纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析.doc
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JIANGSUUNIVERSITY
本科毕业论文
纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析
BatteryElectricVehiclePower-trainSystemParametersMatchingandPerformanceAnalysis
学院名称：
汽车与交通工程学院
专业班级：
交通运输0601
学生姓名：
吴越
指导教师姓名：
盘朝奉
指导教师职称：
讲师
2010年6月
目录
第一章绪论·······························································6
1.1电动汽车研发的意义··················································6
1.2电动汽车的结构和特点················································8
1.3研究技术的关键·····················································10
1.4本研究的意义·······················································10
1.5本研究的主要内容···················································11
第二章电动汽车系统的组成··············································12
2.1电动汽车的基本组成部分·············································12
2.1.1车载电源·························································12
2.1.2电池管理系统·····················································13
2.1.3驱动电动机和驱动系统·············································13
2.1.4控制技术·························································14
2.1.5车身及底盘·······················································15
2.1.6安全保护系统·····················································15
2.2本章小结···························································16
第三章电动汽车传动系·················································17
3.1差速半轴设计方案···················································17
3.2电动轮设计方案·····················································17
3.3传动系的选择·······················································18
3.4本章小结···························································19
第四章参数计算与设计···················································20
4.1总述·······························································20
4.2传动比的定·························································23
4.3电机参数的设计····················································24
4.3.1电动机的功率确定················································24
4.3.2电动机最大输出转矩的计算········································25
4.3.3电动机额定转矩的计算············································25
4.3.4电动机加速性能计算··············································26
4.4电池参数的确定····················································28
4.5本章小结··························································29
第五章整车仿真模型的建立··············································30
5.1Cruise简介························································30
5.2对电机模型的建立···················································31
5.3对电池模型的建立···················································32
5.4对整车模型的建立···················································34
5.5本章小结··························································36
第六章仿真结果的分析···················································37
6.1整车仿真结果分析··················································37
6.2电机仿真结果分析··················································38
6.3电池仿真结果分析··················································39
6.4本章小结··························································41
第七章电动汽车未来发展的展望·········································43
结论·······································································45
致谢·······································································46
参考文献··································································47
纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析
专业班级：
交通运输0601学生姓名：
吴越
指导老师：
盘朝奉职称：
讲师
摘要电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。
电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。
近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，逐步向小批量商业化生产的方向发展。
电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。
考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是有意义的。
本文主要研究整车的动力性匹配计算，主要的参数设计。
选择并设计出一种切实可行的纯电动汽车的动力系统设计方案。
按照动力性能要求，运用汽车理论相关知识进行传动系统主要参数设计与匹配计算。
通过对设计方案的模拟，进行方案的动力性计算。
得到计算结果后，选择了某型电机作为我们参照的对象。
建立电机仿真模型，然后再在Cruise软件里构建了循环工况试验环境、最大爬坡度实验环境和全负荷加速试验环境。
完成环境建构后，便可进行仿真实验。
在得到仿真的结果后，文章对整车在仿真实验中产生的结果进行了阐述和分析。
通过分析发现，被选择的电机并不能够满足该型电动汽车的加速能力要求，但是可以满足该型电动汽车的爬坡能力要求。
然后，依据比对电动机进行的台架试验所获得的转速 --扭矩数据，分析了电机无法满足设计要求的原因，进而验证了Cruise仿真结果的可靠性。
最后，对电动汽车未来发展进行展望，对于安全、环保的节约型社会电动汽车发展必将成为发展的趋势。
关键词：
电动汽车传动系参数匹配仿真
BatteryElectricVehiclePower-trainSystemParametersMatchingandPerformanceAnalysis
AbstractEV（ElectricVehicle）isanavailabletechniquesolvingtheenergycrisisandenvironmentpollution.EVisthe0-emissionvehiclepoweredbyvehiclebattery.Theseyears,thewaveoftheresearchoftheEVisspringingupallaroundtheworld,andEVhasdevelopedintothesmall-scaleproductionforbusiness.ThedevelopmentsofEVdependonthedevelopmentofavarietyofsciencesandtechniques,especiallyforthedynamicperformanceanddrivingrangeimprovements,andcostsreduction.Inconsiderationofdevelopmentcostandtime,theestablishmentofsimulationmodelcancontributetotheperformanceanalysisofEV.
