纯电动跑车动力系统参数设计论文

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1、毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：纯电动跑车动力系统参数设计作者所在系部：机电工程学院作者所在专业：车辆工程作者所在班级：作 者 姓 名 ：作 者 学 号 ：指导教师姓名：完成时间 ： 摘 要 目前纯电动跑车顺应时代的发展在市场上的位置越来越重要，而此种跑车的能源与动力的设计与应用仍很落后，研究跑车动力系统具有重要意义。 本文根据给出具有具体要求的纯电动跑车的参数，利用理论分析加上各种材料的理论判断，计算得出所需永磁同步电机的功率特性和扭矩特性，变速器的传动比和档位以及动力电池的参数，最后利用advisor仿真软件进行性能仿真，来验证自己所使用的设计方法是否行得通。关键词：纯电动跑

2、车 动力参数 仿真 IIIAbstract At present, pure electric sports cars conform to the development of the times, the position of the market is more and more important, and the design and application of the energy and power of this kind of sports car is still very backward, so it is of great significance to stud

3、y the dynamic system of the sports car. According to the parameters of pure electric cars are the specific requirements, the use of theoretical analysis and judgment of various materials theory, calculated the power required for the characteristics of permanent magnet synchronous motor and torque ch

4、aracteristics, the parameters of transmission ratio and gear and power battery, finally the simulation using the advisor simulation software to verify. The design method of their use for it.Key words: pure electric sports car; dynamic parameter; simulationIV目 录摘要Abstract第1章 绪 论11.1选题的背景与意义11.2电动跑车的发

5、展11.2.1国外电动跑车的发展21.2.2国内纯电动汽车发展现状31.3选题的目的与意义41.4本文主要研究内容5第2章 纯电动跑车动力系统设计要求与布局52.1设计要求52.2动力系统结构选型62.3所设计的纯电动跑车参数7第3章动力总成参数匹配73.1电机参数的选择73.1.1最高转速及额定转速的选择83.1.2电机动力参数的匹配9 3.1.3最大转矩的计算93.1.4驱动电机参数的确定103.2纯电动跑车传动比的选择113.3动力电池参数的选择123.3.1动力电池组容量的选择：123.3.2电池组电压的计算133.3.4电池组能量的计算143.4所设计的纯电动跑车参数如图3-215第

6、4章 电动跑车动力性能仿真验证154.1 advisor2002的仿真步骤154.1.1车辆参数的输入164.1.2仿真参数的设定174.1.3仿真结果输出174.1.4仿真结果的分析17第5章 总结18致谢19参考文献20 第1章 绪 论1.1 选题的背景与意义随着科技的发展，人们已从平日坐自行车到现在使用汽车，汽车让人出入家门变得异常简单，不用刻意去等待公共交通，但是，由于汽车的使用也造成石油资源的大幅度消耗，汽车排放的尾气也在破坏我们周围的环境，一些数据显示我国汽车保有量明显的大幅度提高，造成城市的拥堵造成居民生活的不方便，随着汽车尾气的排放，引起的温室效应造成温度的提高，这些都在迫使汽

7、车工业的改革。在当今汽车工业需要向零污染，低噪音，低消耗转变的大环境下，电动车的发展已迫在眉睫，各国政府也在为电动车的发展出台了各种政策，电动车实现了零排放，低噪声，节能，操作简单，而彰显汽车高技术应用的跑车将是我们研究的主题。现今阶段的纯电动跑车难点在于电机，传动比和动力电池参数的选择，跑车的电机直接影响着跑车的最高速度，传动比影响着加速度和爬坡度，动力电池决定了续驶里程。这三方面的解决对于研究电动跑车具有重大意义。1.2 电动跑车的发展1.2.1 国外电动跑车的发展目前,美国是全世界最喜欢电动车的国家，在美国，插电混合动力汽车是最受欢迎，最好卖的。美国利用汽车公司的力量研究发展电动汽车，经

