動(dòng)力性能和續(xù)駛里程是純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)首先要考慮的問題。車輛行駛的動(dòng)力性能可以用以下四個(gè)指標(biāo)來評價(jià)： （1）起步加速性能。汽車由靜止起步并以最大的加速度加速到某一車速或在某一預(yù)定的距離加速行駛所需的最短時(shí)間。 （2）最高車速穩(wěn)定行駛的能力。在水平良好的路面上，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率應(yīng)該能夠維持電動(dòng)汽車以最高車速行駛的能力。 （3）額定車速穩(wěn)定行駛的能力。對電動(dòng)汽車來說，蓄電池和電動(dòng)機(jī)提供的全部功率能滿足車輛以額定車速穩(wěn)定行駛的能力。 （4）爬坡能力。電動(dòng)汽車提供的功率能使其爬上最大坡度路面的能力。除此之外，電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池組的能量應(yīng)該能夠維持電動(dòng)汽車行駛一定的續(xù)駛里程。 3.3.1 傳動(dòng)系傳動(dòng)速比設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車的核心電氣傳動(dòng)系統(tǒng)代替機(jī)械推進(jìn)系統(tǒng)、電池代替汽油作為車載能源，在實(shí)現(xiàn)零排放或少排放的前提下，滿足燃油汽車各項(xiàng)功能、價(jià)格指標(biāo)的要求。傳動(dòng)系參數(shù)的設(shè)計(jì)主要包括變速器檔位的選擇和各檔傳動(dòng)系速比的計(jì)算，以及主減速器速比的選擇和計(jì)算。電動(dòng)機(jī)確定后，即電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不變時(shí)， 傳動(dòng)系的各參數(shù)主要根據(jù)整車的動(dòng)力性指標(biāo)要求來確定。電動(dòng)汽車傳動(dòng)系參數(shù) 的選擇應(yīng)該滿足電機(jī)基速以下大轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)快速起動(dòng)、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁啟停等要求，電機(jī)基速以上小轉(zhuǎn)矩、恒功率、寬范圍以適應(yīng)最高車速和公路飛馳、超車等要求。在電動(dòng)機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍內(nèi)，效率最優(yōu)化，以謀求電池一次充電后的續(xù)駛里程盡可能長。 傳動(dòng)系速比的上限： （3-7） 式中，為主減速器的傳動(dòng)比； 為變速器的傳動(dòng)比；i 為傳動(dòng)系速比；為電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速；為最高行駛車速；R 為車輪半徑。 把表3.1中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式 3-7 中可得出 ∑i ≤ 6.64。 （2）傳動(dòng)系速比的下限: 根據(jù)電動(dòng)汽車以最大車速行駛時(shí)，汽車受到的行駛阻力，電動(dòng)機(jī)以最高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的最大轉(zhuǎn)矩，來確定傳動(dòng)系速比下限為： (3-8) 式中，為最高車速對應(yīng)的行駛阻力；為電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩；為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率，為滾動(dòng)阻力，為空氣阻力。 根據(jù)電動(dòng)汽車最大爬坡度對應(yīng)的行駛阻力和電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩來確定傳動(dòng)系速比下限為： (3-9) 式中， 為電動(dòng)汽車爬最大坡度時(shí)的行駛阻力；為電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩， 為坡度行駛阻力。 由于爬坡阻力比平直路上行駛時(shí)的阻力要大的多。故應(yīng)由公式 3-9來確定傳動(dòng)系速比下限。 由公式3-9來計(jì)算傳動(dòng)速比的下限，其中 =94，其它參數(shù)由表3.1中可得，代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算可得： ∑i ≥11.2248 3.3.2 傳動(dòng)系變速器的選擇 由于純電動(dòng)汽車技術(shù)還處在發(fā)展初期，它的續(xù)駛里程制約了純電動(dòng)汽車的適用區(qū)域，它適合于在市區(qū)或著近郊等短途區(qū)域使用。純電動(dòng)汽車的最高車速一般在80km/h 左右。由于路況的復(fù)雜多樣，在行駛過程中電動(dòng)汽車遇到的阻力變化范圍較大，又因電動(dòng)機(jī)本身的力矩變化范圍是有限的，不能滿足汽車行駛的要求。