项目名称：高性能分布式驱动电动汽车关键基础问
题研究
首席科学家：余卓平同济大学
起止年限：2010.9至2015.9
依托部门：上海市科委
二、预期目标
3.1 总体目标
本项目以分布式驱动电动汽车的节能与主动安全性能为突破点，建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型，构建分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统；研究电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律，提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身空气动力造型设计及整车结构设计方法与整车热管理方法；探索无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法；研究复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。
通过该重大基础研究项目的支持，可以培养一支以高性能分布式驱动电动汽车核心技术为研究背景的科研团队，产生一批具有国际影响力的中青年学术专家和具有自我创新能力的高水平骨干人才，提高我国汽车工业的自主研发水平，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展。
3.2 五年预期目标
（1）理论研究成果：
揭示分布式驱动电机转矩与转速快速变化时的轮胎－路面的瞬态作用机理；揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学的影响规律及多物理场
的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学的影响规律。
揭示电源系统在全生命周期和全工作范围内的能量效率变化规律；建立适用于分布式驱动系统的电池状态估计理论模型，提出电池状态估计方
法；揭示多样工况条件下不同拓扑结构电源与轮边电驱/制动系统能耗
内在规律，提出电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论及能量管理
方法。
揭示分布式驱动电动汽车的流场规律、空气阻力形成机理，探索适应于分布式驱动结构的最佳空气动力学汽车外形特征；揭示分布式驱动电动
汽车在轮边驱动单元区域的特殊流动及传热规律，探索适应于该区域的
特有的气动外型特征和热管理途径。
初步建立起高性能分布式驱动电动汽车多源信息融合的车辆状态估计与参数辨识方法及技术体系，并在路面特征参数辨识方法以及车辆行驶状
态参数估计的自适应方法方面取得突破。
建立适用于分布式电驱动模式的汽车驱动/制动控制的理论，阐明分布式驱动电动汽车能量管理与汽车动力学控制间的作用关系，形成分布式驱
动电动汽车复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论。
（2）技术创新与应用成果：
建立轮胎高频动态模型及多物理场耦合作用下分布式驱动电动汽车复杂多体系统动力学模型，提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模
方法。
建立一套用于分布式电驱动系统的电源系统综合设计、优化方法体系，
建立不同拓扑结构电源与分布式电驱/制动系统的能耗特性模型，提出
分布式电源系统充电及优化的能量管理模式。
针对分布式驱动电动汽车结构特征，提出分布式驱动电动汽车的车身设计方法；提出适合分布式驱动电动汽车的高效散热技术和热管理控制
策略；阐明系统结构和空气流动特性的关系、空气动力学特性和热能
综合利用的关系，形成以空气动力学主导汽车设计的全新汽车设计理
论。
研发高性能分布式驱动电动车辆动力学参数估计系统，开发通过硬件在环仿真或者实车试验来验证车辆状态估计与参数辨识方法的评价体