8、过13年的研究历程，纯电动汽车关键问题还是没有得到解决，电池的续驶里程短，毁坏的电池污染问题没有解决，然后汽车公司不着重发展纯电动汽车。等到奥巴马上任后又转向了率先实现混合动力车商业化的发展战略，在国家政策的鼓励下，美国汽车厂商研究的技术成果得到了巨大的获利，形成了世界上最完善的燃料汽车标准体系，截止2012年，在电动车，美国获得了授权专利占据世界专利的22%【1】。到了21世纪后，由于欧洲对温室排放的要求十分严格，使得欧洲人更喜欢零排放的纯电动汽车，导致欧洲的电动汽车迅速发展，在一些发展较晚的国家，例如挪威和荷兰等，他们的发展最为迅速，电动汽车保有量急剧增加，根据欧洲汽车制造商协会数据显示，

9、与美国相比，欧洲人更喜欢纯电动汽车，1990年，欧洲协会，用来帮助欧洲各城市的电动车研究和日常帮助，到了21世纪【2】，各个欧洲汽车生产商纷纷在自己内燃机具有技术优势的基础上推出自己的混合动力车和电动汽车，例如雷诺推出的雷诺zoe和雷诺twizy,宝马的电动跑车I3，大众的高尔夫“TwinDrive”等。日本是全球开始致力于电动汽车的发展最早的国家之一，日本在混合动力汽车低能耗，低排放和性能方面处于世界领先的地位,2013年销售的新车，居前面几位的车型都是混合动力汽车，电动汽车在日本的保有量日益增长，一直以来，日本对纯电动车这一块都比较重视，举国之力大力发展纯电动车，日产公司在锂电池方面具有巨

10、大优势，在1997年推出全世界第一辆锂电池汽车【3】。国外的纯电动车起步早，加上各国政府的扶持政策，各大汽车生产商才能大力发展纯电动汽车，我国应向让他们汲取宝贵经验。1.2.2 国内纯电动汽车发展现状我国的汽车工业虽然在近几十年飞速发展，但是由于基础较低，还是没有发达国家汽车工业发达，而汽车发展带来的很多负面问题也没有有效的解决，借着这个机会，在各个国家地区的纯电动车发展起步差不多的情况下，我国应抓住这个良好的机会。现在，我国出台了不少有关纯电动车的政策，各大汽车企业也抓住这次机会，大力发展纯电动车，相信不久的将来，我国的纯电动车也会在世界上数一数二。电动汽车的核心技术是动力系统电气化。我国纯

11、电动汽车的起步高，围绕重点目标和主要技术，建立起纯电动、混合动力和燃料电池三种汽车动力系统平台和研发体系，取得了一些巨大成就，为整车开发奠定了坚实的基础。自2002-2008年，我国在电动汽车方向已获得专利1796项，其中获得的发明专利达940项。我国的电池行业是世界上首屈一指的，在技术方面为纯电动车的发展提供了良好的基础；自主研究开发的200kW以下永磁无刷电机、交流异步电机和开关磁阻电机，电机比功率超过1300w/kg，电机系统达到最高效率为93；自主研究开发的燃料电池发动机技术先进，效率可以超过50%，是世界上少数几个掌握车用百千瓦级燃料电池发动机研发、制造以及测试技术的国家之一【4】。

12、2003年起，电动汽车正式进入市场，总共投入运营车辆超过500辆，运营行驶里程超过1500万公里，平均发生故障间隔里程达到3500公里以上，出勤率达到95以上【5】。 在2008年举行北京奥运期间，我国集中投入了595辆自主研发的混合动力、纯电动及燃料电池汽车，总共运行370多万公里，累计运送乘客440多万人次，从而实现奥运史上最大规模的电动汽车示范运行。 从去年初，科技部、财政部、发改委、工信部四各部门共同组织启动了节能与新能源汽车示范推广试点工作（简称“十城千辆”工程），研究出台了专项财政补贴政策，计划利用在三年多时间示范推广6万辆电动汽车，从而实现新增销售收入300亿元。我国电动汽车产业

