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1、纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析 Battery Electric Vehicle Power-train System Parameters Matching and Performance Analysis -2-/48 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 电动汽车的基本组成部分 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

2、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 安全保护系统 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 24-3-/48 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 电池参数的确定 28 4.5 本章小

3、结 29 第五章 整车仿真模型的建立 30 5.1 Cruise 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 电动汽车未来发展的展望 43 结论 45 致谢 46 参考文献 47 -4-/48 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析 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

4、动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，逐步向小批量商业化生产的方向发展。电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是有意义的。本文主要研究整车的动力性匹配计算，主要的参数设计。选择并设计出一种切实可行的纯电动汽车的动力系统设计方案。按照动力性能要求，运用汽车理论相关知识进行传动系统主要参数设计与匹配计算。通过对设计方案的模拟，进行方案的动力性计算。得到计算结果后，选择了某型电机作为我们参照的对象。建立电机仿真模型，然后再在Cruise软件里构建了循环工况试验环境、

5、最大爬坡度实验环境和全负荷加速试验环境。完成环境建构后，便可进行仿真实验。在得到仿真的结果后，文章对整车在仿真实验中产生的结果进行了阐述和分析。通过分析发现，被选择的电机并不能够满足该型电动汽车的加速能力要求，但是可以满足该型电动汽车的爬坡能力要求。然后，依据比对电动机进行的台架试验所获得的转速-扭矩数据，分析了电机无法满足设计要求的原因，进而验证了Cruise仿真结果的可靠性。最后，对电动汽车未来发展进行展望，对于安全、环保的节约型社会电动汽车发展必将成为发展的趋势。关键词：电动汽车 传动系 参数匹配 仿真 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-5-/48 Battery Electric

6、Vehicle Power-train System Parameters Matching and Performance Analysis Abstract EV（Electric Vehicle）is an available technique solving the energy crisis and environment pollution.EV is the 0-emission vehicle powered by vehicle battery.These years,the wave of the research of the EV is springing up al

7、l around the world,and EV has developed into the small-scale production for business.The developments of EV depend on the development of a variety of sciences and techniques,especially for the dynamic performance and driving range improvements,and costs reduction.In consideration of development cost

8、 and time,the establishment of simulation model can contribute to the performance analysis of EV.This thesis researches the method of calculation of dynamic system matching,and the design of some important parameters.We choose and design an available plan of EV power-train system.Following the dynam

9、ic requires,with the knowledge referred to the automobile theories,we do the design of important parameters from dynamic system and matching calculations.By the simulation of the design,we start the dynamic system calculations.After getting the results of calculations,we choose one model electromoto

10、r as what we reference.The simulate model of electromotor is choose one model electromotor as what we reference.The simulate model of electromotor is without slip experiment are established in Cruise.After the finish of experiments environment establishment,we can start the simulation experiments.An

11、d the analysis is taken after we get the results of the experiments then.Through the analysis,we know that the chosen electromotor cannot meet the requirement of acceleration but can meet requirements of the climbing performance.Then we compare the results with the Rev-Torque data we got from the te

12、st bench,we get the reason why the electromotor cannot meet the requirements of design,and this process proves the reliability of Cruise.Key words EV transmission power-train matching simulation Cruise 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-6-/48 引 言 本文涉及Cruise仿真软件建立纯电动汽车的传动系及全车主要参数，可以模拟电动汽车在不同的工况下运行的状态，分析所设计的传动系统的性能优劣

13、，便于改进设计，优化传动系统和整车相关参数，相对传统的动力系统参数设计方法，具有系统建模更精确，分析结果更准确有效的优点，而且效率大大提高。第一章 绪 论 1.1 电动汽车研发的意义 众所周知，当今社会已经成为了“轮子上的社会”，人类越来越依赖于各种各样的交通工具。其中，汽车无疑是应用最广泛，人类依赖程度最高的交通方式。据估计，到 2010 年底，世界汽车保有量将达到 10 亿辆。据有关媒体报道，中国的机动车保有量在 2007 年就已经突破 1.5亿辆，而在 2009 年，我们国家更是成为世界第一大汽车市场，产销量分别为 1379.1万辆和 1364.5万辆。面对如此巨大的汽车保有量，我们不得

