电动汽车的电动机参数设计与优化【含CAD图纸、说明书】
毕 业 设 计(论 文)设计(论文)题目:电动汽车的电动机参数设计与优化学生姓名:二级学院:班级:提交日期:目录目 录II摘 要IIIAbstractIV第一章 绪论11.1 主要设计内容11.2 设计的背景11.2 电动汽车基本结构11.3 电动汽车在国内外发展的现状11.3.1 国内电动汽车发展状况11.3.2 国外电动汽车发展状况2第二章 电动汽车的电动机参数的确定32.1 电动机等布置方案的选择32.2 选择整车参数和性能指标62.3 电动机参数匹配72.3.1 电动机类型选择72.3.2 确定电动机参数82.4 动力电池的选择102.4.1 选择电池类型112.4.2 确定电池组参数122.5 确定传动系统参数132.5.1 选择传动系统变速器132.5.2 传动系传动比设计142.6 各项匹配结果15第三章 基于ADVISOR 的电动汽车建模仿真163.1 建立整车模型163.1.1 建立车身模型163.1.2 建立传动系统模型173.1.3 建立电动机模型183.2 整车性能仿真19第四章 全文总结22参考文献23致 谢24摘要电动汽车的电动机参数设计与优化摘 要针对目前全球能源状况和环境问题,各个国家积极响应节能环保的号召。交通运输业涉及到世界能源消耗的一大部分,目前人们更加需要的是节能环保型的交通工具, 因此发展电动汽车成了当务之急。本文介绍电动汽车基本结构和电动汽车对国内外发展的影响;设计电动汽车传动布置方案,对电动机等传动系统的参数进行选择计算;运用 ADVISOR 仿真软件建立整车模型,并将整车参数和计算结果输入到新欧 NEDC 循环工况下得到仿真结果;通过结果和理论值进行对比,分析本次设计的电动机参数对于整车经济动力性的影响, 验证本设计的合理性。关键字:电动汽车;电动机参数;匹配选型;建模仿真IIIabstractDesign and optimization of motor parameters for electric vehicleAbstractIn response to the current global energy situation and environmental issues, various countries respond positively to the call of energy conservation and environmental protection. Transportation is a major part of the worlds energy consumption. At present, people need more energy saving and environmental protection. The development of electric vehicles has become a pressing matter of the moment, but to the current electric vehicle battery technology has not been a huge change and breakthrough, we have to do is to start from the rational design of electric vehicle power transmission system.At the beginning of this thesis is the analysis of the basic structure of electric vehicles, electric vehicles as well as the analysis of the development of domestic and foreign; design of electric vehicle drive layout of motor drive system, the