毕业设计（论文）纯电动微型客车动力系统设计及仿真

1、武汉理工大学 本科生毕业设计（论文） 纯电动微型客车动力系统设计及仿真纯电动微型客车动力系统设计及仿真 学院（系）： 汽车工程学院 专业班级：热能与动力工程 0604 班 学生姓名： xxxx 指导教师： xxxxxx 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同

2、意学校保留并向 有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书 2、不保密囗 。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 毕业设计毕业设计(论文论文)任务书任务书 学生姓名学生姓名 xxxx 专业班级专业班级 热能与动力工程热能与动力工程 06040604 指导教师指导教师 xxxxxxxx 工作单位工作单位 武汉理工大学武汉理工大学

3、 设计设计(论文论文)题目题目: 纯电动微型客车动力系统设计及仿真纯电动微型客车动力系统设计及仿真 设计（论文）主要内容：设计（论文）主要内容： 通过查阅纯电动汽车动力系统设计的相关文献，学习纯电动汽车动力系统设计的基 本方法和要领，根据已知条件进行电机参数选型与计算，传动比选择，电机与变速器连 接件设计，性能仿真。 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: 1、独立完成折合 2 张 0 号图纸绘图量，其中手绘图纸量折合不得少于一张 1 号图纸，手 绘图纸不得与机绘图纸重复； 2、完成一篇英文文献的翻译，要求内容与选题相关，工作量约 20000 印刷字符，译成中 文不少于 5000 字； 3、在

4、毕业设计过程中，根据进展情况，完成参考文献的查阅与检索，要求 10 篇以上 （其中英文文献不少于 2 篇） ，并分别写出不少于 200 字的摘要； 4、参加毕业实习，完成毕业实习日记和毕业实习报告（2000 字左右） ，撰写开题报告， 不少于 1400 字； 5、撰写毕业设计说明书，要求不少于 10000 字，并符合“武汉理工大学本科生毕业设计 （论文）撰写规范” ； 6、毕业设计（论文）周记每周记载不少于 800 字。 必读参考资料：必读参考资料： 先进电动汽车技术 、 混合动力电动汽车 、 matalb/simulink 快速入门 指导教师签名指导教师签名 系主任签名系主任签名 院长签名院

5、长签名(章章)_ 武汉理工大学本科学生毕业设计武汉理工大学本科学生毕业设计 （论文）开题报告（论文）开题报告 纯电动微型客车动力系统设计及仿真 1、目的及意义（含国内外的研究状况分析） 1.1 目的 随着世界汽车产业的发展，日益增大的石油能源的消耗，将加快从能源短缺 到能源枯竭的步伐。汽车排放造成的大气污染和地球的温室效应，成为世界全人 类的公害。人类社会和汽车产业的可持续发展，受到极大的威胁，发展汽车新能 源、开发汽车新动力，成为世界汽车产业面临十分紧迫的任务。 电动车作为解决环境污染的重要可行途径, 得到快速发展。当代融合多种高新 技术而兴起的纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池汽车，尤其是

6、立足于氢能基 础上的燃料电池汽车正在引发世界汽车工业的一场革命，展现了汽车工业新能源、 新动力发展的光明前景。 本文将通过了解纯电动汽车的基本结构，性能特点和关键部件性能的要求， 设计出纯电动汽车合理的动力系统，并基于 advisor 建模仿真，分析设计所得的 各项参数的正确性 1.2 电动汽车国内外研究状况 1.2.1 电动汽车国外研究状况 目前，电动汽车的设计主要有以下两种方法：即改装设计和全新设计。 改装设计：选择一辆与目标设汁的电动汽车在载客量和载质量方面都近似的 传统汽车来进行改装。移除内燃机，换成电机。充分利用车架上部和下部以及原 油箱和座椅下的一些空间来安放电池。为尽量扩大车厢内

7、的有一效空间。 在布置和安装电动机和传动系统时，根据传动系统设计的要求可以选用内燃 机汽车的部分传动装置，也可以完全不用原有的传动装置而重新设计，由于通过 齿轮传动会降低传动效率，可根据需要采用原有变速箱。为保证续时里程和在现 有的电池技术条件下，电池组的质量会很大。 电池组的质量很大，增加了电动汽车的整备质量和总质量，从而降低了电动 汽车的整车性能。因此必须对电动汽车的各种性能进行计算匹配。包括对载荷分 配的计算，电机功率，蓄电池性能，传动系统的匹配、制动系等的强度和刚度的 核算等，根据计算的结果对一些不足的部件进行修改。一般是用仿真软件进行仿 真。 全新设计：国外电动车发展比较早，新研制的

8、电动汽车大部分是采用全新设 计。 即采用新的外形，新的造型、底盘设计用于减小风阻，提高续时里程。对车 身、底盘和电池采取轻量化措施减轻车身质量。用间接驱动式或直接驱动式或电 动轮式驱动。再用仿真软件进行仿真修改。1 1.2.2 电动汽车国内研究状况 国内现今电动汽车主要是改装设计的。在上世纪 60 年代，我国就开始了纯电 动汽车的研发工作，于上世纪 90 年代掀起了一股研发热潮，部分相关高校、科研 院所以及汽车企业联合开发充电电池和纯电动汽车，相继研制出电动汽车功能样 车、性能样车和产品样车，并开始着力推广其示范运行。 。 电动车的发展在潜移默化地影响消费者的同时，也带动了国内动力电池、电 机

