毕业设计与论文(纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析)

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-trainSystemParametersMatching

andPerformanceAnalysis

学院名称：汽车与交通工程学院

专业班级：交通运输

学生姓名：

指导教师姓名：

指导教师职称：讲师

2021年6月

论文

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电动汽车的根本组成局部·············································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平安保护系统·····················································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论文

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电池参数确实定····················································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开展的展望·········································43结论·······································································45致谢·······································································46参考文献··································································47论文

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传动系参数匹配仿真

论文

BatteryElectricVehiclePower-trainSystemParametersMatchingandPerformance

Analysis

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.Thesimulatemodelofelectromotoris

established,thenthecyclerunexperiment\climbingperformanceexperiment\accelerationofallgearswithoutslipexperimentareestablishedinCruise.Afterthefinishofexperimentsenvironment

establishment,wecanstartthesimulationexperiments.Andtheanalysisistakenafterwegettheresultsoftheexperimentsthen.Throughtheanalysis,weknowthatthechosenelectromotorcannotmeettherequirementofaccelerationbutcanmeetrequirementsoftheclimbingperformance.ThenwecomparetheresultswiththeRev-Torquedatawegotfromthetestbench,wegetthereasonwhytheelectromotorcannotmeetth72.923.063.193.283.133.083.062.962.823.003.023.103.242.802.612.91

2122232425262728293031323334353637383940

2001-92002-32002-42002-52003-12003-22003-52003-72004-12004-32004-82005-3200552005-62005-72006-32006-52007-12021-22021-6

2.402.502.732.943.123.293.033.023.203.463.663.923.793.964.264.655.094.925.346.20

世界上很多国家把开展电动汽车作为其开展新能源战略的重要组成局部。西班牙首相萨帕特罗日前表示，欧盟方案启动一项全新的工程，来支持电动汽车的开展。冰岛政府那么方案到2021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开展充电设备，还得到了欧盟的资金支持。葡萄牙政府那么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

论文

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2021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当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，法国电动汽车产量到达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到达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

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拟简单。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。论文

图1电动汽车的控制流程图

开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，去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忧。纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时充裕的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究说明，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，故购置价格较贵，至于使用本钱，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。

对于纯电动车而言，目前最大的障碍就是根底设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，纯电动车更需要根底设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需

论文

要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的时机。

不仅如此，人们在实践中发现，尽管纯电动汽车的一些根底技术，如电动机技术、电池技术有着上百年的开展历史，而简单原始的电动汽车也有百年左右的开展历程。但是当我们用现代汽车运用眼光审视他们的时候，并且希望把这些技术整合到现代的汽车上时，却表现一切不尽如人意。而传统的汽车设计理念和设计方法，在面对电机和电池技术的掣肘时，也往往一筹莫展。

1.3研究的关键技术

确定传动系统的参数匹配首先要考虑：电动汽车经常行驶在市区车流密度较大的情况下，行驶速度为30～50km/h左右，故首先考虑去掉传动比小于1的两个挡位(四、五挡)；另一方面，由于电动汽车经常行驶的路面质量较好，很少有起伏不平或较大坡度，故去掉原变速器的爬坡挡(一挡)。那么接下来的工作就是从二、三挡中确定一个能够满足整车技术要求的挡位。但如果此两个挡位都不能满足要求,那么需要重新设计该传动比。根据电动机转矩可以确定电动汽车的驱动力，然后利用电动机转速与汽车行驶速度之间的关系计算车速，即可得到适宜的传动系统设计方案。

1.4本研究的意义

电动汽车的产生式伴随着当今世界越来越严重的能源问题和环境问题的产生而产生的。一百多年来，以汽车为代表的交通工具加速着人类社会前进的步伐，当今社会的开展需要一种解决人类开展需要和自然环境制约的方法，而以电动汽车作为代表的新能源汽车无疑是最吸引人注意力的途径之一。

笔者通过分析，认为电动汽车的开展是汽车工业必然需求，而电动汽车的设计和研发在许多方面挑战着传统动力汽车的设计和研发方法。对于电动汽车的研发，伴随着计算机技术的飞速开展，计算机的应用必然要起到更加重要的作用。计算机仿真技术是计算机技术在汽车设计领域的重要应用。本章初步讨论了计算机仿真技术在电动汽车设计研发过程中的重要作用，以及它给设计研发带来的重要影响。