因此，可以考慮像傳統(tǒng)汽車一樣在電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間加減速器和變速 器。安裝了傳動(dòng)系統(tǒng)以后，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能就容易被滿足，且可以提高電機(jī)的工作效率，也可以減小電機(jī)和動(dòng)力電池的負(fù)荷。最終提高整車的動(dòng)力性，增大續(xù)駛里程，滿足汽車行駛的需求是安裝傳動(dòng)系統(tǒng)的主要目的，為了使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)不至于太復(fù)雜，本論文提出兩種傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)方案，即采用固定速比減速器和兩檔變速器。 1、方案 A：純電動(dòng)汽車采用固定速比減速器 采用固定速比減速器，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)選擇固定速比為8。確定固定速比后，然后對其驗(yàn)證，固定速比為8時(shí)，計(jì)算電動(dòng)汽車的最高車速和最大爬坡度是否能滿足整車的動(dòng)力性要求。 （1）計(jì)算最高車速： 整車的動(dòng)力性要求中,最高車速為80km/h， 所以汽車在平直路面上以80km/h 行駛時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： (3-10) 代入數(shù)值計(jì)算得 n=6382r/min，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高于基速。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩為： (3-11) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：T≈32N·m 所以車輪上的驅(qū)動(dòng)力 Ft 為： (3-12) 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 Ft =431.9N 根據(jù)車輛水平勻速行駛動(dòng)力學(xué)方程式: （3-13） 由式 3-13計(jì)算得車輛以 80km/h 行駛時(shí)，此時(shí)的行駛阻力 ∑F = 450N ，F(xiàn)t < ∑F , 因此此方案不能滿足最高車速要求。 （2）計(jì)算最大爬坡度 假設(shè)汽車爬坡時(shí)車速為15km/h，由電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性圖知此 時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是峰值轉(zhuǎn)矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的動(dòng)力Ft=2685.6N 根據(jù)車輛行駛阻力方程式： （3-14） 由公式（3-14）求出爬坡度為 20%時(shí)車輛所需的驅(qū)動(dòng)力為 2814.5N。 Ft < ∑F 。因此方案 A 不能滿足最大爬坡度的要求。 2、方案 B：純電動(dòng)汽車采用兩檔變速器 由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性知電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍很大，且基速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基速以上為恒功率區(qū)，如圖3.4，3.5所示。因此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線更理想。針對采用固定速比減速器不能滿足車輛爬陡坡時(shí)對動(dòng)力總成具有高輸出扭矩的要求和車輛在平坦路面行駛時(shí)需要?jiǎng)恿偝奢敵鲎畲蠊β实囊?，然后考慮到要降低整車質(zhì)量提高傳動(dòng)系的效率，所以選用Ⅱ檔變速器。變速器的Ⅱ檔用于正常行駛，Ⅰ檔用于坡路起步和爬陡坡。 根據(jù)3.3.1中的計(jì)算結(jié)果，可知傳動(dòng)系速比的上限 ∑i ≤6.64 ，傳動(dòng)系速比的下限 ∑i ≥11.2248 。因此根據(jù)傳動(dòng)系速比計(jì)算的范圍確定兩檔變速器的速比。最后確定變速器的兩檔速比分別為 11.3和6.0，通過計(jì)算車輛的最高車速和最大爬坡度來驗(yàn)證所選的速比是否滿足整車的動(dòng)力性要求。 圖3.4 電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性 圖3.5 電動(dòng)機(jī)基速以上恒功率輸出特性曲線 （1）計(jì)算最高車速 車輛高速行駛時(shí)變速器置于Ⅱ檔，當(dāng)車速達(dá)到80km/h時(shí)，由式（3-10）， （3-11），（3-12）計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速 n≈4786.5r/min，電機(jī)提供的轉(zhuǎn)矩為T≈ 64.04N·m，車輪上的驅(qū)動(dòng)力為Ft=450.9N，F(xiàn)t > ∑F ,所以方案B滿足最高車速要求。 （2）計(jì)算最大爬坡度 汽車爬坡時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此變速器要置于Ⅰ檔 ，假設(shè)此時(shí)車速為15km/h由電動(dòng)機(jī)基速以下恒轉(zhuǎn)矩輸出特性圖知此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是峰值轉(zhuǎn)矩即為94N·m。由式（3-12）得到車輪的驅(qū)動(dòng)力 Ft=2905.7N由公式（3-14）求出爬坡度為20%時(shí)車輛所需的驅(qū)動(dòng)力為 2814.5N， Ft > ∑F 。方案B滿足最大爬坡度的要求。 通過兩種方案的校核計(jì)算，采用固定速比減速器即不能滿足車輛最高車速 要求，也不能滿足最大爬坡度要求。方案B滿足。因此選用方案B，速比為11.3和6.0的兩檔式變速器為純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系裝置。 3.3.3 檔位數(shù)和換擋規(guī)律對整車的性能影響分析 本論文經(jīng)過上述的計(jì)算采用了兩檔式變速器。檔位數(shù)的增加，可以使電動(dòng)機(jī)在較高的效率區(qū)域內(nèi)工作，提高其續(xù)駛里程。由于電機(jī)本身調(diào)速特性較好，因此不需要用多檔位的變速器，通常情況不超過三個(gè)。檔位太多會(huì)使傳動(dòng)系的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使整車的質(zhì)量過重,同時(shí)也會(huì)使傳動(dòng)系效率降低，整車性能也會(huì)降低。因此檔位數(shù)的合理選擇對整車的動(dòng)力性有著較大的影響。 圖3.6 功率平衡圖(兩個(gè)檔位動(dòng)力中斷情況） 電動(dòng)汽車的低檔位有常規(guī)車速?zèng)Q定，也就是經(jīng)濟(jì)車速，一般是在50km/h 左右。上圖3.6為功率平衡圖，由 Ucg 確定Ⅰ檔的檔位后，由于電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的限制，Ⅰ檔和Ⅱ檔功率曲線沒有重合部分。為了提高整車的動(dòng)力性，考慮到變速器的換擋規(guī)律，在C點(diǎn)位置由Ⅰ檔換入Ⅱ檔，在換入二擋后整車將工作在D 點(diǎn)位置，由圖中知，換擋后整車將工作在D點(diǎn)位置，由Ⅰ檔換入Ⅱ檔過程中此時(shí)要產(chǎn)生動(dòng)力中斷，由圖可知從C點(diǎn)降到D點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的功率有所下降，又因動(dòng)力的變化會(huì)產(chǎn)生換擋沖擊，這對變速器的使用壽命和整車的舒適性會(huì)產(chǎn)生影響。因此傳動(dòng)系檔位數(shù)的選擇也要考慮到動(dòng)力中斷及換擋沖擊對整車性能的影響。 3.4 電池組參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 動(dòng)力電池是整車的能量來源，整車所有的能量消耗都來自電池組。因此所選擇的電池組的類型、質(zhì)量和各種技術(shù)參數(shù)都會(huì)影響電動(dòng)汽車的整車性能，是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件之一。電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的參數(shù)匹配主要包括電池組的數(shù)目、電池的類型、電池組容量、電池組電壓等參數(shù)的選擇。 根據(jù)車輛行駛時(shí)所需的最大功率和消耗的能量以及滿足電動(dòng)汽車對動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求來確定電池組的容量。 （1）所選擇的電池組數(shù)必須滿足電動(dòng)汽車行駛時(shí)所需的最大功率的要求。且蓄電池充滿電后的能量必須大于或等于電動(dòng)汽車所需的最大能量。因此電池組數(shù)目： （3-15） 式中，為電動(dòng)機(jī)峰值功率；為電池最大輸出功率；為電動(dòng)機(jī)效率；為電動(dòng)機(jī)控制器工作效率。 （2）由電動(dòng)汽車的車載能源必須滿足續(xù)駛里程的要求來計(jì)算電池?cái)?shù)目為： （3-16） 式中，L為電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程；為單節(jié)電池電壓；Cr為單節(jié)電池額定容量；W 為電動(dòng)車行駛1km所消耗的能量。 因此，電動(dòng)汽車電池?cái)?shù)目為： (3-17) 經(jīng)過計(jì)算n取12。 （3）電池組容量計(jì)算 電動(dòng)汽車上電池組的使用過程中，考慮到車輛上各種電器件使用的安全因素，規(guī)定電池的最大放電電流不能超過 300A。則電池組電壓和電動(dòng)機(jī)的峰值功率的關(guān)系式如下： （3-18） 由上式計(jì)算出電池組電壓： ≥ 53 ，因?yàn)楸疚乃ヅ涞碾妱?dòng)機(jī)額定電壓范圍為（70V~ 100V),由此確定電池的電壓為80V。 （4）鉛酸電池組能量的計(jì)算 電池組能量的計(jì)算公式: (3-19) 式中：為電池組的能量（)；為電池組的電壓（V)；C為單體電池的容量（Ah)。 