9、等产业的发展。虽然我国在传统汽车的研发上与世界先进水平相比还有相当大 的距离，但在纯电动汽车技术开发上却几乎是站在同一起跑线上，随着相关技术 的积累，我国也在逐步缩小与世界先进水平的差距，甚至在某些领域，我国已经 达到世界领先水平。2 参考文献：参考文献： 1胡骅。电动汽车的设计思路。 world automobile no1，1997 2常艳军。 我国纯电动汽车发展迅速。 经济 2009 年第 8 期 2、基本内容和技术方案、基本内容和技术方案 本论文的基本内容是通过了解纯电动汽车的基本结构，性能特点和关键部件 性能的要求，设计出纯电动汽车合理的动力系统，基于 advisor 的建模仿真，分

10、 析设计所得的各项参数的正确性。具体来说，研究内容包括以下几点： （1） 查阅文献了解纯电动汽车的基本结构和各部件的重要参数； （2） 基于所查得的文献对电动车的电机和传动系进行设计； （3） 学习 matlab/ advisor 的相关知识，进行仿真建模； （4） 利用 advisor 仿真系统进行仿真，分析设计所得数据，从而对所设 计纯电动微型客车动力系统的合理性进行验证。 基于以上研究内容，具体技术方案如下：通过对电动汽车的基本结构，性能 特点和关键部件性能的要求的了解，以及对 advisor 软件的学习，设计纯电动微 型客车的动力系统，并用 advisor 进行建模仿真，分析仿真所得数

11、据，从而验证 所建微型客车动力系统模型的正确性。若仿真结果与实际要求不一致，则不断修 改所建模型，直至仿真结果与实际要求基本一致为止。 论文提纲如下： 第一章 绪论 介绍课题研究背景及意义，简要介绍国内外纯电动汽车发展现状，扼要描述 论文内容 1.1 背景及意义 1.2 国内外发展状况 1.3 纯电动车基本结构和重要部件 1.4 本文主要研究内容 第二章 纯电动微型客车动力系统设计及匹配 2.1 微型客车整车参数及性能指标 2.2 电动机参数匹配 2.2.1 电动机峰值功率及额定功率的匹配 2.2.2 电动机额定转速及最高转速的选择 2.2.3 电动机额定电压的参数选择 2.3 传动系参数匹配

12、 2.3.1 减速比的确定 2.4 动力电池参数匹配 2.4.1 匹配原则 2.4.2 匹配结果 2.5 匹配结果 第三章 基于 advisor 的整车动力性仿真 3.1 advisor 仿真软件介绍 3.2 仿真模型 3.3 仿真结果 第四章 全文总结及研究展望 3、进度安排、进度安排 第 12 周：通过查阅纯电动汽车动力系统设计的相关文献，了解纯电动汽车 的设计及仿真方法，完成文献综述和开题报告的撰写。 第 3 周：毕业实习。 第 45 周：根据所查得文献进行微型客车动力系统的设计。 第 67 周：利用 advisor 仿真系统进行建模仿真，分析所得数据，验证设计 结果的正确性。 第 89

13、 周：翻译外文文献 第 1013 周：手绘图纸。 第 1415 周：撰写毕业论文。 第 16 周：完成并修改毕业论文。 第 17 周：准备论文答辩。 4、指导教师意见、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 目录 毕业设计毕业设计(论文论文)任务书任务书.3 设计（论文）主要内容：设计（论文）主要内容：.3 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: .3 摘要.2 abstract.3 第第 1 章章 绪论绪论 .1 1.1 目的及意义.1 1.2 电动汽车国内外研究状况.1 1.2.1电动汽车国外研究状况.1 1.2.2电动汽车国内研究状况.2 1.3 纯电动车基本结构和重要部件4,5.2

14、1.3.1基本结构.2 1.3.2重要部件.3 1.4 基本内容和技术方案.4 第第 2 章章 纯电动微型客车动力系统设计及匹配纯电动微型客车动力系统设计及匹配 .5 2.1 微型客车整车参数及性能指标.5 2.2 电动机参数匹配4,5,6.6 2.2.1 电动机峰值功率及额定功率的匹配.6 2.2.2 电动机额定转速及最高转速的选择.9 2.2.3 电动机额定电压的参数选择.10 2.3 传动系参数匹配.10 2.4 动力电池参数匹配.13 2.5 匹配结果.15 第第 3 章章 基于基于 advisor 的整车动力性仿真的整车动力性仿真4,7,8,9.17 3.1 advisor 的主要功

15、能和特点.17 3.2 仿真模型.18 3.2.1定义车辆模型.18 3.2.2定义车轮模型.20 3.2.3定义传动系模型.20 3.2.4定义电机.22 3.2.5定义电池模型.23 3.3 仿真结果.24 3.3.1 车辆仿真循环工况的选择.24 3.3.2 车辆仿真结果.25 第第 4 章章 全文总结及研究展望全文总结及研究展望 .28 4.1 全文总结 .28 4.2 研究展望 .28 参考文献：参考文献： .29 致谢致谢 .1 摘要摘要 本文通过了解纯电动汽车的基本结构，性能特点和关键部件性能的要求，设计匹配出 纯电动汽车动力系统的各部分，并基于 advisor 建模仿真，分析设