系。
开发分布式驱动电动汽车驱动防滑技术、制动防抱技术、整车稳定性控制技术；实现分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学协调控制，并
加以验证。
在 SCI/EI 收录的国内外著名学术刊物上发表论文 200 篇以上，出版学术专著 1 部以上、申报省部级与国家级奖励 2项以上，申请国家发明专利 14－25 项。培养本领域的拔尖人才以及学术带头人 2－3 人，培养博士、硕士研究生 50 名以上。
三、研究方案
4.1 学术思路
本项目的学术思想是瞄准国家对汽车工业发展的需求，针对高性能分布式驱动电动汽车的技术难点，提出三个基础科学问题，设立五个研究课题。具体思路如下：
国家重大需求：汽车行业是我国国民经济的支柱产业，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《中国汽车产业振兴规划》中，都将电动
汽车等新能源汽车作为发展的重点。高性能分布式驱动电动汽车在节
能、环保和主动安全性具有显著优势，但是相关理论尚不成熟，因而需
要通过项目研究，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽
车工业的跨越式发展，使其在未来激烈的国际竞争中立于不败之地。
三个科学问题：根据国家节能减排的要求和目前分布式驱动电动汽车还存在较大效率提升空间，针对提高分布式驱动电动汽车性能的关键
因素，凝练出三个基础科学问题：“分布式驱动电动汽车复杂耦合系统
动力学”、“多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律”、“复杂
工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理”。
五个研究课题：根据所需解决的科学问题，设置了分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学特性与建模、分布式驱动电动汽车电源与电驱动系
统能耗规律与能量管理、分布式驱动电动汽车空气与热动力学系统能耗
规律与优化设计、车辆动力学系统关键状态估计与参数辨识、分布式驱
动电动汽车整车耦合系统动力学控制等五个研究课题。
研究成果：本项目以分布式驱动电动汽车节能与主动安全性能提高为研究目标，研究成果须在理论、方法、机理、机制等基础研究方面有
所突破。同时，还包括各种控制芯片、仿真软件平台和试验平台等实用
成果。
4.2 技术路线
本项目研究的技术路线是：建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、路面—轮胎—悬架—车身多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型，以此为基础建立分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学模型；以提高能量利用率为目标，根据分布式驱动的使用环境和工况，研究电源系统的能量效率特性，分析分布式驱动/制动系统的能耗规律，研究分布式驱动电动汽车拓扑结构及能量管理优化方法；研究分布式驱动电动汽车的空气动力学及流场特性，探索空气动力/热动力能量消耗规律，优化分布式驱动电动汽车车身空气动力设计及热管理流场设计；利用分布式驱动电动汽车多源信息特征，设计在变参数和复杂工况下的高精度、实时车辆关键状态估计和参数辨识方法；研究分布式驱动电动汽车独特的驱/制动动力学和防滑、防抱稳定性控制，探索分布式驱动电动汽车的整车动力学稳定与节能协调控制方法。
具体的技术途径见图 1，
图 1 技术方案框图
4.3 特色与创新
特色：