selection of design, selection results; simulation software is built based on the model, and the vehicle parameters and matching result is input to the cycle simulation results are obtained; finally, the results and theoretical comparison, draw the conclusion for the vehicle economy power, verify the rationality of the design.Keywords: Electric Vehicle, Motor parameter, matching selection, modeling simulationIV第一章 绪论第一章绪论1.1 主要设计内容本次设计通过选择一组电动汽车的整车参数,根据汽车的动力性,经济性要求,设计相匹配的电动机参数,并进行仿真实验验证其可靠性。1、简述电动汽车发展情况和国内外现状。2、和普通汽车作比较选择本次设计用的电动汽车电动机的布置形式。3、根据汽车的基本参数,计算电动机参数,在ADVISOR中建立整车和电动机各部分的模型,并进行动力性仿真。4、对整车动力性仿真结果进行分析,验证电动机和整车参数匹配性。1.2 设计的背景目前,世界能源也是越来越匮乏,环境污染问题严重,随着能源的减少和环境的恶化,人们更加需要的是节能环保型的交通工具。在各国大力提倡下,电动汽车作为最有发展前景的交通工具之一迅速崛起。电动汽车是一种更加便捷经济的新型交通工具,具有突出的环保方面的优势1。因此,发展电动汽车也是成为了汽车的主要研发项目,各方面的技术需要去进一步去设计优化。1.2 电动汽车基本结构电动汽车可以通过采用电动机驱动的方式给汽车提供动力2,同时,也需要依靠电池作为能源供给。电动汽车的主要构成有车身、汽车底盘、电力驱动控制系统和辅助装置等。电动汽车的结构和功能和普通汽车基本相同,唯一的区别是电力驱动控制系统,它影响着电动汽车的构成和性能特征。1.3 电动汽车在国内外发展的现状1.3.1 国内电动汽车发展状况从上世纪 60 年代开始,我国从传统汽车研究发展到电动汽车,国内企业、高校都致力于电动汽车的研究,由负责研发工作的有上汽、奇瑞、上海交大、天汽和中汽研究中心。其中由香港大学研制的 U2001 轿车最高速度为 110kmh, 048kmh 的加速时间为 6.3S,以 88kmh 的速度行驶时,一次充电的续驶里程为 l76km3。政府政策方面也是大力支持电动汽车的发展,许多企业也是开始把电动汽车的研发作为主要的经营方向。到 2006 年的时候,我国首批电动汽车取得产品准入公告,正式开辟了国内电动汽车发展的道路。到了 2015 年,国家也是发布了电动汽车发展的法规,我国的电动汽车也将9快速发展起来。目前,从电机方面来讲,我国基本覆盖了 200 千瓦以下的电动汽车车用电机动力的需求。驱动电机的功率密度、效率这些技术水平与国际水平基本相当,峰值功率大多在 2.8-3000 瓦/公斤。我国现在也正在开发高转速电机,而且也得到了应用,最高的转速现在能够达到 12000 转的水平。1.3.2 国外电动汽车发展状况在国外电动汽车的发展过程中,各国都运用自己各自的技术和研发方向,也是都有取得大大小小的成果。其中技术领域的研发主要在日本和欧美。从 1970 石油危机后,日本迫于石油压力也是开始了电动汽车的发展战略,目前,日本也是提出了到 2050 年为止,电动汽车产量达到 880 万辆的战略目标。美国方面,在电动汽车行业,其拥有最大的市场。美国电动汽车的发展在三大公司和能源部的支持下,在电机、电池、驱动系统等方面都有长足的进展。目前,美国也是从纯电动汽车转到燃料电池汽车的研究,随着电动汽车的陆续推出, 美国也是陆续推出各项措施,包括投资新能源项目,新能源基础设施建设等。