16、计匹配所得的各项参 数对汽车性能的影响。具体来说，研究内容包括以下几点： （1）查阅文献了解纯电动汽车的基本结构和各部件的重要参数； （2）基于所查得的文献对电动车的电机和传动系进行设计； （3）学习 matlab/ advisor 的相关知识，进行仿真建模；利用 advisor 仿真系 统进行仿真，分析设计所得数据，从而对所设计纯电动微型客车动力系统的合理性进行 验证。 关键词关键词：电动汽车,动力系统,匹配,仿真 abstract title:design and passenger performance simulation based on pure electric power s

17、ystem through understanding the basic structure and characteristics of the pure electric cars, and the performance requirements of the key components, power system of the pure electric vehicle parts to be designed and matched, and then modeling and simulation based on advisor, analysis the how the v

18、arious parameters matching influence on the performance of the car. (1) consult papers about the basic structure of pure electric automobile components and the important parameters, (2) based on the consulted papers designing the electric motor and transmission of the car, (3) learn knowledge of mat

19、lab/advisor , and modeling simulation, using advisor to simulate the system, and analysis the data of simulation from design. keywords: electric power system,matching, simulation 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 目的及意义目的及意义 随着世界汽车产业的发展，日益增大的石油能源的消耗，将加快从能源短缺到能源枯 竭的步伐。汽车排放造成的大气污染和地球的温室效应，成为世界全人类的公害。人类 社会和汽车产业的可持续发展，受到

20、极大的威胁，发展汽车新能源、开发汽车新动力， 成为世界汽车产业面临十分紧迫的任务。 电动车作为解决环境污染的重要可行途径, 得到快速发展。当代融合多种高新技术而 兴起的纯电动汽车、混合电动汽车、燃料电池汽车，尤其是立足于氢能基础上的燃料电 池汽车正在引发世界汽车工业的一场革命，展现了汽车工业新能源、新动力发展的光明 前景。 本文将通过了解纯电动汽车的基本结构，性能特点和关键部件性能的要求，设计出纯 电动汽车合理的动力系统，并基于 advisor 建模仿真，分析设计所得的各项参数的正确 性 1.2 电动汽车国内外研究状况电动汽车国内外研究状况 1.2.1 电动汽车国外研究状况电动汽车国外研究状况

21、 目前，电动汽车的设计主要有以下两种方法：即改装设计和全新设计。 改装设计：选择一辆与目标设汁的电动汽车在载客量和载质量方面都近似的传统汽车 来进行改装。移除内燃机，换成电机。充分利用车架上部和下部以及原油箱和座椅下的 一些空间来安放电池。为尽量扩大车厢内的有效空间。 在布置和安装电动机和传动系统时，根据传动系统设计的要求可以选用内燃机汽车的 部分传动装置，也可以完全不用原有的传动装置而重新设计，由于通过齿轮传动会降低 传动效率，可根据需要采用原有变速箱。为保证续时里程和在现有的电池技术条件下， 电池组的质量会很大。 电池组的质量很大，增加了电动汽车的整备质量和总质量，从而降低了电动汽车的整

22、车性能。因此必须对电动汽车的各种性能进行计算匹配。包括对载荷分配的计算，电机 功率，蓄电池性能，传动系统的匹配、制动系等的强度和刚度的核算等，根据计算的结 果对一些不足的部件进行修改。一般是用仿真软件进行仿真。 全新设计：国外电动车发展比较早，新研制的电动汽车大部分是采用全新设计。 即采用新的外形，新的造型、底盘设计用于减小风阻，提高续时里程。对车身、底盘和 电池采取轻量化措施减轻车身质量。用间接驱动式或直接驱动式或电动轮式驱动。再用 仿真软件进行仿真修改。1,2 1.2.2 电动汽车国内研究状况电动汽车国内研究状况 国内现今电动汽车主要是改装设计的。在上世纪 60 年代，我国就开始了纯电动汽

23、车 的研发工作，于上世纪 90 年代掀起了一股研发热潮，部分相关高校、科研院所以及汽车 企业联合开发充电电池和纯电动汽车，相继研制出电动汽车功能样车、性能样车和产品 样车，并开始着力推广其示范运行。 。 电动车的发展在潜移默化地影响消费者的同时，也带动了国内动力电池、电机等产业 的发展。虽然我国在传统汽车的研发上与世界先进水平相比还有相当大的距离，但在纯 电动汽车技术开发上却几乎是站在同一起跑线上，随着相关技术的积累，我国也在逐步 缩小与世界先进水平的差距，甚至在某些领域，我国已经达到世界领先水平。3 1.3 纯电动车基本结构和重要部件纯电动车基本结构和重要部件4,5 1.3.1 基本结构基本

