纯电动汽车电机驱动系统传动机构参数的设计Word格式.docx
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2.1电动汽车的基本组成·
2.1.1电源·
2.1.2电池管理系统·
2.1.3电机驱动系统·
2.1.4底盘和车身·
9
2.1.5辅佐设备·
10
2.2本章小结·
第三章传动系参数设计·
3.1概述·
3.1.1驱动力·
11
3.1.2行驶阻力·
12
3.2传动比·
13
3.3电机参数设计·
14
3.1.1电动机额外功率·
3.1.2电动机额外转矩·
3.1.3电动机减速功用·
3.4电池参数确实定·
15
第四章树立整车仿真模型·
16
4.1Cruise简介·
4.2电机模型的树立·
17
4.3电池模型的树立·
18
4.4整车模型的树立·
19
第五章仿真及结果剖析·
20
5.1整车仿真及结果剖析·
21
5.2电机仿真及结果剖析·
22
5.3电池仿真及结果剖析·
第六章全文总结及未来展望·
23
致谢·
25
参考文献·
26
运输0701先生姓名:
张希望
指点教员:
盘朝奉职称:
讲师
摘要随着石油等动力充足与环境污染效果的日益突出,开展具有零排放、高动力效率的纯电动汽车显得尤为重要。
如今,我国电动汽车技术飞速开展,涌现出一批具有国际竞争力的公司和产品。
但是电动汽车走进我们的生活,还存在很多亟待处置的效果。
本文对动力传动系部件的设计参数停止研讨,依据纯电动汽车功用要求停止主要参数的设计及婚配,经过对详细车型的计算,树立仿真模型,并在cruise软件下停止仿真实验,模拟失掉其动力功用,验证该模型车辆动力功用的可行性。
剖析影响续驶里程、最高车速和最大爬坡度的各种要素,提出可以很好地提高电动汽车动力功用的措施和方法。
进一步讨论主要参数确实定,选择并设计出一种实在可行的纯电动汽车的动力传动系设计方案。
关键词:
纯电动汽车传动系参数婚配cruise仿真
AbstractWithoilandotherenergyshortageandenvironmentalpollutionproblemshavebecomeincreasinglyprominent,DevelopmentofEVwhichpossesszeroemissions,highenergyefficiencyisparticularlyimportant.Nowadays,inourChina,electricvehicletechnologydevelopingrapidly,anumberofinternationallycompetitivecompaniesandproductsemergence.Butweneedtosolvemanyproblems,forthepurposethatElectricvehiclescomeintoourlives.
ThisarticlestudyonthedesignparametersofPowertrainparts,accordingtothepureelectricvehiclesperformancerequirements,designandmatchingmainparameters,throughcalculatespecificmodels,createasimulationmodel,andSimulationexperimentundercruisesoftware,Getitsdynamicperformance,verifythatthefeasibilityofamodelvehicledynamicperformance.Analysisvariousfactorswhicheffectmaximumgradeability,maximumspeed,drivingrange.Proposegoodmeasuresandmethodswhichcantogreatlyimprovethedynamicperformanceofelectricvehicles.Furtherdiscussiononthedeterminationofmainparameters,selectanddesignapracticalEVpowertrainsuggestion.
KeywordsEVtransmissionpower-trainmatchingCruisesimulation
第一章绪论
1.1引言
由于经济的继续快速开展,我国对动力的需求急速增长。
2020年2月25日,我国能量研讨会发布,去年,我国一次动力消费量为32.5亿吨规范煤,同比增长了6%,中国已成为全球第一动力消费大国。
中国动力研讨会预测,我国动力需求将继续增长,这将进一步推进动力价钱的普遍下跌。
此外,国际油价一路下跌。