13、发展在具备了以上良好政策基础的同时，还具有一些有利条件。主要表现在几个方面：资源优势：我国具有储量巨大锂矿和稀土资源，根据已经探明的储量，锂有380多万吨，在世界上锂资源储量排名第二，主要分布在祖国西北部，而我国储量丰富的稀土资源占据了世界的58%，为世界第一位，多年来都是稀土出口大国，这些资源都是制造动力电池的核心材料，如此丰富的资源储量为我国大力发展纯电动汽车提供了物质基础。 产业优势：近几年，我国工业迅速发展，电动自行车与电动车行业发展尤为迅猛，其制造电动零配件能力越来越强，一跃成为世界上电动车第一市场和生产国，在电动自行车等产业的带动下，我国电池与驱动电机等零件的生产与研发位居世界前列

14、，在这种产业优势的基础上，纯电动汽车的发展可谓如鱼得水。 市场优势：我国正处于快速城市化，居民生活水平差距十分明显，对于汽车的需求也越来越强，明显的生活水平差距造成了各地对于汽车品种需求的不同，在这种情况下，我国对纯电动汽车大力扶持的政策将有助于提高居民对纯电动汽车的购买意愿，有助于纯电动汽车的市场推广。 基础设施后发优势：发达国家的城市建设大都已完成全面布局，许多纯电动汽车有关的基础设施不太容易进行建设，而我国不同，我国现在大多地区才进行城市化建设，有关纯电动汽车的基础设施的建设可以列入城市规划中，容易建设，建设完毕将大大推广纯电动汽车的市场。 现在我国纯电动汽车行业在资源存储量大，产业优势

15、大，国家扶持等有利条件下，绝对是个朝阳行业，我国与企业应抓住这样的优势大力发展纯电动汽车，在国际汽车行业大转型的情况下，实现国家汽车行业的变大变强和自主发展，成为汽车大国而不仅仅是汽车生产大国。1.3 选题的目的与意义 纯电动车与传统燃油车在动力系统有着完全不一样的结构，涉及到了周多学科，而最能体现汽车的技术则是高科技的跑车，本论文选取纯电动跑车动力系统参数设计则有效的应用到各级纯电动汽车。目前，纯电动跑车的动力电池始终是一个问题，它的续驶里程太低，多加电池的话会增加车子整备质量，也提高了设计难度，提高了故障率，所以，本文在现今动力电池的技术下，更好地设计纯电动跑车动力系统缩小动力电池带来的缺

16、陷，设计的参数再用汽车仿真软件advisor进行仿真实验，本文从理论到实验对纯电动跑车的动力总成的匹配对车辆性能的影响。1.4 本文主要研究内容本文结合设计说明书主要研究以下内容：1：分析和探讨纯电动跑车系统结构和动力总成结构的布置形式2：根据纯电动跑车动力性，经济性要求，对跑车驱动电机的参数，变速箱传动比和档位数，动力电池参数进行设计匹配，3：通过基于汽车仿真软件advisor进行仿真来分析所设计的参数是否符合所要求的动力性和经济性。第2章 纯电动跑车动力系统设计要求与布局2.1 设计要求纯电动跑车的动力性能主要取决与动力系统的参数匹配以及控制策略和零件特性，根据所提出的设计要求，本文设计的

17、指标如表2-1：表2-1设计要求表项目参数整备质量1700kg0-100km/h加速时间3.5s最高车速250km/h续驶里程200km2.2 动力系统结构选型 所设计的该纯电动跑车动力系统用硫酸铁锂电池为动能，采用永磁同步电机，该电机起动转矩大，起动时无电流冲击，负载变化时电流变化小，效率高，可靠，不用维护即有效实现再生制动的优点。结构如图2-1所示。图2-1纯电动跑车动力系统结构图 电动汽车系统的控制策略：当汽车加速并正常行驶时，驱动车轮为电池供电的电机，并向汽车供电时下坡或刹车，电动机作为发电机向蓄电池充电，实现能量回收。2.3 所设计的纯电动跑车参数所设计整车理论参数指标如表2-2表2

