纯电动汽车电机驱动系统传动机构参数设计方案

1、本科毕业论文纯电动汽车电机驱动系统传动机构参数设计ParametersDesignationParametersDesignation ofof thethe TransmissionTransmission MechanismMechanismSystemSystem inin BatteryBattery ElectricElectric VehicleVehicle withwith MotorMotor DrivingDriving学院名称：专业班级：学生姓名：指导教师姓名：指导教师职称：进师2018年6月目录第一章 绪论. 51.1引. 51.2国 内 外 电 动 汽 车 发 展 现

2、 状. . 51.3本 文 研 究 的 意 义 .71.4本 文 研 究 的 主 要 内 容 .8第 二 章 电 动 汽 车 的 基 本 结构 .82.1电动汽车的基本组成. 82.1.1电源. 82.1.2电池管理系统82.1.3电机驱动系统.82.1.4底盘和车身.92.1.5辅助设施.2.2本10章小结.10第三章传动系参数设计 103.1概述.3.1.1驱10动力.3.1.2行11驶阻力.3.212传动比.3.3电机参数设计-143.1.1电动机额疋功率.143.1.2电动机额疋转矩14台匕3.1.3电动机加速性能匕143.4电池参数的确疋15第四章建立整车仿真/、模型 .164.1C

3、ruise 简 介. 164.2电机模型的建.174.3电池模型的建.184.4整车模型的建.19第五章仿 真 及 结 果 分析.205.1整 车 仿 真 及 结 果 分析.215.2电 机 仿 真 及 结 果 分析.225.3电 池 仿 真 及 结 果 分析.22第六章全 文 总 结 及 未 来 展望.23致谢 . 25参考文 献 . 26纯电动汽车电机驱动系统传动机构参数设计专业班级：运输 0701 学生姓名：张希望 指导老师：盘朝奉职称：讲师 摘要随着石油等能源短缺与环境污染问题的日益突出，发展具有零排放、高能 源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发展，涌现 出一批

4、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 很多亟待解决的问题。本文对动力传动系部件的设计参数进行研究，根据纯电动汽车性能要求 进行主要参数的设计及匹配，通过对具体车型的计算，建立仿真模型，并在 cruise 软件下进行仿真实验，模拟得到其动力性能，验证该模型车辆动力性能 的可行性。分析影响续驶里程、最高车速和最大爬坡度的各种因素，提出能够 很好地提高电动汽车动力性能的措施和方法。进一步探讨主要参数的确定，选 择并设计出一种切实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 参数匹配 cruise 仿真Parameters Designation of

5、the Transmission Mechanism System in BatteryElectric Vehicle with Motor DrivingAbstract With oiland other energyshortage andenvironmental pollution problemshave become increasingly prominent,Development ofEV which possesszero emissions, high energy efficiencyis particularly important. Nowadays, in o

6、ur China, electricvehicle technology developing rapidly, a number ofinternationally competitivecompanies and productsemergence. But we need to solve many problems, for the purpose that Electric vehicles comeintoourlives.This articlestudy on thedesignparametersofPower trainparts, according to thepure

7、electric vehiclesperformancerequirements, designandmatchingmainparameters, through calculatespecificmodels, create a simulationmodel, andSimulationexperimentundercruisesoftware, Getitsdynamicperformance, verifythat thefeasibilityof a modelvehicledynamicperformance. Analysis various factors which eff

8、ect maximumgrade ability, maximum speed, driving range. Propose good measuresandmethods which cantogreatlyimprove the dynamicperformance of electric vehicles.Furtherdiscussion on the determinationofmainparameters,selectanddesignapracticalEVpower trainsuggestion.第一章 绪论1.1引言由于经济的持续快速发展，我国对能源的需求急速增长。 2

9、018 年 2 月 25 日，我国能量研究会公布，去年，我国一次能源消费量为 32.5 亿吨标准煤，同 比增长了 6%，中国已成为全球第一能源消费大国。中国能源研究会预测，我国 能源需求将继续增长，这将进一步推动能源价格的普遍上涨。此外，国际油价一路上涨。去年我国原油全年平均进口油价为每桶 61 美 元，相当于每天支付 4 亿美元进口原油。最近，伦敦市场上布伦特原油期货价 格达到 113 美元/桶以上，比调价时的 102 美元/桶，涨了 10%左右；纽约市场 上原油期货价格也比调价时上涨了超过 10%。如果国际油价上涨 10%，就相当于 今年每天进口石油需花费 5 亿-6 亿美元，相比调价前每