后续制定了电动汽车的四大标准,使电动汽车领域的体系不断得到完善。欧洲方面,延续一贯的新能源研发技术,欧洲倾向于纯电动汽车的研究,在进入 21 世纪后,欧洲的汽车业慢慢推出了属于他们自己独立研发的燃料电池汽车和纯电动汽车,其研制的雪铁龙 C-zero 依靠一台永磁同步电动机,其最高时速可达 130km/h,续航可到 160km。另一款奔驰 smart 利用锂离子提供电能,每百公里仅消耗 12kwh 的电量,是目前最节能的电动汽车之一。随着电动车款逐步发展、充电网路也逐渐完善,欧洲消费者也越来越愿意尝试购买行驶中零排放的纯电动车款,消费习惯的逐步转移让 2017 年欧洲电动车款销量大幅成长 38%,对比去年同期仅成长 2.9%。纯电动汽车的发展成为了一股不容小觑的趋势。第二章 电动汽车的电动机参数的确定第二章电动汽车的电动机参数的确定2.1 电动机等布置方案的选择电动汽车和普通轿车一样也有多种动力系统布置形式。可以通过合理布置来提升汽车的动力、经济、舒适性。传统的动力系统布置方式有四种,下面简单讲下几种动力系统的布置方式和结构,从中选出适合本设计的布置方案。图 2-1 传统汽车驱动布置方式1-电动机 2-离合器 3-变速器 4-传动轴 5-驱动桥 6-转向器如图 2-1 所示是利用电动机代替发动机,作为改装后的电动汽车,布置方式与传统的汽车一样,都有变速器和离合器。只是用电动机替代了普通轿车的发动机。这种布置方式增大了电动汽车的低速时的转矩,使电动汽车在速度较低时有较高的行驶功率。图 2-2 组合布置方式1-转向器 2-电动机驱动桥组合式驱动系统如图 2-2 中把变速器和离合器排除,这种布置方式具有较高的传动效率并且能使车辆紧凑,安装更加简单。但是这类型的布置方式对于电动机的要求比上一种要高,要求在具有较大的转矩的同时,也能发出足够的行驶功率,从而使电动汽车有足够的动力性,包括起动、爬坡和超车这几方面。图 2-3 整体式布置方式1-转向器 2-电动机驱动桥整体式驱动系统如图 2-3 所示是驱动桥整体式。这种是把电动机直接安装在驱动轴上,来起到变速和差速转换的作用。这种布置方式对于电动机的要求较高,大的起动转矩和后备功率,为了使汽车安全和行驶平稳,对于控制精度和可靠性的要求也变高。图 2-4 轮毂布置方式1-转向器 2-轮毂电动机如图 2-4 所示是轮毂电机式。这种方式和上一种方式比较像,直接将驱动电机安装在车轮上,可以缩短甚至去掉电动机与车轮之间的传动装置4。所以,这种方式使得电动汽车的结构更为紧凑。电动汽车在改装后要对各项参数进行验证匹配,包括电动机、电池、传动系统和控制系统,同时要合理布置各部分的连接和载荷等。目前,电动汽车的设计主要有两个方面,一个是改装设计,一个是全新设计。改装设计是将类似的传统汽车移除其内燃机,换成电动机。可以借用车架上下及汽车座椅的空间来安放动力电池。本次在对传动系统进行设计和布置时,有两种可行的方案,一方面是采用原来传统汽车上部分传动装置进行设计,另一方面是进行全新的匹配设计,不同的设计方案会使得车辆的整车动力性、经济性有很大的差异。在上图几种动力系统布置形式和本次所选择的电动汽车的基础上,最终选择本次设计电动汽车动力系统布置方案,并选择能够满足整车动力性的电动机、动力电池,设计计算相匹配的参数,设计合理的传动系统参数,如图 2-5 所示。图 2-5 所选传动系统总布置图1-电动机 2-变速器 3-减速器和差速器组合 4-动力电池本次设计最终选择电动机前置前驱的布置形式,其中把控制器和电池装在后轮的车架,电动机提供的动力通过变速器和减速器再经过半轴输送到车轮。该种布置方式安装方便,可以满足电动汽车起动、加速和爬坡时需要的较大的转矩要求。2.2 选择整车参数和性能指标根据某种改装型电动汽车,通过分析其动力传动特性,初步选择基本参数如表 2-1 所示。