1.5本研究的主要内容

1．论述纯电动汽车的开展背景和概况，明确

2．分析纯电动汽车动力传动系统的根本构成和布置形式，并研究传动系统的类型、特论文

点、工作特性，电池电机的工作特性及传动系统特性；

3．计算传动系速比和电机参数，及其对整车性能的影响，并选择一款驱动电机，建立其仿真模型，获得传动系统参数匹配在仿真模型中，对动力性的影响结果；

4．对纯电动汽车的动力性进行分析，在动力性分析过程中，重点分析最高车速、爬坡度和加速性数据；以及结合被选择电机的台架试验数据，分析仿真结果。

论文

第二章电动汽车系统的组成

2.1电动汽车的根本组成局部

采用电能作为车载动力源的电动车辆，已经有100多年历史了。显然，电动车辆和传统车辆最显著的区别就在于动力源装置的不同，电动汽车使用蓄电池-电动机系统，取代了内燃机汽车采用的汽油机、柴油机、转子发动机和燃气轮机。

一般来说，电动汽车由以下几个局部组成：

2.1.1车载电源

在目前的电动汽车上，车载动力源一般都是各式各样的蓄电池，利用周期性的充电来补充电能。动力电池组是电动汽车的关键装备，它储存的电能、质量和体积，对电动汽车的性能起到决定性的影响。目前，电动汽车用电池已经经过了三代的开展。

第一代电动汽车用电池都是铅酸电池，由于铅酸电池的比能量和比功率不能满足电动汽车动力性能的要求，所以就进一步开展了阀控铅酸电池、铅布电池等，使得铅酸电池的比能量有所提高，仍能够满足作为电动汽车的电源使用要求。

第二代的高能电池有镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂离子电池等。第二代动力电池的比功率和比能量都要比铅酸电池高出很多，大大提高了电动汽车的动力性和续驶里程。但是第二代动力电池现在依然是电能-化学能-电能的化学反响过程中储存和供应电能，有一些特殊使用条件和一定的局限性，其中有些高能电池还需要复杂的电池管理系统和温度控制系统，各种电池对充电技术还有不同的要求。而且第二代电池在使用一定的次数后会出现老化甚至报废的情况，几乎或者完全丧失充放电能力，并且会造成污染。这无疑又增加了电动汽车的使用本钱。

第三代电池是以燃料电池为主的电池，燃料电池直接将燃料的化学能转化成电能，能量转变的效率高，比能量和比功率高。并且燃料电池能量转化过程可以连续进行，反响过程能够有效地控制，是比拟理想的燃料电池电动汽车用电池。但是燃料电池的燃料往往有毒有害而且价格昂贵，需要对车辆进行额外的设计，增加了设计和制造本钱。

除此以外，飞轮储能器、超级电容也是常见的电动汽车车载动力源。飞轮储能器是电能-机械能-电能转换装置，可以瞬间输出很高的功率。而超级电容具备了电能-电位能-电能转换的能力，而且其充放电时间比起传统电池来说有很大的提高。

以上种种装置都有自己的优缺点，但是综合现有技术条件以及相关技术的本钱，现代电动汽车普遍使用先进的高能电池作为其动力源。

为动力源的电动汽车。

2.1.2电池管理系统

对动力电池组的管理包括：对动力电池组的充电与放电时的电流、电压、放电深度、再生制动反响的电流、电池的自放电率、电池温度等进行控制。因为个别的蓄电池性能变化后，影响到整个动力电池组的性能，用蓄电池管理系统对整个动力电池组和动力电池组中的每一个单体电池进行控制，保持各个电池间的一致性，还要建立动力电池组的维护系统，来保证电动汽车的正常运行。

由于充放电性能对电动汽车动力电池的性能表现有着重要的影响，所以电动汽车动力电池对充电时的电压和电流都有一定的要求。因此高效率的充电装置和快速充电装置也是电动汽车使用时必须的辅助设备。一般常见的充电装置有地面充电器、车载充电器、接触式充电器和感应式充电器等。