去年我国原油全年平均出口油价为每桶61美元,相当于每天支付4亿美元出口原油。
最近,伦敦市场上布伦特原油期货价钱到达113美元/桶以上,比调价时的102美元/桶,涨了10%左右;
纽约市场上原油期货价钱也比调价时下跌了超越10%。
假设国际油价下跌10%,就相当于往年每天出口石油需破费5亿-6亿美元,相比调价前每天多花5000多万美元。
交通运输是目前我国动力消耗最大,也是动力消耗增长最快的行业之一。
与此同时,交通所形成的污染日趋严重。
汽车尾气排放已成为我国各大中城市污染的主要来源之一,交通所形成的污染越来越影响到人们的生活质量。
因此,降低动力消耗、增加环境污染,以坚持交通运输的可继续开展,已成为我国交通运输业可继续开展所面临的首要义务。
纯电动汽车作为〝绿色的交通工具〞,它的投入运转不只对缓解动力危机以及环境效果有着重要的作用,关于我国自身相关产业的开展以及我国汽车业在国际中的位置也有着及其重要的意义。
1.2国际外电动汽车开展现状
1.2.1国外电动汽车开展现状
世界各国著名的汽车厂商都在加紧研制各类电动汽车,并且取得了一定水平的停顿和打破。
现代电动汽车普通可分为四类:
纯电动汽车〔PEV〕、混合动力电动汽车〔HEV〕、燃料电池电动汽车〔FCEV〕、外接充电式混合动力电动汽车〔PHEV〕。
美国不时努力于提高乙醇以及生物柴油等可再生资源运用量,同时,美国政府也鼓舞以混合动力车为代表的其他新动力汽车的运用。
美国的混合动力汽车在2004年前后进入商业化推行阶段。
规则消费者购打通用汽车、福特、丰田、日产等公司消费的契合条件的混合动力车,可以享遭到税款抵免优惠。
推进新动力汽车开展是奥巴马政府动力政策的组成局部希望经过开展和应用新动力,使美国摆脱对海外石油的过度依赖。
奥巴马总统上任后,美国经过制定进一步严厉的汽车燃油排放规范和新动力汽车政策,以及经过政府推销节能汽车,消费者购置节能汽车减税,设立新动力汽车的政府资助项目,投资促进新动力汽车基础设备树立等战略,美国政府进一步推进汽车产品朝着〝小型化〞和〝低能耗〞的方向开展。
德国在新动力汽车研发方面处于世界抢先位置。
早在2007年,德国政府就曾经把将电动汽车的关键技术,也就是锂离子电池列入到〝高科技战略〞中。
2020年8月19号,德国政府又公布了«
国度电动汽车开展方案»
,这个方案的目的是到2020年使德国拥有100万辆电动汽车。
德国政府希望借助这项方案可以让德国成为世界电动汽车市场的领军者。
德国在研发电动汽车和混合燃料车停止各项技术攻关的同时,也没有遗忘相关的基础设备树立。
包括群众、奔驰、宝马和欧宝在内的多家德国汽车巨头都在积极研发电动汽车。
意大利的汽车工业也很兴旺,意大利是欧盟国度中在汽车新动力技术方面比拟抢先的国度之一。
首先,这源自政府采取的一系列鼓舞和支持政策,比如为购置环保新型车的消费者提供一定的补贴,这些补贴都可以在报废旧车基础上停止累加。
在金融危机和经济衰退的不利背景下,加大研制开发新动力汽车产品并取得清楚效果。
不只要菲亚特这样的大型汽车消费集团,一些中型汽车公司或汽车业界结合体也少量涉足新动力汽车的研制与开发。
日本异常注重新动力汽车的开发。
日本混合动力车已构成产业化,目前,丰田、本田、日产等日本厂商的混合动力汽车不只在国际热销,在国际市场上也令其他国度厂商望其项背。
日本为攻克电池方面的关键性技术,已树立了开发高功用电动汽车动力蓄电池的最大新动力汽车产业联盟,共同实施2020年度〝改造型蓄电池尖端迷信基础研讨专项〞新项目。
为推进新动力汽车以及环保汽车,日本从2020年4月1日起实施〝绿色税制〞,它的适用对象包括纯电动汽车、混合动力车、清洁柴油车、自然气车以及取得认定的低排放且燃油消耗量低的车辆。
此外,日本实施低排放车认定制度,高、中档轿车和经济型轿车都可以向疆土交通省央求接受低排放车认定。
消费者可依据所购车辆的排放水平享用不同的减税待遇,置办以自然气为燃料或混合动力车等低公害车辆的中央公共集团,还可失掉政府的补助金。
日本媒体将2020年称为电动汽车革命之年,在这一年,从〝汽油车转向电动汽车的革命曾经末尾〞。
此外包括韩国、英国、法国等也都在积极展开电动汽车的研发任务。
1.2.2国际电动汽车开展现状
与世界其他国度一样,电动汽车研发任务在我国也正在如火如荼的停止着,而且我国电动汽车的研发与国际在技术水平与产业化方面差距较小。
新的中国汽车产业调整和复兴规划中称,将实施新动力汽车战略,推进纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化。
启动国度节能和新动力汽车示范工程,由中央财政布置资金给予补贴,支持大中城市示范推行混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车等节能和新动力汽车。
我国于20世纪70年代曾展开蓄电池汽车的研讨。