14、不面临随之而来的资源和环境压力。众所周知，汽车普遍依赖石油资源，而石油资源是不可再生的，一旦石油资源枯竭，世界的车轮将停转。不仅如此，汽车尾气和汽车噪声带来的巨大污染也越来越受到人们的重视。在一些大城市，交通高峰时期的城市环境已经令人无法忍受。据报道，墨西哥城由于三面环山且位于海平面以上 7400 英尺（合 2220 米），这所城市的煤烟和来自城区 400 万辆汽车的尾气全部被高空的云彩捕获，导致每年有 300 天出现过高的臭氧含量水平。不仅如此，由于资源和环境压力所产生的燃料价格的上涨也是关乎我们生活的重要方面。从 1998 年到 2008 年，我国的汽油价格经历了 40 次调整，价格也从

15、2.32元/升上涨到了 6.20元/升，上涨幅度达到了 267%。具体价格一览，详见下表所列。而从 2008 年到 2010年 4 月，发改委又多次调整油价，最新一次调整后国内汽柴油最高零售价均价分别为 8220元/吨和 7480 元/吨。面对如此严峻的形势，我们不得不寻找一个可以解决的方案。毫无疑问，寻找一种可再生的并且清洁的能源是我们解决这一矛盾的切实方法。就目前的情况来说，新能源汽车的研究主要集中在混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。而相对于其他新能源汽车，只有纯电动汽车能够做

16、到零污染、零排放，低噪声，无疑是最为理想的新能源汽车。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-7-/48 表 1 1998-2008 年汽油价格一览。调整次数 调整日期 调整后价格 调整次数 调整日期 调整后价格 1 1998-6 2.32 21 2001-9 2.40 2 1999-6 2.38 22 2002-3 2.50 3 2000-2 2.47 23 2002-4 2.73 4 2000-5 2.67 24 2002-5 2.94 5 2000-6 2.92 25 2003-1 3.12 6 2000-7 3.06 26 2003-2 3.29 7 2000-8 3.19 27 200

17、3-5 3.03 8 2000-9 3.28 28 2003-7 3.02 9 2000-9 3.13 29 2004-1 3.20 10 2000-9 3.08 30 2004-3 3.46 11 2000-9 3.06 31 2004-8 3.66 12 2001-1 2.96 32 2005-3 3.92 13 2001-2 2.82 33 20055 3.79 14 2001-3 3.00 34 2005-6 3.96 15 2001-4 3.02 35 2005-7 4.26 16 2001-5 3.10 36 2006-3 4.65 17 2001-6 3.24 37 2006-5

18、 5.09 18 2001-7 2.80 38 2007-1 4.92 19 2001-8 2.61 39 2008-2 5.34 20 2001-9 2.91 40 2008-6 6.20 世界上很多国家把发展电动汽车作为其发展新能源战略的重要组成部分。西班牙首相萨帕特罗日前表示，欧盟计划启动一项全新的项目，来支持电动汽车的发展。冰岛政府则计划到 2012 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发展充电设备，还得到了欧盟的资金支持。葡萄牙政府则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

19、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纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-8-/48 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

20、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 2010 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担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

21、公司的电动轿车投放在罗切里市试验。1997 年，法国电动汽车产量达到 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达到 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

22、者甚至是有所简化。故电动汽车的车身和底盘不是本文讨论的重点。而电动汽车的动力系统和传统汽车有着根本的不同。传统汽车由内燃机提供动力，动力从内燃机输出后，送达飞轮和离合器，再进一步传递到传动系，直至驱动车辆前进。而内燃机消耗化石燃料，燃料储存在油箱之中。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较简单。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。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-9

23、-/48 发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，清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心。纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究表明，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

24、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，故购买价格较贵，至于使用成本，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基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，纯电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需控制器 电动机 传

25、动系 能量管理系统 蓄电池 辅 助 动力源 动 力 转向系统 冷气和暖气 充电器 车轮 车轮 制动踏板 加速踏板 交流电源 方向盘 能源系统 辅助系统 图 1 电动汽车的控制流程图 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-10-/48 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机会。不仅如此，人们在实践中发现，尽管纯电动汽车的一些基础技术，如电动机技术、电池技术有着上百年的发展历史，而简单原始的电动汽车也有百年左右的发展历程。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