18、-2整车理论参数指标表技术参数单位参数值空气阻力系数-0.33迎风面积2.5传动效率-90%滚动半径m0.296滚动摩擦系数-0.0216 第3章 动力总成参数匹配本文所设计的纯电动跑车动力系统应纯电动跑车对动力性和续驶里程的要求，纯电动跑车动力性能评价指标包括4个部分：（1）起步加速性能：纯电动跑车从0km/h加速到100km/h所使用的时间，时间使用越少则说明起步加速性能越优秀。（2）最高速度：电机发出的功率能让纯电动跑车达到某一最大速度的能力。（3）最大爬坡度：纯电动跑车以一定速度在某一坡度上行驶。（4）续驶里程：电池的能量能够驱使纯电动跑车行驶一定的里程。3.1 电机参数的选择 驱动电

19、机是纯电动汽车动力系统的核心，它直接影响纯电动跑车驱动系统的整体性能，因此在纯电动跑车发展之前，就需要确定驱动电机的参数。 电动汽车驱动电机的机械特性和机械性能的传统汽车发动机有驱动电机之间的巨大差异，负载指数的3倍以上，驱动电机可以在最大功率条件下长期工作，因此，纯电动汽车最高车速应在额定工况下的驱动电动机的计算。3.1.1 最高转速及额定转速的选择驱动电机的转速越高，对个方面要求越高，成本越高，影响汽车的整体布局，本文所使用的永磁同步电机性能如表3-1：表3-1永磁同步电机性能表项目永磁同步电机转速范围（r/min）400010000功率密度高功率因素（%）9093峰值效率(%)9597符

20、合效率（%）8597过载能力（%）300恒功率区比例1:2.25电机质量轻电机尺寸小可靠性优良机构坚固性一般控制操作性能好根据多方面考虑，暂定电机峰值转速7200r/min,额定转速4800r/min,过载倍数为1.5。 3.1.2 电机动力参数的匹配对于驱动电机所要确定的参数有最大输出功率，额定输出功率，最大输出转矩，这三方面的参数选取主要依靠所设计的纯电动跑车所要求达到的最高车速，加速性能，爬坡度，通过对这三方面的理论计算，初步确定电机动力参数.因纯电动跑车最高车速不能在最大输出功率下持续行驶，所以应用额定功率计算： (3-1)上面公式(3-1)中：umax最高速度-250km/h t传动

21、效率 m电动跑车整备质量-1700kg f滚动阻力系数0.0216 CD空气阻力系数0.33 A迎风面机2.5 代入数据：P额214.28kw（1）电动跑车在爬坡工况下要求的功率为： (3-2)根据一般跑车爬坡度要求至少能够以10km/h通过16.7的坡度 上式(3-2)中：ui爬坡时行驶速度10km/h 坡度角-16.7 代入数据得P爬=15.63kw（2）根据纯电动跑车加速性能推得驱动电机功率为: (3-3) 上式(3-3)： um汽车末速度100km/h Tm汽车加速时间3.5s X拟合系数，一般取0.5 汽车旋转质量换算系数 (3-4) 式（3-4 ）：If飞轮的转动惯量(km*m2)

22、 Iw车轮的转动惯量(km*m2) R车轮半径（m） ig变速器传动比 i0主减速器传动比 代入数据得：315.66kw纯电动跑车的驱动电机输出的最大功率应能同时满足对跑车最高速度，加速性能，爬坡度的要求，所以纯电动跑车驱动电机输出的最大功率为： （3-5）上式（3-5）得：=320kw电动机的额定功率为=215kw3.1.3 最大转矩的计算纯电动跑车的最大转矩应满足动力性要求，计算出了驱动电机的额定功率后，可以按照公式计算得出驱动电机的最大转矩： (3-6) 上式中：Tr额定扭矩（Nm） Tmax峰值扭矩（Nm） nr额定转速（r/min） 代入数据求得驱动电机最大扭矩为955Nm.3.1.