90年代〝八五〞时期蓄电池电动汽车被列为国度重点攻关项目,以清华大学为主,开收回我国第一代蓄电池汽车。
〝九五〞时期,将电动汽车项目确定为国度严重科技产业工程项目加以实施,同期国际推出了假定干种电动汽车样车。
〝十五〞和〝863〞方案中,特别设立电动汽车严重项目,选择新一代电动汽车技术作为我国科技创新的主攻方向,组织结合攻关,以电动汽车产业化技术平台为任务重点,力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得严重打破。
〝十一五〞将电动汽车单列出来并归入国度规划,将〝新动力产业复兴规划〞更名为〝新兴动力的开展规划〞,扩展新动力的研发范围。
我国电动汽车严重科技专项实施4年来,经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术主干的努力,目前已取得重要停顿:
燃料电池汽车曾经成功开收回功用样车,在整车操控功用、行驶功用、平安功用、燃料应用率等方面均已失掉较大提高。
一汽、西风、长安、奇瑞等汽车公司对混合动力汽车的开发投入了较大的人力、物力。
各车型均已完成功用样车开发。
纯电动轿车和纯电动客车均已经过国度质检中心的型式认证实验,各项目的均满足有关国度规范和企业规范的规则,初步构成了关键技术的研发才干。
1.3本文研讨的意义
电动汽车是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、动力与新资料技术于一体的高新技术产品,是人类新一代的清洁交通工具。
纯电动汽车具有零污染、零排放、低噪声等特点,无疑是最为理想的新动力汽车。
对动力传动系部件的设计参数停止研讨是提高纯电动汽车功用的重要手腕之一。
本文将计算机仿真技术运用到纯电动汽车设计和研发,树立仿真模型,确保实验结果的准确性和可行性。
1.4本文研讨的主要内容
1.简述电动汽车的开展状况,明白本文研讨的目的和意义;
2.剖析纯电动汽车动力传动系统的总体结构和布置方式,并研讨传动系统的类型、特点、任务特性,电池电机的任务特性及传动系统特性;
3.计算传动系速比和电机参数,及其对整车功用的影响。
运用电动汽车仿真软件Cruise,针对某型号驱动电机,树立仿真模型,停止整车动力性计算;
4.对纯电动汽车的动力性停止剖析,重点剖析最高车速、爬坡度和减速性数据;
以及结合被选择电机的台架实验数据,剖析仿真结果。
第二章电动汽车的基本结构
2.1电动汽车的基本组成
关于传统内燃机汽车,纯电动汽车的结构有很大差异,详细组成包括:
电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定义务的任务装置等。
电力驱动及控制系统是电动汽车的中心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。
电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。
电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相反。
2.1.1电源
电源为电动汽车的驱动电动机提供电能,电动机将电源的电能转化为机械能,经过传动装置或直接驱动车轮和任务装置。
电动汽车上运用最普遍的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的开展,铅酸蓄电池由于比能量较低,充电速度较慢,寿命较短,逐渐被其他蓄电池所取代。
正在开展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等,这些新型电源的运用,为电动汽车的开展开拓了宽广的前景。
本文讨论的对象运用高能锂电池作为动力源的电动汽车,锂离子电池由于其比能量大、放电电压高、循环寿命长、无记忆效应、具有快速充电才干、自放电速率小、具有多种平安维护措施、密封良好,无走漏现象、环保等众多优点,使得其在未来电动汽车中的运用前景十分宽广。
2.1.2电池管理系统
电池管理系统不时是电动汽车开展中的一项关键技术,电池组管理系统最基本的作用是监控电池的电池电压、电流和温度,经过对这些参数的测量,预测蓄电池的SOC和相应的剩余行驶里程,管理电池的任务状况,防止出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象,以便最大限制地应用电池的存储才干和循环寿命。
电池管理系统依照完成方式可以分为两大类:
一类是基于芯片的电池管理系统;
另一类是基于分立式器件的电池管理系统。
基于芯片的电池管理系统普通将前端采集电路、平衡电路以及电量计量算法、通讯功用等集成在芯片中,辅以中心电路完成对电池的管理功用。
具有更小的体积、更高的集成度等优势;