Thisthesisresearchesthemethodofcalculationofdynamicsystemmatching,andthedesignofsomeimportantparameters.WechooseanddesignanavailableplanofEVpower-trainsystem.Followingthedynamicrequires,withtheknowledgereferredtotheautomobiletheories,wedothedesignofimportantparametersfromdynamicsystemandmatchingcalculations.Bythesimulationofthedesign,westartthedynamicsystemcalculations.Aftergettingtheresultsofcalculations,wechooseonemodelelectromotoraswhatwereference.Thesimulatemodelofelectromotorisestablished,thenthecyclerunexperiment\climbingperformanceexperiment\accelerationofallgearswithoutslipexperimentareestablishedinCruise.Afterthefinishofexperimentsenvironmentestablishment,wecanstartthesimulationexperiments.Andtheanalysisistakenafterwegettheresultsoftheexperimentsthen.Throughtheanalysis,weknowthatthechosenelectromotorcannotmeettherequirementofaccelerationbutcanmeetrequirementsoftheclimbingperformance.ThenwecomparetheresultswiththeRev-Torquedatawegotfromthetestbench,wegetthereasonwhytheelectromotorcannotmeettherequirementsofdesign,andthisprocessprovesthereliabilityofCruise.
KeywordsEVtransmissionpower-trainmatchingsimulationCruise
引言
本文涉及Cruise仿真软件建立纯电动汽车的传动系及全车主要参数，可以模拟电动汽车在不同的工况下运行的状态，分析所设计的传动系统的性能优劣，便于改进设计，优化传动系统和整车相关参数，相对传统的动力系统参数设计方法，具有系统建模更精确，分析结果更准确有效的优点，而且效率大大提高。
第一章绪论
1.1电动汽车研发的意义
众所周知，当今社会已经成为了“轮子上的社会”，人类越来越依赖于各种各样的交通工具。
其中，汽车无疑是应用最广泛，人类依赖程度最高的交通方式。
据估计，到2010年底，世界汽车保有量将达到10亿辆。
据有关媒体报道，中国的机动车保有量在2007年就已经突破1.5亿辆，而在2009年，我们国家更是成为世界第一大汽车市场，产销量分别为1379.1万辆和1364.5万辆。
面对如此巨大的汽车保有量，我们不得不面临随之而来的资源和环境压力。
众所周知，汽车普遍依赖石油资源，而石油资源是不可再生的，一旦石油资源枯竭，世界的车轮将停转。
不仅如此，汽车尾气和汽车噪声带来的巨大污染也越来越受到人们的重视。
在一些大城市，交通高峰时期的城市环境已经令人无法忍受。
据报道，墨西哥城由于三面环山且位于海平面以上7400英尺（合2220米），这所城市的煤烟和来自城区400万辆汽车的尾气全部被高空的云彩捕获，导致每年有300天出现过高的臭氧含量水平。
不仅如此，由于资源和环境压力所产生的燃料价格的上涨也是关乎我们生活的重要方面。
从1998年到2008年，我国的汽油价格经历了40次调整，价格也从2.32元/升上涨到了6.20元/升，上涨幅度达到了267%。
具体价格一览，详见下表所列。
而从2008年到2010年4月，发改委又多次调整油价，最新一次调整后国内汽柴油最高零售价均价分别为8220元/吨和7480元/吨。
面对如此严峻的形势，我们不得不寻找一个可以解决的方案。
毫无疑问，寻找一种可再生的并且清洁的能源是我们解决这一矛盾的切实方法。
就目前的情况来说，新能源汽车的研究主要集中在混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。
而相对于其他新能源汽车，只有纯电动汽车能够做到零污染、零排放，低噪声，无疑是最为理想的新能源汽车。
表11998-2008年汽油价格一览。
调整次数
调整日期
调整后价格
调整次数
调整日期
调整后价格
1
1998-6
2.32
21
2001-9
2.40
2
1999-6
2.38
22
2002-3
2.50
3
2000-2
2.47
23
2002-4
2.73
4
2000-5
2.67
24
2002-5
2.94
5
2000-6
2.92
25
2003-1
3.12
6
2000-7
3.06
26
2003-2
3.29
7
2000-8
3.19
27
2003-5
3.03
8
2000-9
3.28
28
2003-7
3.02
9
2000-9
3.13
29
2004-1
3.20
10
2000-9
3.08
30
2004-3
3.46
11
2000-9
3.06
31
2004-8
3.66
12
2001-1
2.96
32
2005-3