电池充电系统、管理系统、维修系统和再生制动能量的回收等，是一个全新的系统工程。因其是保证电动汽车能够平安稳定工作的必要条件，所以其重要性必不亚于电动汽车本身。如何建立充电站系统，使电动汽车的充电能够像内燃机汽车加油站那样方便、那样普及。与此同时，还应该建立蓄电池回收和报废工厂，使电动汽车废旧电池对环境的污染降到最低。

2.1.3驱动电动机和驱动系统

驱动电机是电动汽车的动力装置，这是电动汽车和传统汽车最根本的区别。现代电动汽车一般使用的是交流电机、永磁电动机或者是开关磁阻电机。

由于电动汽车制动时使用再生制动，一般可以回收10%~15%的能量。再生制动能量是电动汽车节能和延长续驶里程的重要措施之一。再生制动显然不可能在内燃机汽车上实现。在电动汽车的制动系统中，还保存着常规制动系统和ABS，以保证车辆在紧急制动时，有可靠的制动性能。

电动汽车的驱动系统由驱动电机和驱动系统共同组成，随着电动汽车结构形式的不同，采用了不同的驱动系统。电动汽车的驱动系统有电动轮方案〔轮边驱动系统〕和差速半轴方案〔集中驱动系统〕两种方案。

论文

图2差速半轴方案图3电动轮方案电动轮方案是采用多电机，将电机装配于车轮上，或者和轮边减速器相配合。差速半轴方案采用单电机系统，其动力布置方案和传统汽车相一致，即电动机输出扭矩，通过变速装置传输到差速器上，差速器再通过半轴传输到轮上。

电动轮技术可以减小电动机的直径，便于在电动汽车底盘下部布置，能够减轻电动车辆的簧载质量。轮毂电机的出现改变了汽车的传动形式，每个车轮都是由独立的电动机来驱动，这与内燃机汽车有着截然的不同。

任何一种电机都可以根据需求组成电动轮系统或差速半轴系统。

2.1.4控制技术

对于广阔汽车使用者来说，加速踏板、方向盘、制动踏板等操纵装置是非常熟悉的，电动汽车也应当继承和尊重这一习惯。通过各种踏板和控制手柄，将踏板和手柄的位移信号转化成电信号，输入中央控制器，通过电动汽车控制模块来控制电动机的运行。论文

电动汽车的控制系统主要是对于动力电池组的管理和对电动机的控制，随着车辆行驶工况的变化。而引起的电动机输出功率、转矩和转速的变化，必然引起动力电池组的电压电流的改变。通常采用电压表、电流表、电功率表、转速表和温度表等仪表来显示。特别是对动力电池组剩余电量和声誉续驶里程的显示有重要的意义。

由于电动汽车的高度电气化，因此更加有条件实现机电一体化和采用自动化的控制系统和管理系统，一般用中央控制器中的计算机来进行控制和管理。另外，控制系统还包括整车低压系统的电子和电器装置。现代化的卫星导航系统和雷达防撞系统。现代控制理论在电动汽车上得到了广泛的应用。电动汽车除装备现代内燃机汽车的一些先进的电子设备外，电动轮、四轮转向、再生制动和太阳能的利用等，都可以在电动汽车上有其独特的作用。

2.1.5车身及底盘

电动汽车已经具有各种车型，包括电动轿车、电动客车〔微型、小型、中型和大型〕、电动货车〔微型、小型、中型和大型〕及其他改装的电动车辆。为适应城市、家庭、学校和效劳行业的需要，电动汽车的车身造型，特别是微型电动轿车，已经有了多种多样、丰富多彩的造型。电动汽车的车身造型特别重视流线型，使得电动汽车的造型更加具有特色，更加的丰富多彩。也使得电动汽车的车身的空气阻力系数大大的降低了。电动汽车大多采用复合材料来制造车身结构和车身内饰，有的豪华气派，有的简单实用，并且更加轻盈且美观。

由于动力电池组的质量大和动力电池组的占据的空间也很大，为减轻电动汽车的整车质量和体积，采用轻质材料、碳纤维增强树脂和复合材料等制造车身和底盘局部的总成，并且采用三维挤压成型工艺，制造出结构复杂、质量小、强度大和装卸动力电池组方便的车价，补偿因的装备动力电池组而增加的负载。在底盘的布置上还要有足够的空间存放动力电池组，并且要求线路连接方便，充电方便，检查方便和装卸方便。能够实现动力电池组的整体机械化装卸。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模式，加大承载空间的跨度和承载结构件的刚度，并且充分考虑防止动力电池组渗出的酸或碱液对底盘结构件的腐蚀侵害。