项目设置特色：项目所针对的汽车工业是我国装备制造业的龙头产业、国民经济的重要支柱。在国际汽车工业面临的节能减排严峻挑战的形势下, 项目设置紧密结合我国能源安全、自主创新和可持续发展战略的国家需求，力求抓住新一代电动汽车技术发展的历史机遇，拟解决高性能分布式驱动电动汽车的关键基础理论问题, 占据汽车技术发展的制高点, 为实现我国汽车产业的跨越式和可持续自主发展提供科学支撑。
技术路线特色：技术路线从分布式驱动电动汽车的系统动力学特性与能耗特性入手，建立该复杂耦合系统的动力学理论，揭示该多场系统的能量耗散机理，在此基础上，进一步提出能耗优化的动力学协调控制理论与极限工况下车辆动力学稳定性协调控制理论。采用理论研究、计算机仿真和试验研究相结合。理论研究揭示系统本质，计算机仿真在理论研究基础上对理论进行修正，试验研究结合实际验证理论研究结果准确性，并最终形成实际应用成果。
研究内容特色：项目研究内容围绕汽车节能与安全两大目标，针对开发电动汽车面临的系统复杂性问题、环境与工况的多样性问题，综合归纳到分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学、多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律与复杂工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理这三大研究内容。三大研究内容层层递进环环相扣，最终形成高性能分布式驱动电动汽车的基础理论，为电动汽车发展提供有力支撑。
创新：
理论创新：建立分布式驱动电动汽车的复杂耦合系统动力学模型；提出能量管理、整车结构和外形的设计理论；复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。
方法创新：本项目以理论研究、试验研究和应用研究为基本研究手段，研究
轮胎-路面瞬态作用机理，建立复杂耦合动力学模型；研究电源系统能效特性与能量管理方法、驱动/制动系统动力学及能量利用机制，理论研究与试验分析相结合，提出分布式驱动电动汽车的空气/热动力学优化设计方法。针对分布式驱动电动汽车特性，提出车辆状态估计与参数辨识方法，与协调控制理论相结合，提高整车节能与主动安全性能。
4.4 可行性分析
本项目的学术思想、研究方案、研究内容是为解决与电动汽车发展密切相关的重大基础科学问题而确定，是建立在对国内外研究现状与发展趋势的深入分析和各主要承担单位已有坚实的相关前期工作基础之上的。项目参加单位分别为在电动汽车、汽车节能与安全和汽车动态模拟方面的国家级研究基地(国家工程中心/工程实验室和国家重点实验室) 。在国家前期相关项目的支持下，在与本项目相关的研究内容的不同侧面，各参加单位已取得了不同程度的进展，积累了较丰富的研究经验、研究基础和技术储备。其中，同济大学国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心余卓平教授课题组围绕四轮分布式驱动电动汽车平台，分别在车辆侧向动力学、车辆状态估计与参数辨识、驱动/制动控制策略等方面展开了广泛的研究，并取得了丰硕的成果; 孙泽昌教授长期从事新能源汽车动力蓄电池管理系统、动力控制系统的研究，近年来作为课题负责人参加了国家863 电动汽车重大专项的研究; 杨志刚教授长期从事过流动稳定性、涡破裂、燃烧-声音稳定性、湍流模型、小雷诺数流动及计算流体力学方法的研究, 在车辆空气动力学、气动声学、车辆热环境控制等方面具有深厚的研究积累。吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室郭孔辉院士长期以来在轮胎动力学建模及车辆动力学建模方面积累了丰富的科研实力。清华大学汽车节能与安全国家重点实验室宋健教授课题组在整车稳定性控制和制动安全性控制技术及产品开发方面具有较强的研发实力; 李克强教授课题组在智能主动安全汽车运动控制、混合动力电动汽车（HEV）整车系统控制、先进车辆噪声振动（NVH）控制所涉及的关键核心技术和应用基础研究方面，取得多项重要的创新性成果。