表 2-1 本次所选电动汽车整车参数整车外形尺寸(mm)4038/1720/1500迎风面积 A(m2)2.136整车质量(Kg)1450续驶里程(Km)150离地间歇(mm)120传动效率T0.9前/后轮距(mm)1460/1445车轮滚动半径 r(m)0.29轴距(mm)2500空气阻力系数 CD0.38轮胎规格185/55R15滚动阻力系数 f0.014驱动方式前置前驱动力电池锂离子电池在不同的行驶情况下,也要不断地对电动汽车的性能进行优化调整,结合加速和坡道等行驶过程中,汽车的最高车速、最大爬坡度、加速时间和续航时间, 以及参考国内外电动汽车发展状况, 初步确定以下参数要求:最高车速为50Km/h;最大爬坡度:30%;加速时间:6.5s(从 0 到 50km/h);动力电池的容量:续航里程可以达到 150 公里。2.3 电动机参数匹配电动机的工作原理就是利用电能将其转化成机械能,从而带动使其他传动机构运动起来,可以说是电动汽车的核心。其中通过选择电动机的参数,进而选择与之参数相匹配的其他动力传动机构。通过参考整车参数,可以根据电动汽车的性能特性方面初步选择出适合某种型号汽车的电动机参数。确定电动机的基本参数时,先是要确定最大功率和转速和额定的功率和转速,考虑到电动机安装时的方便性和成本方面,电动机的体积和质量的选择也会有所影响。所以,选择电动机参数的时候要从动力性、经济性和安装特性三方面去考虑,在已经确定布置方案的基础上,以下先进行电动机的选型。2.3.1 电动机类型选择电动汽车驱动系统要求电机具有较高的可靠性、耐久性、适应性。电动机在运行过程中,要满足各种工况下的要求,包括起动、加速、爬坡、停车等5。要考虑到电动机在汽车内的振动和冲击,使用时间过长,积累灰尘的问题,另外在潮湿的工况下运行时是否会有影响。电动机运行时因为大多是处在高温情况下的,所以还要考虑电动机运行时的高温特性。另外,因为汽车行驶时经常会有起动和加速的过程,速度的变化范围较大,所以需要电动机具有在低速是有较大转矩和高速时功率恒定的特性。电动机的类型按工作电源种类划分有直流电机、交流电机;从工作得到原理和电动机结构来看,有直流电机、异步电机、同步电机。现在选择目前主要使用的几种电机进行分类比较如表 2-2 所示。表 2-2 各类电机参数表类型直流电动机交流感应电动机开关磁阻电动机永磁电动机结构定子、转子结构简单、牢固磁阻电机、开关电路控制器永磁体质量重轻中中最大转速(rpm)3400-45007000-13000110003500-9000效率(%)62-7382-8965-8189-95可靠性低优一般优价格高低一般高优点动力性传递方便速度变化灵活工作效率高工作能量大缺点容易产生火花,电磁不便维修复杂控制繁琐转矩波动大,非线性特性要检测转子磁极位置,永磁体退磁运用前景初期广泛使用, 后期前景不好, 劣势大近年来广泛使用技术限制未成熟适合纯电动汽车等考虑到电动汽车起动、加速、电动机的使用寿命和噪音这几点,永磁无刷直流电机有其良好的起动和变速作用、成本低、平均使用寿命较长、噪音控制和抗干扰能力强等优点,对于目前本次设计中电动汽车的整车参数要求,永磁同步电动机的效率、功率密度等综合性能更加具有竞争力6,所以选择永磁无刷直流电机作为本次设计用电动机。2.3.2 确定电动机参数1. 由最高车速计算电动机功率由电动汽车行驶消耗的功率得:Pumax =umax+ CDA 76140u3(2.1)max其中,umax 作为最高行驶车速,单位 km/h;CD 则代表的是空气阻力系数;f 则是滚动阻力系数;其中 A 是迎风面积,单位 m/s2;M 代表的是整车质量,单位 Kg。把电动汽车整车参数带入公式 2.1 得到:Pumax = 50 + 0.38 2.136 503 = 40.27 Kw781402. 由汽车爬坡度计算电动机功率已知汽车爬坡时电动机功率公式为P=u+ CDA u3 + Mg sin arctani u(2.2)imaxa76140 a3600a假设汽车爬坡时的速度设定是 25km/h,用 ua 表示。将汽车整车参数带入 2.2有:Pimax = 253 + 1450 9.8 sin arctan 30%3600 25 + 0.38 2.13676140 25 = 33.16 Kw3. 由汽车加速性能计算电动机功率因为汽车加速起步频繁,加速性能的好坏决定汽车的起步,超车,会直接影响汽车的整体性能7。