24、结构 电动汽车的动力传动系统是电动汽车的核心部分，其性能决定着电动汽车运行性能的 好坏。目前，电动汽车的动力传动系统具有以下四种布置方式: (1)第一种与传统汽车传动系统的布置方式一致，可由传统内燃机汽车改装得到。发 动机换成电动机，带有变速器或者使用新的减速器。这种布置电动汽车的起动扭矩较高， 低速时电动汽车的后备功率大。 (2)第二种取消了离合器和变速器。电动机通过行星齿轮减速器或单级式减速器直接 连接到传动轴，通过电动机的控制实现变速功能。这种方式对电动机的要求较高，不仅 要求电动机具有较高的起动转矩，而且要求具有较大的后备功率，以保证电动汽车的起 动、爬坡、加速超车等动力性。低速，大扭

25、矩要求较高。 (3)第三种布置方式将电动机装到驱动半轴上，直接控制电动机实现变速和差速转换。 这种传动方式同样对电动机和控制系统有较高的要求。 (4)第四种布置为轮毂电机型，将电动机直接装到了驱动轮上，由电动机直接驱动车 轮行驶。结构最为简单，有最大的空间利用率，无传动损失，但对驱动电机本身的强度 及其控制精度要求很高，要求左右轮的转速之差满足汽车行驶特别是转弯时的要求。 目前，我国设计的电动汽车大都建立在改装设计的基础上，改装后高性能的获得并不 是简单地将内燃机汽车的发动机和油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的，它必须对蓄 电池、电动机、变速器、减速器和控制系统等参数进行合理的匹配，在总体方案

26、布置时 必须保证连接可靠、轴荷分配合理等等才能获得。 本论文的研究仍然建立在传统汽车传动系统的基础上，按照改装车进行部件的选择和 参数匹配。 1.3.2 重要部件重要部件 驱动电机 电机自身的性能将直接影响电动汽车的最高车速、加速性能及爬坡性能等，所以在开 发整车之前初步确定电机类型及其参数进而对电机进行选择是至关重要的。 电动车用驱动电机通常要求能够频繁启动/停车、加速/减速，低速和爬坡时要求高扭 矩，高速行驶时要求低扭矩，要求变速范围大。其主要参数包括:电动机类型、额定电压、 机械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。另外为电动机所配置的电子控制系统和 驭动系统也会影响驱动电动机的性能。

27、驱动电机的种类 按电机的类型来划分，电动车驱动系统可分为直流驱动系统和交流驱动系统两大类。 早期时由于直流电机控制比较简单，电动汽车多数采用直流电机。然而，目前随着现 代交流调速技术的发展，其动态性能己经达到或者超过直流电机的水平，并且交流电机 本身具有体积小、功率大、效率高、结构简单、易于维护。由于交流电机没有了电刷和 滑环等，克服了直流电机因换向器带来的缺点，因此交流驱动系统将逐渐成为电动汽车 的主流驱动系统。在交流驱动中，驱动电机主要采用异步电机、永磁同步电机(包括无刷 直流电机)以及开关磁阻电机。 直流有刷电动机 直流电机控制方法和结构简单，不需检测磁极位置，只需要用电压控制，并且小容

28、量系 统造价低，技术也成熟，它所拥有电磁转矩控制特性是交流电动机所不可比拟的，因此 电动汽车广泛的采用直流电机；但是直流电动机价格高、体积和质量大，目前电动汽车 已经很少应用， 交流感应电动机（三相异步电机） 三相异步电机转子结构简单，与定子无直接接触部件，运行可靠，转速高，成本低，在 蓄电池供电的条件下，可以实现四象限运行，所以目前在电动汽车中交流异步电机应用 较多。电动汽车用感应电动机系统的研究重点主要是控制方面。 开关磁阻电动机 开关磁阻电机结构和控制简单、出力大，可靠性高，成本低，起动制动性能好，运行 效率高，但电机噪声高，转矩脉动严重，非线性严重，在电动汽车驱动中有利有弊，目 前电动

29、汽车应用较少。它的主要研究方向是模型研究。 无刷直流电动机及永磁同步电机 永磁同步电机体积小、重量轻、功率密度大、低速输出转矩大，精度高、效率高、噪 声小、维护简单。因此在各个国家都有应用。但是他在高速运行时比异步电机复杂，需 要检测转子磁极位置，另外永磁体还有退磁问题，造价也较高。主要研究重点是位置检 测、换向和控制。 蓄电池 蓄电池是纯电动汽车的能量源，其性能直接影响整车动力性，是电动汽车发展的关键 技术。其性能指标主要包括比能量、能量密度、比功率、功率密度、循环充放电次数及 成本等。蓄电池是日前电动汽车产业化最大的瓶颈。电动汽车要求电池具有较高的比能 量以满足续驶单程的要求，较高的比功率

30、满足动力性的要求，较强的大电流充电接受能 力满足电动汽车快速充电的要求，较长的大电流放电时间满足电动汽车大功率行驶的要 求，还要求电池具有与车辆使用寿命相当的循环寿命、较高的性价比和免维护等。 目前能够在纯电动汽车上使用的蓄电池主要有以下几种： 铅酸电池。每个电池单体的额定电压是 2v。铅酸电池技术成熟、性能可靠、价格低 廉，能量密度太低、过充电和过放电性能差、循环寿命短、快速充电困难。 镍氢电池。一种碱性蓄电池，单体额定电压为 1.2v。镍氢电池比能量较大、循环寿命 长、过充电和过放电性能好、无记忆效应、无污染、可靠性高，其成本很高。 锂聚合物电池。单体电压 3v。埋聚合物电池比能量和能量密