基于分立器件的电池管理系统,有基于纯硬件和基于软硬件协调任务的处置方案,而软硬件协调任务方案由于完成更灵敏、功用更完善,被普遍采用。
该方案在产品设计的灵敏性上占有一定优势。
2.1.3电机驱动系统
电机驱动系统包括电子控制器、功率转换器、电动机、机械传动装置和车轮,其功用是将电源的电能转化为机械能,经过传动装置或直接驱动车轮和任务装置。
目前电动汽车驱动系统主要分为4类:
1〕、直流电动驱动系统,这种驱动系统结构复杂、电磁转矩控制特性优秀,在城市无轨电车上普遍运用但重量和体积也较大;
2〕、感应电机驱动系统,这种驱动系统结构复杂、稳固耐用、本钱昂贵、运转牢靠、转矩脉动低、低噪声、不需求位置传感器、转速极限高、矢量控制调速技术比拟成熟,但驱动电路复杂,本钱高;
3〕、永磁无刷电机系统,这种驱动系统功率密度较高、电机尺寸小、体积小、转子结构复杂、动摇性好;
4〕新一代牵引电机系统,这种系统即开关磁阻电机驱动系统,具有高密度、高效率、低本钱、宽调速。
2.1.4底盘和车身
电动汽车的车身与传统汽车基本相反,底盘中的传动系比内燃机汽车有所简化。
在底盘的布置上还要有足够的空间寄存动力电池组,并且要求线路衔接方便,充电方便,反省方便和装卸方便。
可以完成动力电池组的全体机械化装卸。
这就要求在电动汽车的底盘的布置上,打破传统的内燃机汽车底盘布置形式,加大承载空间的跨度和承载结构件的刚度,并且充沛思索防止动力电池组渗出的酸或碱液对底盘结构件的腐蚀损害。
车身采用轻质资料如镁、铝、优质钢材及复合资料,优化结构,可使汽车自身质量减轻30%-50%;
完成制动、下坡和怠速时的能量回收;
采用高弹滞资料制成的高气压子午线轮胎,使汽车的滚动阻力增加50%;
汽车车身特别是汽车底部愈加流线型化,可使汽车的空气阻力增加50%。
2.1.5辅佐设备
辅佐系统包括辅佐动力源、动力转向系统、导航系统、空调器、照明及除霜装置、刮水器和收音机、平安维护装置等,借助这些辅佐设备来提高汽车的操纵性、平安性和乘员的温馨性。
2.2本章小结
电动汽车与传统汽车差异较大,传统汽车是由发起机气缸的往复运动,驱动车辆行驶。
而电动汽车是由电机旋转驱动电机。
电机驱动及控制系统是电动汽车的中心,也是区别于内燃机汽车的最大不同点。
本章详细讨论电动汽车的5大系统,即电源、电池管理系统、电机驱动系统、车身及底盘、辅佐设备。
关于电动汽车的设计研发,有一定的综合指点作用。
第三章传动系参数设计
3.1概述
电动汽车动力传动系统的设计应该满足车辆对动力功用的要求和续驶里程的要求。
确定汽车的动力性,就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。
我们失掉动力功用的要求,即最高车速50km/h,减速功用0~45km/h小于10s,爬坡度不小于20%。
为此,需求掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力,即驱动力与行驶阻力。
依据这些力的平衡关系树立汽车行驶方程式,就可以预算汽车的最高车速、减速度和最大爬坡度。
汽车的行驶方程式为:
(1)
式中:
Ft——驱动力;
ΣF——行驶阻力之和。
3.1.1驱动力
发起机发生的转矩,经传动系传至驱动轮上。
此时作用于驱动轮上的转矩Tt发生一对空中的圆周力F0,空中对驱动轮的反作用力Ft〔方向与F0相反〕即是驱动汽车的外力,此外力称为汽车的驱动力。
其数值为:
〔2〕
Tt—作用与驱动轮上的转矩;
r—车轮半径。
图汽车的驱动力
由于电动汽车采用电动机驱动,所以在电动汽车中Tt是由电动机输入的转矩经传动系统传递到车轮上的。
令传动系统总传动比为Σi,主减速器的传动比i0,变速器的传动比ig,传动系统的机械效率为ηt,驱动电动机的输入转矩为Ttq,那么有:
(3)
(4)
3.1.2行驶阻力
汽车在水平路途上等速行驶时,必需克制来自空中的滚动阻力和来自空气的空气阻力。
当汽车在坡道上上坡行驶时,还必需克制坡度阻力。
汽车减速行驶时还需求克制减速阻力。
因此汽车行驶的总阻力为:
〔5〕
Ff—滚动阻力;
Fw—空气阻力;
Fi—坡度阻力;
Fj—减速阻力其中:
(1)滚动阻力:
Ff可以等效的表示为:
〔6〕
W—作用于车辆上的法向载荷;
f—滚动阻力系数,与路面种类,行驶车速以及轮胎的结构、资料、气压等有关。
研讨中滚动阻力系数,按阅历公式取值。
(2)空气阻力:
〔7〕
CD—空气阻力系数;
A—迎风面积,即车辆行驶方向的投影面积;
ρ—空气密度,普通ρ=1.2258Ns2m-4。
ur—相对速度,在无风时即车辆的行驶速度。
在无风条件下汽车的运动,ur即为汽车的行驶速度ua。
如ua以km/h计,A以m2计,
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