在电动汽车上采用滚动阻力小的子午线轮胎，这种子午线轮胎的滚动阻力系数仅为0.005，使得电动汽车的滚动阻力大大地降低。

2.1.6平安保护系统

电动汽车的动力电池组具有96~312V的高压直流电，人身触电时会造成致命的危险。论文

因此必须设置平安保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的平安。另外在撞车、翻车或线路发生短路时，驾驶员能够迅速地切断电源，防止发生火灾，保护乘员的平安，同时还需要注意防止电池中的电解液溢出对乘员造成的伤害。电动汽车必须装备电气装置的故障自动检测系统和故障报警系统，在电气系统发生故障时自动控制电动汽车不能启动等，及时防止事故的发生。

2.2本章小结

本章详细讨论了电动汽车的各个组成局部的构成，以及整个系统的整合。电动汽车主要由5大系统组成，即为车载电源、电池管理系统、驱动电动机和驱动系统、车身及底盘、平安保护系统。

电动汽车的车身底盘和传统动力汽车大同小异，可以利用现有汽车技术，以节约研发本钱和研发时间。但是电动汽车的动力系统和传统汽车完全不同，其中如电池管理系统这样的系统，在传统汽车技术中是不可能出现的。而在电动汽车中，这些系统又是不可缺少的重要组成局部。

本章对于电动汽车必须的5大系统进行了详尽的阐述，对于电动汽车的设计研发，有一定的综合指导作用。

论文

第三章电动汽车传统系

一般来说，电动汽车的传动系统有两种驱动方式——差速半轴设计和电动轮设计。

3.1差速半轴设计方案

差速半轴设计方案和传统汽车的传动系是根本类似的。动力从电动机传出后，或经过变速器、及减速器减速增扭，然后通过差速器分配到左右半轴上面并传递到驱动轮上。采用此种方案的电动汽车，其控制方式和传统汽车是一致的。电动机控制器接受速度给定〔踏板〕信号、制动〔踏板〕信号、PDRN信号，控制电机旋转，通过机械传动装置驱动左右车轮。而在转向时，左右两侧车轮不等速，那么是靠差速器和半轴实现的。显然，和传统汽车相一致的技术，能够保证车辆的成熟平安可靠，

对于研发和制造本钱的控制也很有帮助。

图4差速半轴方案

3.2电动轮设计方案

该设计方案比拟新颖，因为它取消了传统汽车上必然存在的差速器和半轴，取而代之的是将电动机直接和车轮连接，并且是单一驱动轮对应单一电动机。实际上，我们常见的电动自行车，一般都是采用这样的动力布置，即采用轮毂电动机驱动车轮，而不经过其他机械装置的传动。

论文

图5电动轮方案

在这样的设计方案中，我们显然不需要也不可能拥有机械的差速装置，取而代之的是电子差速技术。即在汽车左右两侧车轮转速不等时，该方案使用电子差速代替机械差速功能，需要把转向盘转角信号送到电动机控制器，以此来控制两侧电动轮的速度和滚过的距离。汽车直线行驶时，转向盘转角为，两侧电动轮等速旋转。转向时，转向盘转角为，电动机调速器根据的大小控制两个电动轮以不同的速度旋转。此方案机械传动装置的体积与质量大大减小，效率显著提高，通过控制模块对电机转速和扭矩的控制，而到达车轮不打滑不抱死的目的，以实现传统差速器的作用。这样的电子差速系统，精简了车身结构，减低了车身质量，效率显著提高。但是由于控制系统变得复杂，增加了设计时的难度。

不过由于是多电机驱动，电动轮方案对于电机的要求倒是比差速半轴方案有所降低，可以降低电机的研发本钱。而电机数量的增多和控制模块的复杂化，也必然增加了制造本钱，不利于电动汽车的市场表现。

3.3动力传动方案的选择

根据整车根本参数要求，综合考虑市面上可选择的电机和电池的性能表现，我们认为该型电动车可采用固定减速比的传动方式。即电机动力输出后，直接到达减速器，或通过差速器和车轴，传送到车轮上。