10、天多花 5000 多万美 元。交通运输是目前我国能源消耗最大，也是能源消耗增长最快的行业之一。与 此同时，交通所造成的污染日趋严重。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，交通所造成的污染越来越影响到人们的生活质量。因此， 降低能源消耗、减少环境污染，以保持交通运输的可持续发展，已成为我国交 通运输业可持续发展所面临的首要任务。纯电动汽车作为“绿色的交通工具”，它的投入运行不仅对缓解能源危机以 及环境问题有着重要的作用，对于我国自身相关产业的发展以及我国汽车业在 国际中的地位也有着及其重要的意义。1.2国内外电动汽车发展现状1.2.1国外电动汽车发展现状 世界各国著名的汽车厂商都

11、在加紧研制各类电动汽车，并且取得了一定程度的 进展和突破。现代电动汽车一般可分为四类：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 式中：Ft驱动力；工F亍驶阻力之和。3.1.1驱动力发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。此时作用于驱动轮上的转 矩Tt产生一对地面的圆周力F0,地面对驱动轮的反作用力Ftv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：I 亠】(43.1.2行驶阻力汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面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，还必须克服坡度阻力。汽车加速行驶

12、时还需要克服加速阻力。因此汽车行驶的总阻力为：_15)式中：Ff滚动阻力；Fw空气阻力；Fi坡度阻力；Fj加速阻力其中:(1)滚动阻力：Ff可以等效的表示为：.=空气阻力：式中：C D 空气阻力系数；A 迎风面积，即车辆行驶方向的投影面积； P空气密度，一般p= 1.2258N$m-4u一相对速度，在无风时即车辆的行驶 速度。在无风条件下汽车的运动，U r即为汽车的行驶速度Ua。如Ua以km/h计，A 以m2计，则空气阻力(N为：(3坡度阻力：_J(9式中：a坡度。一般道路的坡度均较小，此时sin a =tan a=i (4加速阻力：.z 丨(10式中：S车辆旋转质量换算系数；m车辆质量；一行

13、驶加速度这样，汽车行驶阻力为:车辆行驶时，不仅驱动力和行驶阻力相互平衡，电动机功率和车辆行驶阻力功率也总是平衡的。即：在车辆行驶的每一时刻，电动机发出的功率Pe总是等于机械传动损失的功率与全部运动阻力所消耗的功率之和。在纯电动汽车 中，Pe为电动机的输出功率。车辆运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率Pf，空气阻力功率Pw,坡度阻力功率P以及加速阻力功率Pj。即：(12根据以上的推导，可得车辆行驶过程中的平衡方程如下:(13(16(14对纯电动汽车而言，式中：Pe电动机输出功率(kW ； n电动机输出转速(rpm。3.2传动比某车型的固定减速比为6.3(1)传动比的选择首先应满足车辆最高车速的要求

14、，由最高车速Vmax与电机的最大转速nmax确定传动比的上限，即(15已知最高车速Vmax=50km/h，电机的最大转速nmax=3100，车轮半径r=0.245,则：(2由电机的最高转速对应的最大输出转矩T max，和最高车速对应的行驶阻力Fmax确定速比的下限，即已知f=0.01，r=0.245，CD=0.4，A=1.8/m2，m=800kg，则(3由电机最大输出转矩Tmax和最大爬坡度对应的行驶阻力Famax确定，即WI(17其中：Famax=m g cos ff+m g sin a =800 9.8 0.98 0.012+800 9.8 ,0.2=1628.5 Nr=0.245m。原车

15、型主减速比不满足要求3.3电机参数设计设计原则：动力系统的额定功率必须满足车辆以最高车速行驶、动力系统必 须满足车辆加速性的要求、动力系统必须满足车辆以最大爬坡度爬坡的要求、 动力系统必须满足车辆以额定转矩在额定车速行驶的要求、根据汽车的动力性 指标选择最适合的驱动电机。3.3.1电动机额定功率所选择的电动机功率应不小于在平坦良好路面上车辆以最高车速行驶时阻力功 率之和，即满载时：G=80(X9.8N, f=0.012, CD=0.4, A=1.8m2, n =0.9 ua=50km/h式中，Pe为电动机额定功率；M为整车总质量；g为重力加速度；f为滚动阻 力系数；Umax为最高车速；Cd为空