参加本项目子课题研究的各单位形成了优势互补、上下游结合的研究开发团队。通过交流与合作，对本项目关键科学问题及解决途径形成了共识,为实现本项目的研究目标奠定了学科和队伍基础。本项目课题组由多名学术骨干组成，大多数都是工作在科研第一线的 45 岁左右的中青年学者，在本领域的研究成果已得到行业和学术界的高度认可。
研究队伍的组成充分体现了跨学科、跨部门、强强联合、知识结构互补等特点，并且与国外相关知名研究单位已有着很好的交流合作渠道和关系，因此在研究团队方面为本项目的顺利实施提供了重要的保证。
虽然本项目的综合交叉性强、涉及的学科专业多、研究难度大，但经过良好的组织和深入系统的研究，有可能取得重大突破。
4.5 组织方式
本项目课题组以中国工程院院士郭孔辉作为学术顾问，以“节能与环保汽车长江学者与创新团队”学术带头人余卓平教授为首席科学家，组织同济大学、吉林大学和清华大学的1个国家工程中心/工程实验室和2个国家重点实验室的相关领域研究人员, 围绕相关高性能分布式驱动电动汽车的3大科学问题, 从5
个课题方面开展研究工作。
四、年度计划
一、研究内容
研究内容之一：分布式驱动电动汽车复杂耦合系统动力学
分布式驱动电动汽车首先是汽车，必然涉及轮胎与路面的相互作用、轮胎—路面—悬架—车身的多体耦合动力学和空气/热动力学。但因动力配置的改变，传统内燃机汽车的有关这些方面的理论不能直接应用到分布式驱动电动汽车上，必须在分布式驱动的基础上，重新建立轮胎动态模型和多体耦合动力学模型。分布式驱动电动汽车的能源来自于动力电源，其动力经分布式驱动电机传递至车轮，因此必须研究动力电源和电机带来的温度场、力场和电磁场耦合效应，建立多场耦合动力学模型。主要研究内容包括：
1-A 分布式驱动系统轮胎—路面瞬态作用机理
电动轮相比传统发动机的动态响应频率高一个数量级，电机电磁场在轮胎行驶过程中与力特性相耦合，同时电磁场与轮胎温度场的耦合对轮胎与路面间附着特性又会产生不可忽视的作用。因此，需要分析电机磁场以及扭矩输出特性对轮胎行驶过程中各力学特性的影响，揭示基于电机磁场与轮胎温度场的耦合下的胎面附着特性演变规律，探索驱动电机的变频工作特性下轮胎与路面瞬态接触的工作机理，从而建立具有广泛适用性的电动轮驱动轮胎动态模型，为整车系统动力学的分析研究打下坚实的基础。
1-B 整车空气动力学与热动力学与建模
基于分布式驱动方式带来的更大的整布置自由度与车身设计自由度的特点，开展整车空气动力学理论研究。探索基于低风阻车身外形湍流与旋涡分离流动的准确建模方法，研究分布式驱动电动汽车整车与零部件复杂几何形状对风阻与升力的形成机理与建模方法，建立分布式驱动电动汽车的空气/热动力学耦合理论与模型。
1-C 多体多场耦合系统动力学与建模
在轮胎动态模型基础上，建立基于分布式驱动电机特性的包含路面、轮胎、悬架和车身的多体耦合动力学模型。研究动力电源系统的温度场效应和分布式驱动系统的力场、温度场和电磁场的耦合作用，基于多场耦合动力学建模方法，建立包含动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型。同时考虑整车多体和多场耦合动力学，建立分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学模型，揭示车辆系统的动态特性，形成分布式驱动电动汽车多体多场耦合动力学理论，为基于能耗优化的整车耦合系统动力学控制研究打下基础。
研究内容之二：多变环境与工况下分布式驱动电动汽车能耗规律任何系统，为降低其能耗，就必须了解其能耗基本原理和分布情况。对于分布式驱动电动汽车来说，其能耗主要表现在电源系统损耗、克服各种阻力而驱动车辆的驱动能耗、电机和制动器等发热损耗、各部件之间的摩擦损耗等这些方面。其中驱动能耗是用于车辆的行驶，取决于车辆的工况，是固定不变的。而其他能耗不管何种形式，最终都将转化为热能耗散掉而白白浪费，为提高系统效率就应尽可能的降低这部分能耗。而各部分能耗基本原理的研究为能耗优化设计提供理