实践证明，使用固定减速比的该型电动汽车确实可以通过对减速比和动力配置的优化选择，满足动力性要求。

电动轮技术是现在颇受关注的传动方式。它把电动机直接耦合或者通过单级减速装置耦合到车轮上，不需要车轴和差速装置。如假设电动轮技术的控制模块能够稳定工作，电动论文

轮无疑可以实现更好的动力性、更好的通过性和出色的稳定性，对于提升车辆性能有巨大的作用。不过由于电动轮技术在控制过程中，是控制两台独立工作的电机配合工作，不仅要有前后向行驶的能力，而且要实现电子差速。故电动轮方案必然导致控制模块变得更加复杂，增加研发难度和本钱。

目前的市场上，也很难见到采用电动轮技术的成熟的车型。

相比之下，差速半轴式的传动方式，因其结构简单，零部件易于获得，控制方式简单而且类似于传统汽车，维修也相对简易。市场上多见此种类型汽车，可见其在本钱控制和市场认可度上具有优势，因而我们优先选择这种传动方式。

3.4本章小结

目前电动汽车常见的传动系方案有两种——差速半轴方案〔单电机〕和电动轮方案〔多电机〕。差速半轴方案类似于传动动力汽车的传动系布置方法，即动力通过减速增扭后，经由差速器传递到左右半轴上。而电动轮方案那么是充分发挥了电动机，这种新型的汽车动力源的特性，利用轮毂电机，使用单电机驱动单独车轮，由车载计算机和电动机控制模块控制协调不同电机不同车轮间的工作运行情况。

差速半轴方案的特点是技术成熟简单，易于实施。而电动轮方案那么非常新颖，可以给电动汽车的动力性带来革命性的变化。而且电动轮方案由于使用了多电机驱动的模式，在这个方案中应用的电机的性能要求显然要小于差速半轴方案，便于电机的设计和生产。

但是电动轮方案的缺点也很明显，就是控制复杂。由于电动轮方案必然会用到电子差速等复杂技术，在这些技术的研发上，目前的技术水平很难到达能够使这些技术得到大规模低本钱的应用。

综合市场和技术因素，我们选择差速半轴方案作为某型电动汽车的传动系布置方案。论文

第四章参数计算与设计

4.1概述

在纯电动汽车行驶时，电池为电机提供运行能量，电机动力输出经传动系而到达车轮。因此在计算满足纯电动汽车行驶要求的性能应针对全部行驶工况。

从分析电动汽车行驶时的受力状况出发，建立行驶方程式，这是分析电动汽车行驶性能的根底。驱动系统的动力输出特性与车辆的动力性能直接相关。驱动系统的动力输出应该满足车辆的动力性要求。电动汽车在进行参数匹配的时候，首先必须建立电动汽车的行驶动力学模型，对电动汽车行驶过程中力与功率的平衡进行分析。

车辆行驶过程中力的平衡关系如图2-7。根据力的平衡关系，汽车的行驶方程式为：FtF(1)式中：Ft——驱动力；

ΣF——行驶阻力之和。

图6汽车行驶过程中受力示意图

车辆行驶的驱动力是路面作用在车辆驱动轮上的，电动汽车的电动机输出轴输出转矩，经过车辆传动系传递到驱动轮的驱动力矩为Tt，使驱动轮与地面之间产生相互作用，车轮与地面作用一圆周力F0。同时，地面对驱动轮产生反作用力Ft。这两个力大小相等方向相反，地面对驱动轮产生的反作用力Ft与驱动轮前进方向一致，是推动汽车前进的外力，这个反作用力就是驱动汽车行驶的外力，即驱动力。它不仅与车辆驱动系统提供的牵引力有关，而且与路面和车轮之间的接触状态有关。其数值为：

Ft

式中：Tt—作用与驱动轮上的转矩；

r—车轮半径。

传统(2)r

在电动汽车中Tt是由电动机输出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i，传动系统的机械效率为ηt。驱动电动机的输出转矩为Ttq，那么有：

T℃，比热容为1000J/kgK，到达最大功率转速时间为10s，最大温度为160℃。在设置过程中，电机的效率被设为恒定值，与转速和输出扭矩大小无关。

电动机外特性曲线在电机设置界面的第二界面完成输入。Cruise软件需要使用者手动输入外特性曲线的横纵坐标，完成输入后，点击“updata〞按钮，软件可自动绘出电动机外特性曲线图。也可以获得3D视图和等位线视图。如下列图所示。