26、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 3050km/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,则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，即可得到合适的传动系统设计方案。1.4 本研究的意义 电动汽

27、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，当今社会的发展需要一种解决人类发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，认为电动汽车的发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发展，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

28、要影响。1.5 本研究的主要内容 本文结合微型纯电动车项目，主要进行如下工作：1论述纯电动汽车的发展背景和概况，明确本文研究的目的和意义；2分析纯电动汽车动力传动系统的基本构成和布置形式，并研究传动系统的类型、特纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-11-/48 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。纯电动汽车

29、动力系统参数匹配及性能分析-12-/48 第二章 电动汽车系统的组成 2.1 电动汽车的基本组成部分 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部分组成：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发展。第一代

30、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，所以就进一步发展了阀控铅酸电池、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-电能的化学反应过程中储存和供给电能，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

31、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成本。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，反应过程能够有效地控制，是比较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，增加了设计和制造成本。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

32、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成本，现代电动汽车普遍使用先进的高能电池作为其动力源。本文讨论的对象也是使用高能锂电池作纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-13-/48 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、再生制动反馈的电流、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

33、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安全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

34、 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，还保留着常规制动系统和 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。纯电动汽车动力系统参数匹配

35、及性能分析-14-/48 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 对于广大汽车使用者来说，加速踏板、方向盘、制动踏板等操纵装置是非

36、常熟悉的，蓄 电 池 速度给定 PD RN 制动（踏板）电 机 控 制 器 左电动轮 右电动轮 蓄电池 速 度 给 定 P D R N 制动（踏板）电 机 控 制 器 电动机 机械传动装置 驱动轮 纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-15-/48 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。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

37、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

38、型和大型）及其他改装的电动车辆。为适应城市、家庭、学校和服务行业的需要，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部分的总成，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

39、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。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-16-/48 2.1.6 安全保护系统 电动汽车的动力电池组具有 96312V 的高压直流电，

40、人身触电时会造成致命的危险。因此必须设置安全保护系统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和维修时的安全。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，避免发生火灾，保护乘员的安全，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部分的构成，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、安全保护系统。电动汽车的车身底盘和传统动力汽车

41、大同小异，可以利用现有汽车技术，以节约研发成本和研发时间。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部分。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。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-17-/48 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基本类似的。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

42、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，则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安全可靠，对于研发和制造成本的控制也很有帮助。图 4 差速半轴方案 3.2 电动轮设计方案 该设计方案比较新颖，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

43、电动机驱动车轮，而不经过其他机械装置的传动。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-18-/48 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，而达到车轮不打滑不抱死的目的，以实

44、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成本。而电机数量的增多和控制模块的复杂化，也必然增加了制造成本，不利于电动汽车的市场表现。3.3 动力传动方案的选择 根据整车基本参数要求，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的确可以通过对减速比和动力配置的优化选择

45、，满足动力性要求。本文第四章的相关计算也证明了我们的选择是切合实际的，仿真结果也印证了这个结论。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。如若电动轮技术的控制模块能够稳定工作，电动纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-19-/48 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，增加研发难度和成本。目前的市场上，也很难见到采用电动轮技术的

46、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，可见其在成本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。而电动轮方案则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

47、是技术成熟简单，易于实施。而电动轮方案则非常新颖，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达到能够使这些技术得到大规模低成本的应用。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。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-20-/48 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

48、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基础。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：tFF (1)式中：Ft驱动力；F 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

49、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：ttTFr (2)式中：Tt作用与驱动轮上的转矩；r车轮半径。纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析-21-/48 传统内燃机汽车中，Tt是由发动机产生的转矩，由于电动汽车采用电动机驱动，所以在电动汽车中Tt是由电动机输出的转矩经传动

50、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t。驱动电动机的输出转矩为Ttq，则有：ttqtTTi (3)因此汽车的驱动力为：21800 9.8 0.012 500.41.850()0.9360076140Pe (4)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。汽车加速行驶时还需要克服加速阻力。因此汽车行驶过程中的总阻力为：fwijFFFFF (5)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：fFWf (6)式中：W 作用于车辆上的法向