31、度高、但其对温度敏感、 低温性能较差，目前技术不够成熟，是纯电动车用动力电池的发展方向之一。 锂离子电池。单体电池电压高达 4v 以上。自放电率稍高，但其单体电压高、比能量 和比功率高、循环寿命长、可靠性高。其成本高。 虽然铅酸电池的比能量和比功率要比镍氢电池和锂离了电池低，但是其技术成熟度， 在安全性、价格和使用寿命等方面均有优势。它仍然是当今大部分纯电动汽车的能量源 选择方案。 1.4 基本内容和技术方案基本内容和技术方案 本论文的基本内容是通过了解纯电动汽车的基本结构，性能特点和关键部件性能的要 求，设计出纯电动汽车合理的动力系统，基于 advisor 的建模仿真，分析设计所得的各 项参

32、数的正确性。具体来说，研究内容包括以下几点： （1）查阅文献了解纯电动汽车的基本结构和各部件的重要参数； （2）基于所查得的文献对电动车的电机和传动系进行设计； （3）学习 matlab/ advisor 的相关知识，进行仿真建模； （4）利用 advisor 仿真系统进行仿真，分析设计所得数据，从而对所设计纯电动微 型客车动力系统的合理性进行验证。 基于以上研究内容，具体技术方案如下：通过对电动汽车的基本结构，性能特点和关 键部件性能的要求的了解，以及对 advisor 软件的学习，设计纯电动微型客车的动力系 统，并用 advisor 进行建模仿真，分析仿真所得数据，从而验证所建微型客车动力

33、系统 模型的正确性。若仿真结果与实际要求不一致，则不断修改所建模型，直至仿真结果与 实际要求基本一致为止。 第第 2 章章 纯电动微型客车动力系统设计及匹配纯电动微型客车动力系统设计及匹配 2.1 微型客车整车参数及性能指标微型客车整车参数及性能指标 表 1 微型客车整车参数及性能指标 项目具体要求数值（目标值）备注 整车尺寸长宽高 388515701860 单位为 mm 轴距-2500单位为 mm 前轮距/后轮 距 -1290/1290单位为 mm 前悬/后悬-575/845单位为 mm 总质量（满载）-1770单位为 kg 整备质量-1200单位为 kg 前后轴荷分配-595/605、65

34、0/970单位为 kg 从 0km/h 加速到 100km/h 所需时 间 30s - 最高车速 100km/h hvw 条件下(整备质量 +180kg) 爬坡能力- 25% 最大总质量条件下 迎风面积 2.593m2 风阻系数 0.456 轮胎规格 165/70r13c 容量要求 电池性能 功率要求 额定/峰值 电机性能扭矩要求额定/峰值 续驶里程要求- 150km（空载） 百公里耗电量 要求 - 18 度（相当于 1.5l 燃油） 60km/h 等速行驶 碰撞星级要求满足 c-ncap 四星级评价性能,总分不 低于 40 分,且各单项不存在罚分项 最高配置款 参考传统客车技术参数，本项目提

35、出了纯电动客车的基本性能指标如 (1)最高车速大于等于 100km/h ; (2)最大爬坡度大于等于 25% ; (3) 0-100km/h 加速时间小于等于 30s; (4)续驶里程大于等于 150km(空载) 2.2 电动机参数匹配电动机参数匹配4,5,6 电动车用驱动电机通常要求能够频繁启动/停车、加速/减速,低速和爬坡时要求高转矩, 高速行驶时要求低转矩,并要求变速范围大。其主要参数包括:电动机类型、额定电压、机 械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。另外为电动机所配置的电子控制系统和驱 动系统也会影响驱动电动机的性能。 2.2.1 电动机峰值功率及额定功率的匹配电动机峰值功率及额定

36、功率的匹配 2.2.1.1 以最高车速确定电机的额定功率以最高车速确定电机的额定功率 max 2 max *) 15.21 * *(* 3600 1 u uac fgmp d t n （1） 式子中： n p 电机额定功率,kw t 传动系统效率 m最大车重，kg f 滚动阻力系数，取 0.015 d c 风阻系数 a车辆迎风面积 u 最高车速，km/h 计算得 pn=28.48kw 2.2.1.2 以最大爬坡度确定的最大功率为以最大爬坡度确定的最大功率为 max 2 max max1 *) 15.21 * sin*cos*(* 3600 1 v vac gmfgmp d t n （2） 式中

37、，最大爬坡角 100 arctan max max i 计算得在 20km/h 速度下的爬坡速度下仅需 31kw 的功率 2.2.1.3 计算其加速时间计算其加速时间 假设车辆在平直路面上加速，车辆加速过程动力学方程为： wif fffft 15.21 * * 2 uac dt du mfgm d （3） 式中，汽车旋转质量转换系数 22 * * 1 * 1 1 r ii mr i m tf w 上式： w i 车轮转动惯量 f i 飞轮转动惯量 i电机到车轮的传动比 上式经过变形为： 0 0 2) * 15.21 * *( 1 6 . 3 * v d du u ac fgmft m t （4