图11电机参数设置

论文

图12

电机外特性设置

图13电机效率设置

5.3对电池模型的建立

根据该型电池说明书等资料，以及相关实验数据，可得到该型号电池局部根本参数。将这些参数输入到Cruise软件中，再将电池的充放电特性曲线输入到软件中，即可完成电池模型的建立。

电池充放电特性曲线在电机设置界面的第二界面完成输入。Cruise软件需要使用者手动输入特性曲线的横纵坐标，完成输入后，点击“updata〞按钮，软件可自动绘电池的充放论文

电特性曲线图。点击界面底部标签，也可以获得3D视图和等位线视图。

由于牵涉到产品的商业机密，电池厂商不能提供电池的充放电特性曲线的相关数据，我们也不能获得在试验台架上获得的测试数据。本次仿真过程中的电池充放电特性数据是我们通过对电池说明书上曲线的比对画出的。如下列图所示。

图14

电池参数设置

图15电池充电曲线设置

论文

图16电池放电曲线设置

5.4对整车模型的建立

首先，要对整车进行建模。我们选择的是差速半轴方案，模型上类似于传统汽车。模型由电池、电机、减速器、差速器、车轴、制动器、及整车模块等组成。在对每个模块进行具体的参数设置之后，模型即建立完成。

图17整车建模电池是电动汽车的动力源，在Cruise软件中，通过设置，可以确定电动汽车仿真模型的电池的相关参数，如电池重量、电池组电池数、单体电池电压、最大电压、最低电压、充放电特性曲线等参数。Cruise软件的电池模块可以模拟绝大多数的电动汽车用电池。

电动机模块可以设置电动汽车驱动电机的相关参数。注意，Cruise软件有两个电动机功能模块。一个是“electricmachine〞，这个是汽车内电气系统的电机，如驱动雨刷、风扇等的电机以及起动电机。而另一个“hybridelectricmachine〞字面意思是混合动力汽车的驱动电机，而在我们的电动汽车整车仿真模型中，我们也选择这个功能模块。因为无论是纯电动汽车还是混合动力车，其电机是相同的。

在电动机模块中，通过设置，可以实现对电动机诸如外特性曲线、重量、大小、最大工作电压、额定功率、额定扭矩等的输入，以实现电动汽车驱动电机在Cruise软件中的再论文

现。

电机模块之后，需要对减速器模块进行设置。减速器模块的设置较为简单，需要设置减速比、转动惯量等参数。

在差速器模块中，需要设置差速器是否为自锁差速器、转动惯量、效率等参数。

制动模块可以设置电动汽车的制动器的尺寸、制动器的摩擦系数、效率及转动惯量等参数。

车轮模块主要可以设置车轮静态和动态半径、车轮转动惯量以及轮胎摩擦力系数等参数。

在设置完这些零部件模块后，需要设置相关的整车模块。

首先设置整车模块“vehicle〞，在这个模块里，通过设置如下选项：空载\半载\满载重量、质心位置、车身相关尺寸参数、相关动力参数、迎风面积即汽车行驶方向的投影面积等参数。

然后是“Monitor〞模块，这一模块主要是管理具体仿真结果的输出。通过对Monitor的总线设置，我们可以在软件输出结果中得到相关的结果输出。

在“constant〞常数设置中，可以添加并设置仿真试验中的常量，比方温度等。

Cockpit模块是比拟重要的模块，Cruise软件通过这个模块来模拟驾驶员和驾驶习惯。在这个模块中，可以设置换挡方式、档位数、加速踏板及制动踏板的踏板力、踩下踏板的习惯〔一踩到底、点踩或其他形式〕等。这个模块的设置必须和整车其他模块的设置相符合否那么系统会出现报错。具体如下列图所示：

图18整车模型搭建

模型建立之后，需要建立控制信号的连接。然后进行相关实验工程的环境设置。论文

绝大多数模块在完成正确的设置后可以自动建立控制信号连接，但是依然有一些模块需要手动设置连接，或者手动修改连接。

控制信号的连接由四个局部组成，即零部件〔需求端〕、信号输入〔信号源〕、路径、信号输出。在Cruise环境中，只需要点击软件给出的相应选项便可以完成信号的连接，十分的方便而且功能强大。