電動(dòng)汽車以50km/h的速度行里程S（km)所需的能量可以通過下式計(jì)算： （3-20） （3-21） 式中：Pele為純電動(dòng)汽車行駛所需的功率（Kw)；為純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程S 所消耗的能量（)。有上述公式可知：當(dāng)時(shí)，才能滿足電動(dòng)汽車的行駛需求。 由電池組容量與電壓可直接求出續(xù)駛里程為： （3-22） 式中：為電池組的有效放電容量。一般為 30%，即放出的最大容量為70%。 按等速下車輛的續(xù)駛里程為150km，選擇電池組電壓為80V。由以上公式計(jì)算得：Pele=7.859kw，=23.577kw，又因所以取 =24kw,則由公式(3-19）可得C=200Ah。所以初步確定電池組的電壓為 80V，容量為 200Ah.電池組個(gè)數(shù)為12。 3.4.1 電池組參數(shù)的確定 電動(dòng)汽車上電池組的選擇要從多方面因素考慮，首先是要滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的能量消耗，其次是環(huán)保因素，經(jīng)濟(jì)因素，使用壽命因素等。以電動(dòng)汽車上常見的鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鐵鋰電池為代表，來分析比較四種電池的基本性能參數(shù)，如表3.4。 表3.4 四種常見電池性能比較 鉛酸 鐵鋰電池 鎳氫 鎳鎘 能量密度（Wh·L-1) 120~160 260 180 120 比能量(Wh·kg-1) 40~50 105~140 65 40~50 比功率(W·kg-1) 200~400 250~400 160~230 150~350 功率密(W·L-1 ) 120 — 480 — 續(xù)駛里程(mph) 70 190 240 130 循環(huán)壽命(次) 500~700 800~1200 600~1200 800~2000 能量效率(%) 65 — 90 65 可回收利用(%) 97 50 90 99 充電時(shí)間（h） 8~17 ＜3 ＜6 5~6 價(jià)格($/kWh) 100 200 200 300 鉛酸電池的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,最早的電動(dòng)汽車用的就是鉛酸電池作為車載能源。由表3.4中可知鉛酸電池成本較低。由于原材料比較容易得到、可靠性好、放電電壓較平穩(wěn)，且充電效率也較高，生產(chǎn)技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)在電動(dòng)汽車的車用電池市場中一直占著主要地位。伴隨著鉛酸蓄電池技術(shù)的逐漸發(fā)展及創(chuàng)新，在市場能買到各種形式規(guī)格的鉛酸蓄電池。應(yīng)用在電動(dòng)汽車上的新型鉛酸電池也不斷的出現(xiàn)，電池的性能也不斷的得到了提高。 鐵鋰電池的比能量和比功率都很大，且有很長的循環(huán)壽命，可防止過充放電，是較理想的電動(dòng)汽車動(dòng)力電池，但是它的經(jīng)濟(jì)成本較高、電池組表面易發(fā)熱，鐵鋰電池技術(shù)還不夠成熟，不過它可作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池發(fā)展的重要目標(biāo)。 鎳氫電池是一種比較環(huán)保的高能量電池，其比能量可達(dá)到70～80Wh/kg,比功率是鉛酸電池的2倍。與上述其它電池相比較鎳氫電池有許多優(yōu)點(diǎn)：比能量高、比功率達(dá)，有高倍率的放電特性，低溫性能好；鎳氫電池可以密封，有較 強(qiáng)的耐過充放電性能；對環(huán)境不會(huì)造成污染，可以稱為是綠色電源，沒有使用重金屬；無記憶效應(yīng)。雖然鎳氫電池有以上的眾多優(yōu)點(diǎn)，但是還是有很多因素制約著鎳氫電池在電動(dòng)車汽上的廣泛應(yīng)用。例如鎳氫電池在充電過程中容易發(fā)熱，發(fā)熱產(chǎn)生的高溫會(huì)對鎳氫電池產(chǎn)生負(fù)面影響，影響電池的使用壽命。鎳氫電池不易儲(chǔ)存，價(jià)格和鉛酸電池相比較也較貴。 鎳鎘電池屬堿性電池，比能量、比功率較高，循環(huán)使用壽命較長，但含有重金屬鎘，污染嚴(yán)重，因此不適宜選用。 綜合考慮電池的各項(xiàng)性能及經(jīng)濟(jì)型和技術(shù)的成熟性，本論文選用鉛酸電池。 國內(nèi)研制開發(fā)的電動(dòng)汽車車用極板鉛酸蓄電池已經(jīng)達(dá)到了以下性能指標(biāo)：3小時(shí)率比能量42wh/kg，10min持續(xù)比功率 80w/kg,快速充電性能4~5h100%充電，15~20min70%充電，80%DOD壽命600次。根據(jù)公式（3-15）,（3-16）,（3-17）計(jì)算得需要12節(jié)電池，每只電池電壓為80v,電池組的電壓80v.電池組的容量為400Ah，然后通過公式計(jì)算知具體的參數(shù)如下表3.5： 表3.5 鉛酸電池動(dòng)力電池參數(shù) 名義容量 200Ah 單只電壓 80v 單只質(zhì)量 14kg 單只體積 210*175*145mm 總電壓 80v 電池只數(shù) 12 總質(zhì)量 168kg 電池組合方式 并聯(lián) 3.5 匹配結(jié)果 根據(jù)整車動(dòng)力性能的要求，對電動(dòng)汽車傳動(dòng)