论基础。主要研究内容包括：
2-A分布式电驱动系统能耗规律
研究驱动工况下电驱动系统能耗特性和不同驱动模式下电驱动系统能耗规律；研究制动工况下再生制动系统的能耗特性和不同制动模式下的能耗规律；基于此研究多样工况下分布式电驱动系统的能耗特性。以此为理论指导，探索机电液一体化分布式驱动/制动系统新机构新原理，进行系统特性的仿真分析与优化、原理样机的试制与试验等（如效率场分布特性、控制特性等）。
2-B 电源系统能耗规律
分析电源系统能量效率、车辆的行驶阻力功率及运行约束条件，分析复杂载荷下单电池荷电状态特性电源使用特性，研究单电池能耗特性；在此基础上，研究多变环境与多样工况条件下全生命周期的电源系统 SOC 变化机理、使用特性及能耗规律；以提高电源与电驱动系统能量效率为目标，研究分布式电源系统拓扑构架，探讨电源与电驱动系统模式对电源与电驱动系统能耗规律的影响。
2-C 分布式驱动电动汽车内外流场与热耗散规律
充分考虑分布式驱动电动汽车特有的动力系统分布特征及内外复杂环境影响因素，研究多变环境与多样工况条件下车辆空气/热动力学系统能耗特性；研究湍流与旋涡分离流动、风阻与升力的形成机理、电动汽车前舱及分布式电源与驱动系统内外空气流场特性对车辆空气/热动力学系统能耗特性的影响；研究分布式驱动电动车空气动力学特性与热管理系统中关键子系统热特性复杂的多场耦合关系对能耗特性的影响，探讨分布式驱动电动汽车空气/热动力学系统能耗规律。
研究内容之三：复杂工况下分布式驱动电动汽车耦合系统动力学协调控制机理高性能的分布式驱动电动汽车不只是要提高各子系统的效率，更要达到整车效率最优与安全性的统一。因此，必须要进行复杂工况车辆耦合系统动力学协调控制机理。在之前研究内容一、二的基础上，综合考虑各子系统能耗分布规律和控制特性，以整车高效节能和主动安全为目标，在研究各子系统最优控制方法的基础上，探讨分布式驱动电动车动力学协调控制理论。主要研究内容包括：3-A 动力学系统关键状态估计与参数识别
基于分布式驱动电动汽车耦合动力学模型，建立准确反映车辆运动状态、结构简单、参数易获取且工况适应性好的车辆非线性动力学模型；在此基础上，充分利用各电动车轮轮速、驱动转矩与车辆加速度等信息，研究无非驱动轮工况下车辆速度估计方法、车辆横摆角速度的冗余估计方法、极限工况下高精度高实时性车辆质心侧偏角估计方法以及在长时间尺度、变参数、复杂工况下的状态估计模型参数自适应方法，建立多信息融合的状态估计与参数辨识理论。
3-B 整车耦合系统动力学节能协调控制机理
基于多变环境与多样工况条件下电源与电驱动系统能耗规律及空气/热动力学能耗规律，研究能效最优化的配置方法与制动能量回收最大化控制理论；考虑驱动/制动系统效率、前后驱动/制动力分配特性、驾驶舒适性、电源特性约束，研究以高效节能为目标的整车耦合系统动力学控制理论。
3-C 极限工况下动力学稳定性的协调控制机理
基于驾驶员驾驶输入、整车动力学状态监控，解决电动汽车在极限工况下的
动力学稳定性问题。包括：驱动电机转矩与路面附着特性不匹配引起的驱动过程过度滑转问题；制动过程中制动能量回收与制动轮防抱控制的协调控制问题，以及汽车在复杂转向过程中引起的整车动力学稳定性控制问题；涉及到汽车动力学状态的精确识别、道路附着特性与坡道特征的识别、以及多系统的协调控制，如多个轮边电机驱动或制动匹配以产生主动横摆力矩控制，再生制动与常规制动的协调控制。