设置完成后，检查无错后即可运行，得到仿真结果。

5.5本章小结

本章初步介绍了Cruise软件，并且介绍了在Cruise软件中的建模过程和软件的一局部功能。随后，本章介绍了某型电动汽车在cruise软件中的建模流程和局部参数。建模过程需要的参数，局部是由实验获得的，也有一局部是通过比对其他相似车型后获得的。电池的充放电特性曲线是来自于笔者对说明书中的充放电外特性曲线的再现，仅具有一定的参考价值。

文章提供了整车的仿真模型流程图，提供了在Cruise软件中控制流程的建立过程以及各个模块的功用和需求的参数。这对于掌握cruise软件的功用，具有一定的帮助。论文

第六章整车仿真及结果分析

在Cruise软件中可以进行多种工况的仿真，而且可以选择欧盟、美国和日本的不同标准进行仿真。我们选择比拟具有代表性的ECE标准下的循环工况、最大爬坡度实验和加速试验进行仿真。通过在Cruise软件中进行上述三种仿真实验，我们得到如下结果：

6.1整车仿真结果分析

在循环工况中，速度—加速度—时间曲线如下列图所示：

图19速度〔红〕、加速度〔蓝〕-时间曲线

在最大爬坡度试验中，可得到爬坡度—速度曲线，如下列图所示：

图20爬坡度〔红〕—速度曲线

由图可知，该款车型最大爬坡度为13.4%〔6km/h〕，不符合设计要求。

在加速试验中，我们得到最大车速和加速时间等相关仿真实验结果，如下列图所示：论文

图21加速度〔绿〕、速度(蓝)、距离〔红〕—时间关系曲线

可知，该车最大速度为52.5km/h，加速到45km/h时间为17.6s。没有到达设计要求。

6.2电机仿真结果分析

在最大爬坡度试验中，我们得到如下列图所示扭矩、功率、转速-车速图线，结果如下列图所示：

图22扭矩、功率、转速-车速图线

在加速工况仿真实验中，电机的转矩、功率、转速-时间图线如下列图所示：

论文

图23转矩、功率、转速-时间图线

可知电机最大扭矩为40N·m，最大输出功率为5.88kw，最高转速为3500rpm。

6.3电池仿真结果分析：

在循环工况试验中，我们得到了如下列图所示的电池电压、电流、充电电量、SOC-时间曲线，如下列图所示：

图24循环工况下的电池电压、电流、充电电量、SOC-时间曲线

我们可知，该型电动汽车运行时，最大电流可以到达134A左右，而输出电压最大可到达70V左右。通过计算，该型电动车充满一次电，可以行使141.33公里。

在最大爬坡度试验中，我们得到电压、充电电量、电流、SOC-速度曲线，结果如下如所示：

论文

图25爬坡工况的电池电压、电流、充电电量、SOC-时间曲线

最大爬坡度试验中，电池的最大电流可以到达99A，而最大电压可以到达68V左右。

在加速试验中，可得到电压-充电电量-电流-SOC-时间曲线。结果如下列图所示。

图26加速工况的电池电压、电流、充电电量、SOC-时间曲线

可知最大电流约为113A，最大电压为68V。

仿真实验结果，如下表所示：

表6Cruise仿真结果

工程名称

最大速度,km/h

爬坡度

45km/h加速时间，s

续驶里程,km

论文

数值52.513.4%17.6141.33是否合格合格不合格不合格

6.4本章小结

本章主要列出了Cruise软件的仿真结果，Cruise软件主要提供各种曲线作为结果的展现形式。

综上所述，该型电动车加速性能并不能满足要求。同时，其也不可以满足最大爬坡度要求，但是和设计要求差距不是非常大。结合电机外特性实验数据所得图线〔下列图所示〕，该型电机的低转区间转矩比拟平稳，都能够保持较高的扭矩。而转速升高之后，电机扭矩有较大下降，在中高转速区间内，电机扭矩缺乏。

由此笔者认为，由于该款电机在性能参数方面和设计要求差距较大；在外特性曲线上可以看出其高扭矩输出的区间，占整个转速区间的比例太小。综上所述，选择的该款电机远不能到达设计要求，即使是对传动比进行优化〔牺牲最大车速〕，也无法到达电动汽车的动力性设计要求。