38、） 即为加速时间的计算公式 汽车速度与电机转速之间的关系： i nr va * 377 . 0 (5) 电动汽车驱动力 t f 与电机额定转矩的关系： r it ft * (6) 用 matlab/simulink 建模，可得出加速时间 t 编程原理图如下 图 1 matlab/simulink 加速计算建模 2.2.2 电动机额定转速及最高转速的选择电动机额定转速及最高转速的选择 根据各种不同电机的性能对比，选择永磁同步电机，其转速范围在 4000-10000 之间。 操作性较好。尺寸小，质量轻。 电动机的最高转速对电动机成本、制造工艺和传动系尺寸有很大的影响。转速在 6000r/min 以

39、上的电机为高速电机，以下为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂而且对 配套使用的轴承、齿轮等各附件有特殊要求，一般适用于电动轿车或 100kw 以上大功率 驱动电机，很少在纯电动客车一般不采用高速电机。因此应采用最高转速不大于 10000r/min 的电机。当然，最高转速越低，成本也会越低。 最大转矩=额定功率/额定转速 知额定转速越低，对转矩的要求越大，对电机的要求也越高。 表 2 2000 年左右生产的车用永磁同步电机参数表 车名电机峰值功率/转速 (kw/r/min) 最大转矩/转 速 （nm/r/min） 本田 plus交流永磁同步电机49/8750274/-1700 丰田 e-com永

40、磁同步电机18.5/2450-382076/0-2450 丰田第一代普 锐斯 永磁同步电机33/1040-5600350/0-400 本田 insight永磁同步电机9.2/200049/1000 上图为 2000 年左右生产的车用永磁同步电机参数表，初步确定永磁同步电机的最大 扭矩不大于 300 电动机最高转速与额定转速的比值也称为电机扩大恒功率区系数 ，随 值的增 大，电动机可在低转速区获得较大的转矩，有利于提高车辆的加速和爬坡性能。但 值的过多增加会导致电动机工作电流的增大，增大了功率损耗和尺寸。因此 值一般取 24，计算出电动机额定转速应该在 20004000r/min 之间选取。4

41、2.2.3 电动机额定电压的参数选择电动机额定电压的参数选择 电动机额定电压的选择与电动汽车蓄电池组电压密切相关。在相同输出功率条件下， 电池组电压高则电流小，对导线和开关等电器元件要求较低，但高电压需要数量较多的 单体电池串联，引起成本及整车质量的增加和动力性的下降，而且难于布置。 电动机额定电压一般由所选取的电动机的参数决定，并与电动机额定功率成正比，电 动机的额定电压越高电动机的额定功率越大。 2.3 传动系参数匹配传动系参数匹配 传动系统参数匹配主要包括变速器的匹配设计和主减速器的匹配。在最大传动比传动 时，传动系统输出的是最大的扭矩，对应于车辆的最大爬坡度，在最小传动比传动时， 整车

42、将达到最大速度。 2.3.1 最大减速比的确定 最大传动比由电动机的额定转矩和汽车的最大爬坡决定，有如下公式： comment 杨杨1: 方法为我独创， 哈哈哈哈，因是一档的减速器， 哈哈哈哈 t t rfg ii * )sincos( * max maxmax 01 (7) 式中： 1 i 变速器最低档速比 0 i 主减速器速比 r车轮滚动半径 t 传动系统总效率 2.3.2 最小减速比的确定 最小传动比由电动机的最高转速和最高车速决定，有如下公式： max max 02 377.0* v rn ii (8) 式中： 2 i 变速器最低档速比 max v 最高车速 根据电机的转速扭矩和车辆的

43、行驶速度，爬坡度，可以确定减速比的范围。 根据电机额定功率和额定转速，电机扩大恒功率区系数 取 2.5，可计算出电机最 高转速，最大扭矩，车辆最高车速定为 100km，可计算出传动系的最小减速比和最大减 速比的要求。 综上，可得出电机不同额定功率，不同额定转速下对减速比的要求。如下表所示： 表 3 电机不同额定功率，不同额定转速下对减速比的要求 额定 功率 电机额 定转速 最高转 速 车辆最 高速度 km 最小减 速比 百公里加 速时间 40270067501006.19 141.56.907424.28 40300075001006.88 127.37.674924.52 403300825

44、01007.57 115.88.442424.28 40360090001008.26 106.19.209924.28 50270067501006.19 176.95.525918.29 50300075001006.88 159.26.139918.29 50330082501007.57 144.76.753918.29 50360090001008.26 132.67.367918.29 60270067501006.19 212.24.604914.71 60300075001006.88 1915.116614.71 60330082501007.57 173.65.628314

45、.71 60360090001008.26 159.26.139914.71 若动力电机无需驱动其他附件（空调、等） ，则根据上表，选择动力传动系的参数如 下： 表 4 动力传动系的参数 额定功率（kw）50 额定转速(r/min )/最大转速(r/min)2700/6750 电机 最大扭矩（n*m）/转速（r/min）176.9/2700 减速器减速比5.7 加速时间(s)18.29 电机特性图如下 50kw电机特性图 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 01000200030004000500060007000 转速（r/min） 扭矩（n*m） 图