电动汽车与传统内燃机汽车之间的主要差别是采用了不同的动力源，它由蓄电池提供电能，经过驱动系统和电动机，驱动电动汽车行驶。电动汽车的能量供给和消耗，与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性和续驶里程，同时影响电动汽车行驶的成本效益。 电动汽车在行驶中，由蓄电池输出电能给电动机，用于克服电动汽车本身的机械装置的内阻力，以及由行驶条件决定的外阻力。电动汽车在运行过程中，行驶阻力不断变化，其主电路中传递的功率也在不断变化。对电动汽车行驶时的受力状况以及主电路中电流的变化进行分析，是研究电动汽车行驶性能和经济性能的基础。 1、电动汽车的动力性分析 1.1 电动汽车的驱动力 电动汽车的电动机输出轴输出转矩M，经过减速齿轮传动，传到驱动轴上的转矩Mt，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.Ft 与F0大小相等方向相反，Ft方向与驱动轮前进方向一致，是推动汽车前进的外力，将其定义为电动汽车的驱动力。有： 电动汽车机械传动装置是指与电动机输出轴有运动学联系的减速齿轮传动箱或变速器、传动轴及主减速器等机械装置。机械传动链中的功率损失包括：齿轮啮合点处的摩擦损失、轴承中的摩擦
损失、旋转零件与密封装置之间的摩擦损失以及搅动润滑油的损失等。 1.2 电动汽车行驶方程式与功率平衡 电动汽车在上坡加速行驶时，作用于电动汽车的阻力与驱动力始终保持平衡，建立如下的汽车行驶方程式： 以电动汽车行驶速度va乘以(2)式两端，考虑机械损失，再经过单位换算之后可得： 或 由（4）、（5）两式可以看出，电动汽车在行驶时，电动机传递到驱动轮的输出功率与体现在驱动轮上的阻力功率始终保持平衡。将(4)变换可得： 式中PM为电动机的输出功率。 用曲线图表示上述功率关系，将电动机的输出功率、汽车经常遇到的阻力功率与对应车速的关系归置在x-y坐标图上得到电动汽车功率平衡图如图1所示。
项目名称：高性能分布式驱动电动汽车关键基础问 题研究 首席科学家：余卓平同济大学 起止年限：2010.9至2015.9 依托部门：上海市科委
二、预期目标 3.1 总体目标 本项目以分布式驱动电动汽车的节能与主动安全性能为突破点，建立基于分布式驱动电机特性的轮胎动态模型、车辆多体耦合动力学模型和动力电源—电驱动系统多场耦合动力学模型，构建分布式驱动电动汽车多体多场复杂耦合动力学系统；研究电源与电驱动系统能耗规律、车辆空气/热动力学特性及其能耗规律，提出分布式电源与能量管理系统的分析与设计理论、车身空气动力造型设计及整车结构设计方法与整车热管理方法；探索无非驱动轮工况下车辆关键动力学参数自适应辨识方法；研究复杂耦合系统能耗优化与动力学协调控制理论，创立高性能分布式驱动电动汽车设计与控制的新理论、新方法。 通过该重大基础研究项目的支持，可以培养一支以高性能分布式驱动电动汽车核心技术为研究背景的科研团队，产生一批具有国际影响力的中青年学术专家和具有自我创新能力的高水平骨干人才，提高我国汽车工业的自主研发水平，为我国电动汽车开发提供基础理论支持，推动我国汽车工业的跨越式发展。 3.2 五年预期目标 （1）理论研究成果： 揭示分布式驱动电机转矩与转速快速变化时的轮胎－路面的瞬态作用机理；揭示分布式驱动型式对电动汽车整车动力学的影响规律及多物理场 的耦合作用对分布式驱动电动汽车动力学的影响规律。 揭示电源系统在全生命周期和全工作范围内的能量效率变化规律；建立适用于分布式驱动系统的电池状态估计理论模型，提出电池状态估计方 法；揭示多样工况条件下不同拓扑结构电源与轮边电驱/制动系统能耗 内在规律，提出电源及分布式电驱/制动系统拓扑结构理论及能量管理 方法。 揭示分布式驱动电动汽车的流场规律、空气阻力形成机理，探索适应于分布式驱动结构的最佳空气动力学汽车外形特征；揭示分布式驱动电动 汽车在轮边驱动单元区域的特殊流动及传热规律，探索适应于该区域的 特有的气动外型特征和热管理途径。 初步建立起高性能分布式驱动电动汽车多源信息融合的车辆状态估计与参数辨识方法及技术体系，并在路面特征参数辨识方法以及车辆行驶状 态参数估计的自适应方法方面取得突破。 建立适用于分布式电驱动模式的汽车驱动/制动控制的理论，阐明分布式驱动电动汽车能量管理与汽车动力学控制间的作用关系，形成分布式驱 动电动汽车复杂耦合系统能量管理与动力学协调控制理论。 （2）技术创新与应用成果： 建立轮胎高频动态模型及多物理场耦合作用下分布式驱动电动汽车复杂多体系统动力学模型，提出分布式驱动电动汽车复杂耦合动力学建模 方法。