已知汽车加速行驶时的功率为P =u + CDAu3 + Mdu uj761403600 dt其中,u 代表汽车加速时的实时车速,单位 km/h,为汽车旋转质量换算系数,通过查阅相关资料中 igi0 的值得到=1.065;du dt表示汽车加速度,单位 m/s2。在汽车加速的时候,其瞬时的车速用公式表示是:xu = um其中,um 表示汽车末速度,单位 km/h;x 为拟合系数,通常取值为 0.5。tm表示汽车的加速时间,单位 s。因为只有汽车在加速末尾的时候,电动机的输出最大功率最大,由公式:Pjmax = Mu2m3.6di 1 x+ Mgfum +CDA 21.15mu3(2.3)将电动汽车整车参数代入到 2.3,计算得:Pjmax =0.51 + 1450 9.819 0.014 50 + 0.38 2.136 503 = 30.11 Kw21.15以上从最高车速、最大爬坡度和加速性能三方面分别得出电动机的最大功率,所以为了使选择的电动机功率满足以上条件,最终计算出合理的最大功率公式为:Ppeak max P , P , PUmaximaxjmax在满足电动汽车的三项指标要求的同时,也要满足电动机本身提供的后备功率,所以该电动汽车的最大功率取 Pmax=65Kw。在传统电动汽车电动机设计过程中,其中最高车速一般取参数的 90%,所以本次选择的永磁无刷直流电动机所需要的行驶功率可用如下公式表示:nP = Mgf + CDA21.152vmax(2.4)即该电动机所需要的额定功率的最小值。其中 vmax 最高车速,单位 km/h。将电动汽车整车参数带入 2.4 得:P = 1450 9.8 0.014 + 0.38 2.136 1202 0.9 120= 25 Kwn21.153600 0.9通过以上计算整理得出,所选永磁无刷直流电动机额定功率取 27Kw。由此初步确定并选择某款电动机基本参数如表 2-3 所示。表 2-3 永磁无刷直流电动机主要参数最大功率(Kw)68最大扭矩(N.m)190额定功率(Kw)27额定扭矩(N.m)75最高转速(r/min)8500最大电流(A)360额定转速(r/min)3500额定电流(A)206工作电压(V)144工作效率(%)93.4电机重量(Kg)982.4 动力电池的选择动力电池作为电动汽车的能量储存装置,是目前电动汽车的重要部分之一。其具有使用寿命长、使用安全、可大电流充放电、耐高温、大容量、无记忆效应、体积小、重量轻等特点8。在电动汽车里,要求动力电池具有足够的功率密度、能量密度、安全可靠性和使用寿命。目前电动汽车没有快速发展的原因也是因为动力电池,因为在性能和成本两块不能做好平衡,所以电动汽车还未得到快速的发展。所以,在本次设计选择动力电池的时候,主要从电池的性能和成本出发,选择一款适合目前确定的电动机型号的动力电池。2.4.1 选择电池类型本文通过对所确定的电动机参数进行匹配,最终选出几种目前常用的几种动力电池,将这些电池的各项参数做出表格进行对比,如表 2-4 所示。表 2-4 几种常见电池性能对比项目铅酸蓄电池锂离子电池镍镉电池镍氢电池能量密度(Wh/L)130-150250130160功率密度(W/L)130460比能量(Wh/Kg)45-55110-13045-5560比功率(W/Kg)220-380240-450170-380150-240基本电压2V3.6V1.25V1.25V可充电次数600-800700-1100700-1800500-1100能量效率(%)565690回收利用率(%)95608580充电时间(h)8-1735-606工作温度()2060206040602060通过比较几种常见动力电池,锂离子电池是目前实用化动力电池中能量密度最高的电化学体系,具有较长的使用寿命和较好的安全性9。在目前国内外形成动力电池研发的产业化规模后,其制造成本也是在逐渐下降。所以选择锂离子电池作为匹配本次所设计电动汽车电动机的动力电池。