46、 2 电机特性图 2.4 动力电池参数匹配动力电池参数匹配 蓄电池的放电电流，放电电压，效率，输出功率等参数与汽车的续时里程，车速等有 密切联系，合理选择这些参数，使其与汽车的动力系统达到最佳匹配值，是提高电动汽 车性能的有效途径。 2.4.1 匹配原则 作为电动汽车的电源应满足的要求主要有：高的比能量和比功率，循环寿命长，安全 可靠，免维护，对环境污染小，节省能源及成本低廉。蓄电池的主要新能参数有功率密 度，能量密度，可靠性，寿命和价格等。 其中锂离子电池的高能量和充放电速度快等优越性能得到越来越多的关注，是目前市 场前景最好的一种产品。尽管价格有些贵，根据发展的趋势，我们选择锂离子电池，

47、。 其工作电压高达 3.7v，大约是镍镉或镍氢电池的 3 倍，可减小电池的使用数量。没有游 离的金属锂，电池使用更安全。无记忆效应，使其无时不为你提供最大的能量。 动力电池一般有能量型与功率型两种，为满足纯电动汽车的行驶，要求采用能量型电 池，匹配时主要考查其能量要求，即电池应具有较大的容量，以增加车辆的续驶里程。 电池容量与其功率成正比，容量越大，其输出的功率越大，所以其输出功率均能满足整 车电力系统的要求，因此主要是根据车辆的续驶里程来确定电池容量，根据车速确定其 放电电流，根据电动机电压确定电池的放电电压。 2.4.2 蓄电池匹配4 1.锂离子电池组电压等级 在车用电池的使用过程中，电池

48、的最大放电电流不应超过 300a，根据电动机峰值功 率 pmax 确定电池的电压等级 v 满足如下关系式。 300 1000 max 0 p v （9） 由上式计算出电池组的电压等级 v0160(v)。参考市场上锂离子电池的额定电压(4v)及 本文匹配的电动机额定电压范围（300-350v） ，确定电池组电压等级 v=4v80=320v。 2.锂离子电池组能量 电池的能量计算公式为： 1000/cuw essess （10） 式中 ess w 为电池组的实际能量（kwh） ； ess u 为电池组的平均工作电压（v） ；c 为单 体电池的容量（ah） 。 电动汽车行驶里程 s(km)所需的能量

49、，可以通过下式计算。假定汽车以 ele v (km/h)的 速度行驶。 ele eled ele v vac fgmp* 15.21 * * 3600 1 2 （11） )/(* eleeleeleroad vsptpw ( 12) 式中 ele p 为汽车以纯电动驱动所需的功率（kw） ； road w 为车辆行驶里程 s(km)所需的 能量（kwh） 。 需要使 ress w 满足： ress w road w (13) 由电池容量与电压可以直接求续驶里程，计算公式如下所示： eleelesocess pvcus/* (14) 式中 soc 为电池块的有效放电容量。电池不可能完全 100%

50、放出其额定的容量，比如 从放电初始时 soc 为 100%放电到 soc 为 40%，那么该系数即为 60%，即可放出其 最大容量的 60%。 下表为 60km/h 下不同电压和容量下的续时里程。 表 5 60km/h 下不同电压和容量下的续时里程 容量 电压 80.0 90100.0 110120.0 20096.0 108.0 120.0 132.0 144.0 220105.6 118.8 132.0 145.2 158.4 240115.2 129.6 144.0 158.4 172.8 260124.8 140.4 156.0 171.6 187.2 280134.4 151.2 1

51、68.0 184.8 201.6 300144.0 162.0 180.0 198.0 216.0 320153.6 172.8 192.0 211.2 230.4 340163.2 183.6 204.0 224.4 244.8 360172.8 194.4 216.0 237.6 259.2 380182.4 205.2 228.0 250.8 273.6 400192.0 216.0 240.0 264.0 288.0 考虑到汽车运行中除了行驶阻力外还有其它损耗，理论计算中续时里程应该大些我们 选择 340v，100ah 的锂电池。采用 92 个单体电池。 2.5 匹配结果匹配结果 表

52、6 动力传动系匹配结果 额定功率50kw 额定转速/最大转速2700/6750 最大扭矩/转速176.9/2700 电机 额定电压 传动系传动比5.7 续时里程 电池类型锂离子电池 电压340 容量100a.h 电池 单体电池个数92 comment 杨杨2: 本节大肆引用了 参考文献，害羞中 第第 3 章章 基于基于 advisor 的整车动力性仿真的整车动力性仿真4,7,8,9 advisor(advanced vehicle simulator,高级车辆仿真器)是基于 matla 和 simulink 软件环境下开发的高级车辆仿真软件。目前最新的正式版本 advisor2002 可以对纯

53、电动 汽车，传统汽车、和混合动力汽车的各种性能作快速分析,可以在网站上免费下载，是目 前用户数量最多的汽车仿真软件。由于该软件通过大量的实践被证实具有良好的实用性, 现在世界上许多生产企业、研究机构和高校都在使用该软件做汽车仿真方面的研究。 3.1 advisor 的主要功能和特点的主要功能和特点 advisor 是 matlab 和 simulink 软件环境下的一系列模型、数据和脚本文件的 综合。它在给定的条件下利用车辆各部分参数,快速地分析各种汽车的燃油经济性、动力 性以及排放性等各种性能。此软件也允许对用户自定义的汽车模型和仿真策略做仿真分 析。它主要有以下特点: (1)仿真模型采用模