纯电动汽车的结构分析和驱动系统性能比较 摘要 纯电动汽车驱动形式有很多种，为了选择最合适的驱动系统，我们对不同驱动系统的结构特征进行了分析，在纯电动汽车上匹配不同的驱动系统后比较其动力性；以城市驾驶循环为例建立车辆能耗模型来比较其经济性。结果显示：单电机直接驱动系统虽然最简单，但其性能最差；装配两速变速器后，动力性显著改善，汽车行驶里程增加3.6％，但自动变速的功能难以解决;采用轮毂电机驱动系统可以改善汽车的动力性，但实际行驶效率不高;而双电机耦合驱动系统可以实现高效率行驶，其行驶里程比单电机直驱增加了7.79％，并且因为其具有结构简单，行驶效率高等特点，所以适用于现在的纯电动汽车。 绪论 作为核心部件，电力驱动系统的技术水平直接制约纯电动汽车的整体性能。如今，有多种驱动系统可以使用。根据车轮驱动扭矩的动力源，驱动系统的模式可分为整体式驱动和分布式驱动。整体式驱动系统的驱动扭矩由主减速器或次级减速器或差速器来调节，主要包括单电机直驱和主副电机耦合系统。在分布式驱动中，每个驱动轮都有一个单独的驱动系统，轮毂电机驱动系统是分布式驱动的主要形式。 整体式驱动的技术相对比较成熟，但驱动力通过差速器被大致平均分配到左、右半轴，单个驱动轮的转矩在大多数车辆中不能独立地调节。因此不安装其他的传感器和控制器，我们很难对汽车的运动和动力进行控制[1]。分布式驱动近几年飞速发展，由于大多数车轮和电动机之间的机械部件被替换，因此分布式驱动系统具有结构紧凑和传动效率高的优点[2]。 为了选取最适合纯电动汽车的驱动方式，本文对不同驱动系统的结构特征和动力性经济性比较进行了比较说明。本文结构如下：第二部分为驱动系统的结构特征分析，第三部分介绍驱动系统的参数和部件性能，第四部分比较不同驱动系统的动力性，第五部分比较不同驱动系统的经济性，第六部分得出结论。 结构分析 整体式驱动 整体式驱动系统被广泛应用于各类电动车辆，其主要结构如图1所示。其中M是电动机，R是固定速比减速器，T是变速器，D是主减速器，W是车轮。图1 a是单电机直驱系统，其扭矩由主减速器调节，通常称为直驱系统。图1 b和直驱系统十分相似，除了扭矩由变速器调节。因为驱动电机的速比调节范围比内燃机的更大，所以能以较少的齿轮数目的传动来满足在任何工况下的电动汽车需求。图1 c是另外一种整体式驱动形式，其采用两个驱动电机和主减速器，其中一个电机在大多数工况下作为汽车的动力来源，另外一个电机只有在需要附加功率时才会工作。
导读：电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 电动汽车作为一种工业产品，以电池为主要能量源，动力源全部或部分由电动机提供，涉及机械、电力电子、通信、嵌入式控制等多个学科领域。电动汽车与传统汽车相比，能量源、驱动系统结构都发生了极大的改变。根据驱动系统结构布置的不同，电动汽车可分为两种：单电机集中驱动型式电动汽车(简称集中驱动式电动汽车)和多电机分布驱动型式电动汽车(简称分布式驱动电动汽车)。 1、传统集中式驱动结构类型 集中驱动式电动汽车与传统内燃机汽车的驱动结构布置方式相似，用电动机及相关部件替换内燃机，通过变速器、减速器等机械传动装置，将电动机输出力矩，传递到左右车轮驱动汽车行驶。集中驱动式电动汽车操作实现技术成熟、安全可靠，但存在体积较重，效率相对不高等不足。随着纯电动汽车技术研究的深入，纯电动汽车的驱动系统的布置结构也逐渐由单一动力源的集中式驱动系统向多动力源的分布式驱动系统发展。图1.1为电动汽车不同驱动系统的结构示意图。图1.1(a)为单电动机集中驱动型式，由电动机、减速器和差速器等构成，由于没有离合器和变速器，可以减少传动装置的体积及质量。图1.1(b)也为单集中驱动型式，与发动机横向前置前驱的内燃机汽车结构布置方式相似，将电动机、减速器和差速器集成一体，通过左右半轴分别驱动两侧车轮，该布置型式结构紧凑，多用于小型电动汽车上。图1.1(c)为双电机分布驱动型式，两个驱动电机通过减速器分别驱动左右两侧车轮，可通过电子差速控制实现转向行驶，以取代机械差速器，该驱动方式为目前研究的热点。图1.1(d)为轮毂电机分布式驱动型式，电动机和固定速比的行星齿轮减速器安装在车轮里面，省去传动轴和差速器，从而使传动系统得到简化。该驱动方式对驱动电机的要求较高，同时控制算法也比较复杂。 2、分布式驱动电动汽车结构类型