3.92
13
2001-2
2.82
33
20055
3.79
14
2001-3
3.00
34
2005-6
3.96
15
2001-4
3.02
35
2005-7
4.26
16
2001-5
3.10
36
2006-3
4.65
17
2001-6
3.24
37
2006-5
5.09
18
2001-7
2.80
38
2007-1
4.92
19
2001-8
2.61
39
2008-2
5.34
20
2001-9
2.91
40
2008-6
6.20
世界上很多国家把发展电动汽车作为其发展新能源战略的重要组成部分。
西班牙首相萨帕特罗日前表示，欧盟计划启动一项全新的项目，来支持电动汽车的发展。
冰岛政府则计划到2012年将全国所有汽车都更换为电动汽车，成为世界上首个推行该政策的国家。
波兰政府如今也在加速发展充电设备，还得到了欧盟的资金支持。
葡萄牙政府则与雷诺及日产达成了协议，一起打造全国性的充电网络。
此外，遍布欧洲的50家电力公司及能源企业于去年表示，将早于国际社会制定出汽车充电标准。
目前，日本的丰田和本田两家汽车公司已批量生产销售混合动力汽车。
丰田的PRIUS混合动力轿车已于2000年开始出口北美、欧洲等20多个国家，该车综合节油率达40.5％。
全球混合动力车的销量已达11.5万辆．丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90％的份额。
丰田汽车公司还相继推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。
在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改善行驶性方面走在了世界前列，并在美国市场占了主导地位。
本田汽车公司开发的混合动力汽车也投放市场，供不应求。
13产汽车公司也已经于2006年向美国市场销售混合动力汽车。
日本还设定了在2010年之前在国内普及5万辆燃料电池汽车的目标。
美国的三大汽车公司在电动汽车产业化方面和日本有一定差距，只是小批量生产和销售纯电动汽车。
通用、福特和克莱斯勒汽车公司分别投入1.48亿、1.38亿和8480万美元进行为期5年的电动汽车研发，已推出3款混合动力汽车概念车。
法国是最积极研制和推广电动汽车的国家之一。
法国政府、法国电力公司、标致—雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司。
法国标致—雪铁龙汽车公司研发的电动货车和4座电动轿车已投人生产，雷诺汽车公司的电动轿车投放在罗切里市试验。
1997年，法国电动汽车产量达到2000辆左右。
2002年法国政府、电力公司与汽车公司签订协议，在20个城市推广电动汽车，使全国电动汽车保有辆达到10万台。
此外，英国生产和使用电动汽车已有50年之久，目前全国已拥有40万辆电动车。
瑞士为防止环境污染，在旅游区只用电动汽车。
瑞典的VOLVO公司，意大利的菲亚特公司等都不惜投入巨额资金，研发新一代电动汽车，力争早日实现产业化。
丹麦、奥地利、捷克、匈牙利等也都在开展电动汽车的研发工作。
1.2电动汽车的结构和特点
电动汽车一般由车身、底盘、动力系统等组成。
其车身和底盘与传统汽车结构相类似，或者甚至是有所简化。
故电动汽车的车身和底盘不是本文讨论的重点。
而电动汽车的动力系统和传统汽车有着根本的不同。
传统汽车由内燃机提供动力，动力从内燃机输出后，送达飞轮和离合器，再进一步传递到传动系，直至驱动车辆前进。
而内燃机消耗化石燃料，燃料储存在油箱之中。
但是电动汽车使用电动机提供动力，动力输出到传动系后，其过程和传统车辆相一致，甚至还因为电动汽车的相关特性而有所简化。
电动机的能量来自于动力电池。
由此可见，电动汽车的构造相对来说比较简单。
电动汽车中的关键技术便是对控制流程中的各个节点和整个系统进行精确有效的控制，目前这一方面，也是电动汽车科研力量的研究重心。
图1电动汽车的控制流程图
控制器
电动机
传动系
能量管理系统
蓄电池
辅助动力源
动力转向系统
冷气和暖气
充电器
车轮
车轮
制动踏板
加速踏板
交流电源
方向盘
能源系统
辅助系统
发展纯电动汽车的优点是：
它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。
由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。
由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。
纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。
有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高。
而且电动汽车结构简单，便于维修，相对于传统汽车来说，有着更大的市场竞争力。
因此研发电动汽车不仅有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，而且市场前景也很广阔。
正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。
但是纯电动汽车业面临很多困难。
目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因纯电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些使用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
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