54、块化的思想设计。advisor 软件分模块建立了发动机、离合器、 变速器、主减速器、车轮和车轴等部件的仿真模型,各个模块都有标准的数据输入/输出端 口,便于模块间进行数据传递,而且各总成模块都很容易扩充和修改,各模块也可以随意地组 合使用,用户可以在现有模型的基础上根据需要对一些模块进行修改,然后重新组装需要的 汽车模型,这样会大大节省建模时间,提高建模效率。 (2)仿真模型和源代码全部开放。advisor2002 的仿真模型和源代码完全公开,可以在 网站上免费下载。用户可以方便地研究 advisor 的仿真模型及其工作原理,在此基础上 根据需要修改或重建部分仿真模型、调整或重新设计控制策略,

55、使之更接近于实际的情形, 得出更合理的仿真结果也。 (3)采用了独特的混合仿真方法。现在的汽车仿真方法主要有前向仿真和后向仿真两种,目 前仿真软件也多采用其中的一种方法,使两种方法优势不能互补,而 advisor 采用了以后 向仿真为主、前向仿真为辅的混合仿真方法,这样便能较好地集成了两种方法的优点,既使 仿真计算量小,运算速度快,同时又保证了仿真结果的精度 (4)在 matlab 和 simulink 软件环境下开发研制。matlab 是世界上顶尖的可视 化科学计算与数学应用软件,其语法结构简单、数值计算高效、图形功能完备,集成了诸多 专业仿真工具包,而且它还提供了方便的应用程序接口(api

56、),用户可以在 matlab 环境下 直接调用 c、fortran 等语言编写的程序。matlab 内置的计算程序、专业的仿真工具以 及与其他应用程序的接口,会减少汽车模型的搭建和仿真计算过程中工作量,同时也方便了 熟悉不同编程语言的用户之间的合作。 (5)能与其他多种软件进行联合仿真(co-simulation)。汽车是一个复杂的系统,其仿真更 是涉及机械、电子、控制等多个领域,工作量很大,advisor 软件开发过程中也难以涉及 所有领域,这样就限制了它一些功能的实现。但是 advisor 设计了开放的软件接口,能与 saber、simplorer、visuadoc、sinda/fluin

57、t 等软件进行联合仿真,为用户改进和拓展其功 能提供了方便。 虽然 advisor 软件也有一些缺陷,例如,它的部件模型都是准静态的(quasi-static),不能 预测小于十分之一秒左右时间范围内的一些现象;机械振动、电磁振荡等许多动态特性也 不能通过 advisor 软件进行仿真,但它的优越性仍然吸引了国内外的众多用户。 3.2 仿真模型仿真模型 图 3 advisor 界面 3.2.1 定义车辆模型定义车辆模型 图 4 车辆模型 advisor 中车辆模块的输入量为仿真结束时的速度和系统可提供的驱动力和线速度， 根据车辆驱动力与行驶阻力平衡方程（滚动阻力、坡度阻力、空气阻力和加速阻力模

58、块） 得到结果，即车轮所需要的驱动力和速度。 车辆模块中需要定义的参数包括： veh_description=yc_ev vehicle；%定义汽车描述变量 veh_cd=0.456；% 定义风阻系数 veh_fa=2.593；% 定义迎风面积，单位：(m2) veh_cg_height=0.600；%定义质心高度，单位（m） veh_front_wt_frac=0.4；%定义前轴荷占整车质量的百分比 veh_wheelbase=2.5；% 定义轴距，单位：(m) veh_glider_mass=1380；%定义车辆滑行质量 (kg) veh_cargo_mass=400；%定义最大装载质量（

59、包括乘员） ，单位：kg 3.2.2 定义车轮模型定义车轮模型 图 5 车轮模型 上图为 advisor 中的车轮模块，左为输入端。包括变量、，分别对应右侧的两 个输出量。模块中主要有两条运算路线（这个特点在后面的模块中也很普遍） ，一条是根 据下级模块的需求运算得到上级模块的需求，即“需求路线” ；另一条是由上级模块发出 的功率到下级模块得到的实际功率（“实际路线” ） 。在需求路线中，模型从车轮所需 的驱动力和转速通过牵引力控制接口和轮胎滑移率模块计算传动系应提供的转矩和转速。 在实际路线中，传动系提供的转矩和转速通过前/后制动控制接口和轮胎滑移率等模块计 算出车轮实际获得的牵引力和线速度

60、。 车轮模块中需要定义的参数有： wh_radius=0.292；%定义车轮滚动半径，单位：(m) wh_inertia=40*wh_radius2/2 ； %定义轮胎的转动惯量，单位：(kg*m2) wh_1st_rrc=0.00938；%定义轮胎的滚动阻力系数 3.2.3 定义传动系模型定义传动系模型 包括变速器和主减速器模块。 图 6 传动系模型 上图为 advisor 中的传动系模块（主减速器模块和变速器模块） 。该模块根据车轮 模块的需求转矩和转速，考虑损耗和惯性作用等因素后计算出对上级输入模块的转矩和 转速需求。而实际路线则由变速器提供的转矩和转速计算出主减速器实际输出的转矩和 转