2.4.2 确定电池组参数在确定电池组参数的时候,依据之前所选的电动机参数,计算电池组的工作电压,电池组的容量:(1) 确定工作电压在电动汽车行驶过程中,电池组要提供电能,在工作过程中保证工作电压大于电动机的额定电压。由下面公式确定电池组电压:U 1000 Ppeak0I0max(2.5)其中,Ppthk代表的是电动机最大功率,单位 kw,由电动机参数计算得Ppthk = 65Kw;I0thx为电池组的最大放电电流,单位 A,I0thx 300A。将之前的参数带入 2.5,计算得:U0 216.67。(2) 确定电池组容量单个电池的电荷量决定了总的电池组的容量。通常情况下,电池容量是在一定条件下,连续放电直至完毕所能持续的总时间,或者总电量,起到的是表示该电池的性能参数的作用,其计算公式如下:C = 1000 WessUess其中,C 表示电池组的容量,单位 Ah;Wttt表示电池组容量,单位 Kwh;Uttt代表的是电池组工作时的平均工作电压(V)。在电动汽车里,电池组的总容量决定改电动汽车所能行驶的最大里程数,表示了改电池组的续航能力,由以下公式得:Wess= Pele t = Pele (2.6)Pele =Vele+ CDA 76140V3(2.7)ele其中,Pele表示汽车在平均速度行驶时所消耗的能量,单位 Kw,ele表示车辆的恒定行驶速度,单位 km/h,Vele = 30Km/h。t 表示车辆总的行驶时间,单位 h;S 为车辆的总里程数,单位 Km,S = 150Km;把所选电动汽车整车参数带入 2.7 计算得:Pele = 30 + 0.38 2.136 303 = 2.154 Kw78140把Pele = 2.154Kw 带入(2.6):Wess= Pele t = Pele = 2.154 15030= 10.77Kwh再将Wess = 10.77Kwh 带入得:C = 1000 10.77 = 49.04Ah 219.6考虑到剩余量问题,取 C = 60Ah。由以上计算得出,电池组选择 61 个单个锂离子电池,其中工作电压为 220V, 总的电池组容量为 60Ah。2.5 确定传动系统参数在确定传动系统参数的时候,通过主减速器和变速器的参数进行匹配10。在以上电动机参数确定的情况下,考虑到动力性和经济性这两方面,传动比的确定很重要。在电动机工作时的不同情况下,传动比的确定不仅影响电动机的工作效率,还有可能影响电动机的外形,从而影响到电动机制造成本。在选择传动机构时,应该尽量选择重量轻、体积小、有相应匹配档位的机构,这对于整车的质量和体积都会有影响。所以,在动力传动过程中,传动速比、换挡机构都会对汽车的动力性方面有影响。2.5.1 选择传动系统变速器在考虑到电动汽车整体性能的同时,档位数的选择显得十分重要。在允许的情况,档位数的增加,可以使电动机的最大功率增加,从而使汽车的动力性提高, 另外可以使电动机在工作时处于最佳状态的可能性增大,从而改善电动汽车的经济性问题。但这也有限制条件,由于要使电动机能够便于调速,档位数不应该超过三个,不然会影响动力传动时的效率。因为档位数过多,会使整个传动系统结构复杂和体积增加,同时成本也会提高。档位最低时影响汽车的起步和爬坡,最高时则决定了汽车的最高速度,所以,可以通过增加档位数来是降低电动汽车动力性对电动机参数中最高转速的要求。通常情况下,电动汽车行驶时,用二、三档可以使电动机最高转速的选择范围增大,同时减少电动汽车加速的时间。传动系的传动比也对整车经济性有影响。电动机工作时,为了使其更加高效和经济,要尽量使其在恒定的功率和转速下工作,这样才能保证电动机在保证效率的同时,也能提高汽车的续航能力。根据以上变速器的档位数对于电动汽车整车性能的影响,考虑到电动汽车的对电动机和电池的要求,本次设计可以选择两档的变速器,其中离合器的选择由于要使所选电动机的范围增大,所以不考虑。最终选择的两档自动变速器结构,由两套啮合齿轮和一台同步器组成,其中将输入轴与电动机相连,输出轴连接的是主减速器,与传统的 AMT 不同的是两档自动变速器去除了离合器,换挡执行机构没有选档装置,只有换挡装置11。