16、气阻力系数；A为车辆迎风面积；n t为传动系效率3.3.2电动机额定转矩当电动汽车以额定车速在平地上匀速行驶时，电动机输出的转矩即为额定转(19已知车型常规车速为20km/h,根据叵(20 将P=5kw, n=3100带入，得T=15.4,额定转矩15.4)大于额定转速下的转矩 _I(22式中：Ttq 电机额定转矩；ig 变速器传动比；io 主减速器传动比；r 车轮半径；n专动机构效率，包括变速器、传动轴和主减速器；Fw车辆行驶的空气阻力，Ff 车辆行驶滚动阻力=I ； M 总质 量；专动质量换算系数贝电动汽车从起步加速到速度为 U的加速时间为:(23434根据电动汽车的最大爬坡度要求，可得电

17、动汽车需求的最大转矩2Ff=m g - f - ；siFi=m g - co； tg=1, io=6.3, n =0.9 m=800kg, g=9.8m/s , -1f=0.012, a =tan31.50631.5060.579(7347534in.ti1.079915761947E1.079915761947ED.52?31?30224315i026.0624O.G97EO0(032612.03260 671988821029664100ia2907Q.6S6242S340911S472Q1S.C32C0.7366115676哝update距出扭矩大小无关。将数据

18、输入电机后得出特征图。如下图所示:Thb 哄 I ModdMass of Mh商ne0 0 kfiIntel TefiHrafcure50 0 匸呂pedficH 比升msilim2AD.D W/KLa/odt Temperature|100 0 C图2电机参数设置图3电机外特性设置h- ； ；J Maximum PDWBF (Torque) mechanicalmJ Speed| b - | T or que | 审臆|GO.O VPowersd bpMadiing|PS 制 号|? Chaiaceiistic- Maps and Cuws | molaHelated* |Thermal T

19、ime Ccnstantd Maximum Powal10.010.0 sMaximum： Tempialuie|BO.0BO.0 CTemperature CaelliiOHnl of Ramanence lndutikn|0 001 VK晳 updaie电 1.3 十2CiBdte lolne DiaQimgJgJ 3D3D MapMap Wcwe!.Wcwe!.图4电机效率设置300.0300.0 K KabQO74881QQ77 D42&D7SJ血他60.D7SL28Q07SL2100.078L24.3电池模型的建立最大电池容量为150Ah，起始容量为 90%，额定电压为 72.0V，

20、最大电压82.2V，最小电压60V。电池组电池数量为1,电池组质量为120kg。如下图所示:petatng Tempetatuie|Specific Hz Transilian |图5电池参数设置L I 1 die Voltage - Chargea 二 Stale of Chargeb - VdtaaeNoinnal Values ot LeiLeiChagall150.0150.0 AhAhInitial Charge)Nominal Voiagej72.0 VMaximum Volsage J62.2 VMininurn Voltage |GD.O VNumber d CdkN umbe

21、l of Cefi pel CeFRwr| 1Number of CelkRow| 1Poweied by图6电池充电曲线设置图7电池放电曲线设置4.4整车模型的建立将电池、电机、离合器、变速箱、驾驶员模块以及车轮等模块拖入Cruise的工作区中，建立模型。输入系统中各个模块的参数，如车辆模块的满载重量、迎 风面积和阻力系数等；电机的电压、转矩和转速等；车轮的摩擦系数；主减速 器的主减速比等。在 CRUISE仿真时，系统会提示所有必须要输入的参数，按 照这个要求，把参数一一输入即可。建立系统的物理连接和信号连接。首先完成物理连接，选定各子系统模型之 后，根据汽车配置方案和部件连接关系，用con