23、4 驱动电机参数的确定根据驱动电机的外特性曲线，在低转速区可以获得恒定的最大扭矩，在高转速区获得恒定的较高功率，驱动电机最大转速的选择结合了传动系传动比，驱动电机效率来考虑，综合以上因素，计算并选择电机额定功率为215kw,峰值功率为320kw;选择电机最大转矩为955Nm,额定转速为4800r/min,最大转速为7200r/min.3.2 纯电动跑车传动比的选择目前，在城市里，纯电动跑车往往受到许多不同的条件所限制，单单依靠驱动电机的变矩很难满足动力性能的要求，因此需要在驱动电机和车轮之间安装主减速和变速器，用来满足纯电动跑车动力性要求，减轻驱动电机的负担。传动系传动比的选择要充分依靠转矩转

24、速的特性，从而保证驱动电机高效的运行。由纯电动跑车的总传动比为 (3-7)先计算传动比的上限： (3-8) (3-9)上式中： i0主减速器传动比 ig变速器传动比 i传动系的速比 nmax驱动电机最大转速 umax行驶的最高车速 R车轮半径 代入数据的i2.62 计算传动比下限有两种方法：（1)由电动机最高转速对应的最大扭矩和最高车速对应的行驶阻力来确定传动比下限： （3-10） （3-11） （3-12） （3-13） 式中：FVmax纯电动跑车最高车速行驶时遇到的阻力 Tvmax驱动电机最高转速下输出的转矩Ff滚动阻力Fw空气阻力 (2)由最大爬坡度对应的行驶阻力和低速运行输出的最大转矩

25、来确定传动比下限： （3-14） （3-15） （3-16） （3-17） （3-18） 上式中：Fimax最大爬坡度时的行驶阻力 Fi爬坡阻力 上面两个式子代入数据得i2.39所以得出设计的纯电动跑车传动比范围的2.62i2.39。由此选择该纯电动跑车变速箱为固定齿变速箱，总传动为2.62.3.3 动力电池参数的选择动力电池作为纯电动跑车的能量源，是不可缺少的，如今动力电池技术还不能有效的解决续航问题，所以我们应利用好现今技术来解决问题。下面是现今电池的基本参数：表3-2现今电池基本参数铅酸镍氢镍镉铁锂能量密度（WhL-1）120-160180120260比能量（Whkg-1）40-5065

26、40-50105-140比功率（Wkg-1）200-400160-230150-350250-400功率密度（WL-1）120240-续驶里程（mph）70240130190循环寿命（次）500-700600-1200800-2000800-1200能量效率（%）659065-可回收率（%）97909050充电时间（h）8-1765-603 通过比较，我们选择铁锂电池来作为所设计的纯电动跑车的动力电池。铁锂电池是一种具有高能的蓄电池，与其他的相比具有电压高，比能量高，无记忆效应，充电寿命长，快速充电，自放电率低，工作温度范围宽等优点，目前，全球许多汽车厂商开始投入使用了。通过对比，所设计的纯电

27、动跑车使用的动力电池参数如下：单体充电电压为3.2v，单体电容为22Ah,内阻为0.001。3.3.1 动力电池组容量的选择： 动力电池容量应根据最大输出功率和能量，用以保证电动车的动力性和续驶里程，电池数目确定有2种方法： (1)有最大功率选择电池数目： （3-19） 上式：Pemax电机输出最大功率 e电动机工作效率 ec电机控制器工作效率 Pbmax=2E02/9Rint E0单体电池电动势 Rint等效内阻 (2)由续驶里程来计算电池数目： （3-20） 上式（3-20）：L纯电动跑车续驶里程（km） VS单节电池的电压（v） W纯电动跑车行驶一公里消耗的能量（kw） 纯电动跑车电池数

28、目有上两者最大确定 （3-21） 通过计算得出电池数目为500个。3.3.2 电池组电压的计算 根据纯电动跑车的输出最大功率来确定电池组电压： (3-22) 得出：V01066v 结合电池数目和单体电池电压得出V0=1100v3.3.3 电池组能量的计算 电池组能量计算：（3-23） 上式（3-23）得：Wess电池组的能量（kwh） Uess电池组电压（v） 求得Wess=24.2kwh 求得动力电池组参数如表3-2表3-2动力电池参数单只电容22Ah单只电压3.2v单只电阻0.001总能量24.2kwh电池只数500总电压1100v3.4 所设计的纯电动跑车参数如表3-3表3-3纯电动跑车