2.5.2 传动系传动比设计(1) 主减速器传动比计算在电动机转速较高的情况下,在功率较低的时候转矩没有普通轿车高,在设计主减速器传动比时要尽量取较大值,来保证汽车的加速与爬坡能力。根据转速与行驶速度的关系: = 0.377 rnigi0(2.8)因为汽车的最大车速要求,且 ig、i0 均大于 1,将数据带入 2.8 得初始传动比为:i 0.377 rnmax = 0.377 0.29 8000 = 6.250max140其中,nmac 表示电动机的峰值转速,单位 r/min;r 表示车轮滚动半径,单位m。考虑到电动汽车在以最高速度行驶时,电动机需要输出的最大功率,计算得:i 0.377 rnpmax = 0.377 0.29 3450 = 2.690max140其中,npmax 表示电动机输出最大功率时的转速,单位 r/min。根据上述两式计算得 i0 的取值在2.69 i0 6.25,由于电动汽车用电机转速较高,转矩较小, 主减速器的传动比尽量选择较大点,所以取 i0=4.4。(2) 计算变速器传动比之前通过对电动汽车整车性能的确定以及电动机参数、电池参数、传动比参数的确定,选择出了相应的变速器档位,最终确定使用两档自动变速器。在汽车最大爬坡工况下计算并验证上述所选参数是否匹配,并确定变速器传动比。由汽车最大爬坡工况时公式得到:Ftqmaxigi0Tr= Mgf cos arctani + Mg sin arctani(2.9)因为所选整车参数指标中最大爬坡度是 30%,代入公式 2.9 得:rig Mgf cos arctani + Mg sin arctani= 1.768所以,ig1.768,由于变速器有不同的尺寸大小,在设计两档传动系统动力性方面和经济性方面要结合起来,另外还有电机的转矩特性,所以电动汽车传动系传动比不宜过大,所以经过计算确定 ig1=9.56,ig2=4.074。2.6 各项匹配结果根据以上对电动机的选型、电动汽车传动布置方案的确定和电池组参数匹配,最终确定电动机和电池组参数,最终完成了所选电动汽车的动力传动系统的参数设计选择,现将各个部件的主要性能参数列举如表 2-5 所示。表 2-5 电动汽车动力传动系匹配结果匹配部件参数名称参数值参数名称参数值电动机电机类型直流无刷电机额定扭矩(N.m)74额定功率(Kw)27峰值扭矩(N.m)180峰值功率(Kw)65额定电流(A)206.8额定转速(r/min)3500峰值电流(A)380最高转速(r/min)8000电机效率(%)94.8电池电压(V)144电机重量(Kg)102传动系统减速器形式自动变速器(AMT)档变速比9.56档变速比4.074主加速器变速比4.4动力电池电池类型锂离子电池工作电压(V)220电池容量(Ah)60单体电池个数61第三章 基于 ADVISOR 的电动汽车建模仿真第三章 基于 ADVISOR 的电动汽车建模仿真汽车的动力性是评价汽车性能的重要指标。研发者为了减少对于产品的研发时间,通常都会通过各类计算机中的仿真软件,对其研发设计的产品进行仿真实验,来选择最为科学合理的产品参数,电动汽车也不例外。本章对所选电动汽车进行建模,然后根据以上确定的整车参数、电动机参数、动力电池参数、传动系统参数用 ADVISOR 软件进行整车的动力性仿真。验证本次设计的合理性。3.1 建立整车模型ADVISOR 可以通过建模来是做到各种组合的搭配设计,具有随时随地修改模块的作用。本次设计,我们可以通过建模来设计我们需要的汽车模型,从而进行下一步的仿真实验。由于设计用的是电动汽车,所以在 ADVISOR 中选择 EV 模型来制作,并根据本次选择的电动汽车车型进行修正。如图 3-1 所示为整车模型。3.1.1 建立车身模型图 3-1 电动汽车整车模型车身仿真模块包括滚动阻力、加速阻力、坡道阻力和迎风阻力等四个计算子模块12,在仿真软件中通过计算得出阻力和汽车驱动力,根据电动机的外特性曲线,计算汽车的行驶速度。如下图 3-2 所示。3.1.2 建立传动系统模型图 3-2 车身模型建立主减速器的模型时,需要通过汽车车轮计算变速器所需要的转速和转矩,与变速器产生的转矩和转速进行匹配,从而可以得出主减速器的转矩、转速, 主减速器模型如下图 3-3 所示。