22、n ect建立模型的物理连接。传动系各部件之间有直接的物理连接关系，车轮和制动器之间也有物理连接关系， 但驾驶室与动力传动系和制动系之间没有物理连接。在仿真过程中，它们之间 是通过信号连接来传递信息。了解汽车系统内部各部件之间的连接、控制关系 以及信息传递关系，建立汽车各子模型之间的信号连接关系。系统需要把所需 的信号连接全部定义准确，如果有一个错误，那么将无法运行仿真程序。如下 图所示：azz31OITererrtialfmocift difo brakdvehicle: Rear图8整车模型搭建第五章仿真及结果分析根据纯电动汽车仿真的要求，选择和编辑相应的任务及工况，设置合适的仿真步长和精

23、度进行仿真计算。设定的计算任务有：在任务Cycle Run中仿真续驶里程；在任务Climbing Performanee中仿真最大爬坡度；在任务ConstantDrive中仿真最高速度。选择single calculation的计算方式，计算完成之后在ResultMa nager中提取计算结果，并进行相应的分析。5.1整车仿真及结果分析循环工况实验：*hybnd ST: Rear Lef uIrtirt disc- bokiearn 甌si h nBatteiy HriAjhn jr:ac-kp rt144Ircnrt dso bmk.lp$1.8S314141.W51.U7A &.&D7 D

24、.伽0.2&9 0 0 4I2BAI -*-3.?r.34-I-1 -1-1 -1 -i- - -J 砸11 0114朋 1.35 址馆 搏凶 矽算 33 D3 307Tme Fsl最大爬坡度实验:CHARACTERISTICDATACucki*Cucki* WiBWiB x x gHtgHt4 4 0000.OVatixcZaVatixcZa MassMass:700700.o.oFrFr oritorit alal AzreaAzrea:zSCODragr Co f f 0B 417D i cp 1 acQuentDOQO.口口皿Cylinder JJiABiber；OOOO. 0000N

25、ujuh - o f St r oke s；OOOO. 0000st at - Wie e 丄(?.ad :245.0dyn- Mae el JRad._VMIA :24S.0R-SJE 812 7 72.42/11 S1.4.Z*r- -f -f f、I I3 3(1 12 15 51 16 6 2 21 1 1 14 42 273 3D Dfloaty km/hj该车型最大爬坡度为1.3%,，不满足要求加速实验：CHABACTEPISTIC DATACurb阳i曲匚400.0Displ&ceaentvl： 0900.0000VahdclAVahdclA HaffHaff4沪q7G0,0dy

26、n. Ra j,丄.Raiid!. : 24P 0FzFz ont-aJ.ont-aJ. AreaAreaZ.8DDHode SiiLula-t zdzDrzg Coefflclenc204LBlip： on2.162Hod.e! r S IHIAI atl oiSlipr OffTorque.Torque. SpeedSpeed andand MechanicalMechanical PowerPowerT湖-Vehdlp 臥旬N |DIB. 1Q0014| y |D.2a4S纠DistarTmx 10.05. 1800141J. |0 .E3.4|M |Q 晦 teOQ 罔y M916 3

27、3&删可知，该车最大速度为20km/h，没有达到设计要求5.2电机仿真结果分析可知电机最大扭矩为40Nm，最大输出功率为5.88kw，最高转速为1364rpm。5.3电池仿真结果分析VoltsgCj Current, Cliarge and SDCAcceleration,Acceleration, VelocityVelocity andand DistanceDistance”画-JE-JE言 喜-Cimi|AK |aH5 1SM14|聊ChaOBWiiKinos. laHLKI rHia2fJ7. 134996-SlBte.ChwaeM K |105.1900141 73 4717. S

28、3 MT该型电动汽车运行时，最大电流 135A，最大电压79.2V。仿真结果可知该车型爬坡度、最大车速均不满足要求，而且差距较大。传动系统建模复杂，调试过程时间较长，给研究工作带来了很大的不便。采 用Cruise软件对其进行建模及仿真研究，不仅可以节省大量的时间，使建模过 程简单化，而且程序运行可靠、调试方便、结果准确，利于分析研究。第六章全文总结及未来展望汽车动力传动系统设计的首要任务是传动系统各部件之间以及与发动机之间的 匹配，以保证汽车能在不同条件下正常行驶，并具有良好的动力性和燃油经济 性。本文对详细介绍了电动汽车组成，通过对各参数的分析，建立基于Cruise软件的传动系动力仿真模型，