图27台架试验中电机的转矩-转速图线

在研究和开发电动汽车时，为了降低科研经费、缩短研发周期，电动汽车的系统建模和仿真技术显得非常重要。通过对Cruise软件的研究，可使我们更深入地理解电动汽车仿真技术，更好地利用该软件进行电动汽车的性能仿真。我们可以在相应软件根底上进行二次开发，利用其中现有的大局部车辆模型，仅对少数不符合使用要求的模型进行改造或重新建模。

另外，国外的仿真软件中的个别部件参数的单位及标准与国内还有较大差异，在使用过程中有些困难，如何利用现有的仿真软件中的电动汽车模型搭建出符合国内标准要求的论文

电动汽车模型，这也是今后的一个研究方向。论文

第七章电动汽车未来开展的展望

目前,纯电动汽车的电池问题在全球依然是一个难以克服的障碍。国内纯电动汽车使用的主要是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池。据了解,电动汽车从电网取电仅需0.5元/kW·h,充入电动汽车电池,再释放出来,铅酸电池每提供1kW·h电能,价格为3.05元左右,镍氢电池每提供1kW·h电能,费用为9.6元,锂离子电池为10.2元。采用铅酸电池比汽油机驱动有一定价格优势,但是由于它太过笨重,充电时间又长,因此只被用于车速小于50km/h的各种场地车、高校校内通行车、高尔夫球车、垃圾车以及送报车上。

根据国内实验说明,铅酸电池的寿命只可重复充电300～500次之间。如果以目前每次充电行驶100km计算,一块铅酸电池可以行使3～5万km。而以目前电动轿车一套铅酸电池售价大概7000～8000元,电动轿车行驶3万km的使用本钱与普通燃料汽车相差无几。镍氢电池和锂离子电池相比铅酸电池有着循环寿命长、续驶里程长的优点,但是同样面临体积、重量、容量、充电速度及本钱无法兼顾的问题。电池本钱、一次充电续驶里程、电池使用寿命、充电时间等技术尚无法完全满足市场要求,作为纯电动汽车的动力来源,电池性能几乎决定了整个纯电动汽车产业的命运。在2021年的北京车展上,比亚迪、长城和吉利分别展出了纯电动汽车比亚迪E6、长城欧拉和吉利熊猫,虽然能够吸引人们一时的关注,但其续驶里程、充电时间以及行驾速度等指标依然不能令人满意,能否在正式上市后得到市场的认可,现在还不得而知。

2021年3月7日,中国国家电网公司“电池-电容混合电动汽车应用示范系统研究〞工程在上海通过专家验收,这是我国纯电动汽车研发迈出又一大步。在标准工况下,一次充电续驶里程可达300km,最高时速100km/h,一次充电时间小于3h,每公里耗电不到1.61kW·h。如何商业化是该成果下一步的课题。以目前的研发状况来看,预计在未来5～7年内,纯电动汽车的电池问题有望得以解决。届时纯电动汽车将毫无疑问地取代普通燃料汽车成为人们的主要出行工具,普通燃料汽车所带来的废气排放等问题将得以改善,汽车燃料不再单纯依赖石油,我国的汽车工业将进入纯电动汽车时代。

如果电池问题在10年内仍然无法攻克,随着社会的开展,我国将迎来人口最顶峰,资源紧缺、环境恶化等问题会逐渐突显。以汽油和柴油为主要能源的普通燃料汽车将无法适应社会开展需要,人们恐怕不得不放弃曾经为之带来无比的便利和享受的普通燃料汽车,而“无奈〞地选择技术相对成熟价格相对较低的电动汽车,届时我国的汽车产业、交通状况以及人们的出行生活都将会发生翻天覆地的变化。

(1)充电站

论文

以当前国内市场上销售的纯电动汽车的水平来看,一次充电续驶里程只有100km左右,选择纯电动汽车出行的人根本只能在城区内行驶,充电业务将局部取代加油业务成为加油站(充电站)的主营业务。电动汽车的电池可采用标准化模块的方式直接进行更换,以节省车主的充电时间,提高充电效率,同时充电站还负责电池的技术维护和废旧电池的回收。

(2)出行模式

在电动汽车时代到来后初期,一局部习惯燃油汽车时代出行方式的人们会因为一时无法