图 3-3 主减速器模型在建立变速器的模型时,因为变速器的模型和主减速器相似,可以由实际路线得出变速器的输入和输出的转速和转矩,模型如下图 3.4 所示。3.1.3 建立电动机模型图 3-4 变速器模型因为本次设计所选择的是直流无刷电动机,所以模型建立的基础就在于所选电动机的电压和功率以及转矩的特性方程、平衡方程。模型分类主要有这几块: 热量模块、转矩限制模块、转动惯量的作用模块、转速限制模块等13,如图 3-5 所示。图 3-5 电动机模型3.2 整车性能仿真在仿真软件参数输入界面中,将以上确定的表中所选整车参数和其相匹配的电机机、动力电池、动力传动系统参数输入进去,在仿真时调出该程序运行,并在下一步仿真参数设置界面中进行坡度和加速度设置14,如下图 3-6 所示。图 3-6 已设置车辆参数仿真界面从目前来看,国内使用最多的循环工况是新欧的 NEDC 工况15,所以本次仿真选择在国内使用的 NEDC 工况下进行仿真。通过输入整车参数,仿真结果如下图所示。图 3-7 NEDC 工况下仿真参数和部分结果图 3-8 NEDC 工况下仿真结果曲线和数据结果24由图 3-7 和图 3-8 所得的仿真数据和曲线图,可以看出本次设计电动汽车整车性能的各项参数,通过这些数据可以看出电动机、动力电池和传动系统工作的效率,虽然实验数据和实际道路实验有所出入,但可以大致看出本次设计电动机等参数的和所选整车性能指标的匹配性,得到各项数据如下表 3-1 所示。表 3-1 NEDC 工况下动力性、经济性仿真结果NEDC最高车速25Km/h 下的爬坡度加速性能58.6Km/h31.9%0-50Km/h50-80Km/h0-137Km/h5.1无无消耗燃料和排放废气百公里等价油耗行驶 1Km 所需时间最大加速度03.9L64.2s4.7m/s2综上数据看出,循环工况下整车的最高车速为 58.6Km/h,满足 50km/h 的最高车速的指标;在 25Km/h 车速下的爬坡度约为 31.9%,满足 30%最大爬坡度的指标;其中最大加速度为 4.7m/s2,从 0 加速到 50Km/h 所需时间为 5.1 秒,满足6.5 秒最低加速时间的指标。所以可得整车动力性满足设计要求。通过电动汽车的动力电池能量消耗换算普通汽车油耗可得,每百公里油耗在 3.9L 左右,所以符合整车的经济性要求。第四章 全文总结第四章 全文总结最初选择本次设计的目的也是因为目前汽车行业的快速发展,也是走到了一定的瓶颈阶段,需要从新能源开发的角度去思考我们未来可以主要依靠的代步工具,毕竟目前因为全球能源的不断减少,不光光是汽车行业,其他行业也是在不断的消耗着有限的资源,所以本次设计主要还是从节约能源的目的出发,从电动机等动力系统去设计优化目前我们现有的技术水平可以制造的电动汽车。本次设计从一开始的选择电动机的布置方案,到后面的选择改装型电动汽车的参数,再到后面选择并且计算包括电动机在内的各项参数,最后利用仿真软件进行建模仿真实验,中间也是通过大量的资料和材料去参考验证,最终得出的参数基本达到本次设计的要求,也是体现了本次设计的可靠性。在最后由于本人对于电动汽车这方面的知识还不够完善,难免会有所疏漏的和欠缺的地方,一些计算方式还不够严谨,所以得出的数据还有待优化,对于本人来说,总归还是掌握了关于电动汽车设计和仿真软件运用的一些皮毛,对于本人在今后的设计工作也有很大的帮助。参考文献参考文献1谢明洁. 电动汽车发展现状及前景J. 中国科技信息,2013,22:120-122. 2杨锟,贾爱萍. 电动汽车用电动机的发展概况J.上海节能,2007,05:10-13. 3张翔,赵韩,钱立军,等国内各主要单位电动汽车研发项目进展情况及主要产品介绍J汽车技术,2004(5):42-444 赵云. 电动汽车结构布置及设计J. 汽车电器,2006,06:4-11.5 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