29、并且以某型号电动汽车为研究对象，对动力性能、 能耗等进行模拟仿真实验，运用汽车理论和汽车构造知识，对纯电动汽车动力 性能进行分析、匹配和计算，根据要求选择合适的电机、电池，选择差速半轴 方案作为某型电动汽车的传动系布置方案，计算出最大扭矩、最大功率、主减 速比等参数。再对续驶里程、最大爬坡度、最高车速仿真结果分析，得出该型 电动汽车的动力性能不能够达到要求，需要对原有车型的一些参数进行修改。100多年前，电动汽车和汽油车是同时被人类发明的，甚至福特的第一辆汽 车也是电动汽车。但是电动汽车的发展远远落后于燃油汽车，原因除了难以克 服的电池问题外，还有就是经济性。纯电动汽车本身投资要贵于燃油汽车，

30、而 且电池使用的电量来自发电厂，国家需要建设更多的发电厂；果想要纯电动汽 车的发展规模和燃油相当，那么就要建设与加油站数量相当的充电站；要建设 蓄电池厂等，这是一笔很大的投资。电动汽车行业在中国崛起仅仅几年时间，在这短短的几年时间内，电动汽车 业从无到有，由零星分布到大范围普及，取得的飞速的发展和十足的进步。创 新、未来，第 14届上海国际汽车工业展览会于 4月21日至 28日在上海新国际 博览中心举行。来自全球 20 余个国家和地区 2000 家中外汽车厂商齐聚上海车 展，创历届上海车展之最，也是今年全球规模、影响力最大的汽车展会。上百 款新车的真可谓是一场汽车界的盛宴，而且上海车展的规模已

31、经跃居世界第 一，也就意味着我们在国内就能看到世界第一的大型车展。各大汽车制造商纷 纷推出自己的电动汽车新车型。在低碳经济的政策背景下 , 国家对于纯电动汽车 的扶持力度正在不断加大。消费者们也非常关注这种具有零污染、零排放、低 噪声等特征的纯电动汽车。在本次车展上亮相了 7 款自主品牌纯电动汽车，分 别是奔奔MINI纯电动汽车、比亚迪 E6、江淮同悦纯电动轿车、奇瑞瑞麒 M1-EV、海马丘比特纯电动轿车、腾翼 C20 EV、力帆620 EV电动车。由此可见国 内的各大汽车企业也非常重视电动汽车的研发。石油资源短缺已是全世界问题，而石油的主要消费对象是汽车，为汽车寻找 可替代能源是当务之急。电

32、动汽车的前途一片光明，但是如果想达到规模，还 需要各行各业的帮助和支持。我国电动汽车的发展首先政府大力支持。借鉴国 外电动汽车的发展，不难发现国家政策起到的关键性和决定性作用。令人很欣 慰的是国家在纯电动汽车的研发和推广方面给予了很多投入。中国煤炭储量世界第一，电力也主要依靠燃煤电厂发电，所以用纯电动汽车 替代燃油汽车，等于以煤炭代替石油。假如按照燃油汽车每辆车每年消耗 1 t 燃 油，按汽油折算成标准煤为1.53。纯电动汽车每辆车每年耗电4 000 kW h, 按每千瓦时耗标准煤400 g计算，每辆车每年相当于消耗1. 6 t标准煤。燃油汽 车和纯电动汽车能耗折算成标准煤之后，两者的能源消耗

33、量基本上相等，但是 燃油排放的 CO2 比燃煤少，所以目前纯电动汽车并不是低碳汽车，用纯电动汽 车替代燃油汽车不是减少 CO2排放量，而是增加了 CO2的排放量。目前的纯电动汽车，没有一辆是低碳的。所以在我国，当天然气、水电、核电在电源结构中占据主体地位时，那时纯电动汽车才会有广阔的发展前景。参考文献：1陈清泉. 现代电动汽车技术 专著. 北京理工大学出版社， 2018.102陈全世. 先进电动汽车技术 . 化学工业出版社， 2009.43刘道春 .电动汽车的驱动能源和结构原理 .东风汽车公司， 2018.34刘清虎, 郭孔辉.动力参数的选择对纯电动汽车性能的影响 . 湖南大学学 报.2003.65王震坡, 姚利民,孙逢春. 电纯电动汽车能耗经济性评价体