29、动力系统参数电动机类型永磁同步电机最大转矩955Nm额定转速4800r/min最大转速7200r/min最大功率320kw额定功率215kw变速器固定速比2.62形式单速比减速器动力电池单体容量22Ah单体电压3.2v总能量24.2kwh电池只数500第4章 电动跑车动力性能仿真验证ADVISOR2002能够分析纯电动汽车动力系统功率流等级并实现车辆的建模和分析。本章通过前两章提供的数据，基于ADVISOR2002平台对单速比纯电动跑车进行动力性仿真计算，从而验证所选择的动力总成能否满足整车的动力性要求。4.1 advisor2002的仿真步骤 ADVISOR2002的仿真：车辆参数的输入、仿

30、真参数的设定和仿真结果的输出。4.1.1 车辆参数的输入图4-1车辆仿真参数设置界面图 图4-1为车辆仿真参数设置界面。4.1.2 仿真参数的设定 图4-2所示为仿真参数输入界面。用户可以根据自己的需要选择循环工况，对车辆进行仿真分析。本文的车型为纯电动车型，直接采用电动汽车控制策略。图4-2仿真参数输入界面图4.1.3 仿真结果输出图4-3仿真结果输出界面4.1.4 仿真结果的分析 左侧第一幅是车速随着循坏工况的运行曲线,EV实际车速完全符合其工况下的所需车速，表现良好的动力性。第二幅表达了能量存储系统SOC变化曲线，从中看出跑完整个循环工况，能量存储系统从满值降到几乎为零，也就是说该车跑完

31、13个ECE_EUDC循环工况。该车大概可以运行210km,第三幅为排放曲线，可以看出所排出的污染物为0，第四幅为总传动比曲线，传动比为2.62.百公里加速和爬坡性能也满足所要求设计的目标。第5章 总结 在一段时间的学习和研究以后，这篇论文终于做完了，通过这段时间的学习我对纯电动跑车也有了一定的认识，在这次论文制作的过程中，我领悟到了许多。3月初，我开始选题并开始了开题报告，这是准备阶段，这段时间我阅读了大量的资料，从图书馆借阅了大量书籍，从这些上面，我懂了许多有关纯电动车的知识，并让我明白怎么获取自己所需要的知识。4月份，我开始了论文制作，利用自己获取的理论基础一步一步的解决各个方面的问题，

32、遇到了不懂的，我也积极和老师请教解决问题，这个阶段让我养成向别人请教的好习惯。5月份的时候，论文制作完成了，这个时候我开始了论文最后的检查，这个阶段让我养成了仔细耐心的好习惯。 这些时光，为我人生提供了宝贵的经验，我将用这些今天经验为自己未来的道路打下坚实的基础。致 谢在写论文期间，许多人在学习上和生活上帮助了我，没有他们，估计我可能会放弃论文的研究。我的老师白亚双我必须首先感谢他，在论文的开题阶段，我十分犹豫，是他根据我的特点向我推荐这份题目，在论文遇到瓶颈的的时候，是他不厌其烦地帮助我寻找问题的根源与解决办法，等到论文快结束，是他主动要求帮我查看论文的细节问题，没有他的帮助，凭我一个人所花

33、的时间远远不止于此，在此我想他报以我最诚挚的感谢。我的室友和我的父母，他们一个是在生活中关心我，一个是在我背后撑起一片天，他们我必须要感谢，没有他们我可能坚持不下去。最后要感谢的是全校领导和老师，没有你们的辛苦工作，我是没有这种安静的环境进行论文的制作的，谢谢你们。参考文献1 王文伟，毕荣华.电动汽车技术基础M .北京：机械工业出版社，20102 陈清泉，孙逢春等.现代电动汽车技术M .北京：北京理工大学出版社20023 庄继德，庄蔚敏等.低碳汽车技术M .北京：清华大学出版社，20104 陈丁跃.现代汽车控制智能及其智能化M .西安交通大学出版社，20115 催胜明.新能源汽车技术M .北京：北京大学出版社，20096 王方.微型纯电动汽车动力性能参数匹配及仿真研究D .合肥工业大学硕士论文，2011,47 王钰童.纯电动客车动力系统参数性能匹配及整车性能研究D .吉林大学硕士论文，2007,38 刘宠誉.纯电动汽车再生制动控制策略与仿真研究D .武汉理工大学硕士论文，2010,49 王望予.汽车设计M .北京：机械工业出版社，200322