纯电动汽车动力系统及驱动技术 一、电动汽车简介及现状 电动汽车就是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆,电动汽车可分为三种:蓄电池式纯电动车、燃料电池电动汽车与混合动力电动汽车。电动汽车历史悠久,世界上的第一辆电动汽车于1834年诞生,比1886年问世的世界上第一辆内燃机汽车还要早半个世纪。 大力发展新能源汽车从而实现世界交通及能源结构的转型已经成为当代汽车行业实现可持续发展的重要趋势。与传统燃油汽车相比,电动汽车尽管目前技术不太成熟,但凭借其能源效率高、环境污染小、能源多样化的优点已经成为汽车行业发展的必然选择,其发展也得到世界各国政府的重视与支持。 1、1 国内电动汽车发展现状 我国的电动汽车研究大约开始于上个世纪60年代,自“八五”以来,通过大量人力、物力与财力在纯电动汽车研究上的投入,正式把电动汽车的研究列入攻关计划,并在在北京、杭州等城市开展了不同形式的小规模示范运行。 2001年我国正式启动了“十五”国家高新技术研究发展计划(863),电动汽车被列入其中并投资数亿,确立了以燃料电池汽车、混合动力汽车与纯电动汽车为“三纵”,以多能源动力总成、驱动电机与动力蓄电池共性关键技术为“三横”的“三纵三横”研发布局川,具体分工如下:承担电动大客车项目的有北方车辆厂与北京理工大学,承担纯电动轿车研发的就是上海汽车、上海交通大学、天津汽车集团等。 自2009年以来,国家陆续出台《汽车产业调整振兴规划》、电动汽车“十城千辆”项目,这表明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。 1、2 国外电动汽车发展现状 在电动汽车的发展进程中,各国与各地区都依据自己的国情与特点择了不同的技术路线,而处在技术领先位置的仍然就是日本、美国与欧洲,她们在电动汽车的车速、续驶里程、加速性能、动力蓄电池、基础设施等方面都有较大的优势。纯电动汽车已经在欧洲各国中拥有大量的用户,特别就是在当地政府部门。但就是由于没有成功地解决电动汽车续驶里程问题,商业化进程缓慢。各大汽车厂商发展电动汽车的热情明显不如日本与美国,所以其注意力更多地转向了其它清洁能源车的开发。下表就是国外几种电动汽车的技术指标。
XH-JS-04-013 电动汽车动力匹配计算设计规范 编制：年月日 审核：年月日 批准：年月日 XXXX有限公司发布
目录 一、概述 (1) 二、输入参数 (1) 2.1 基本参数列表 (1) 2.2 参数取值说明 (1) 三、XXXX动力性能匹配计算基本方法 (2) 3.1 驱动力、行驶阻力及其平衡 (3) 3.2 动力因数 (6) 3.3 爬坡度曲线 (6) 3.4 加速度曲线及加速时间 (7) 3.5 驱动电机功率的确定 (7) 3.6 主驱动电机选型 (8) 3.7 主减速器比的选择 (8) 参考文献 (9)
一、概述 汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏，直接影到汽车在城市和城际公路上的使用情况。因此在新车开发阶段，必须进行动力性匹配计算，以判断设计方案是否满足设计目标和使用要求。 二、输入参数 2.1 基本参数列表 进行动力匹配计算需首先按确定整车和发动机基本参数，详细精确的基本参数是保证计算结果精度的基础。下表是XXXX动力匹配计算必须的基本参数，其中发动机参数将在后文专题描述。 表1动力匹配计算输入参数表。 2.2 参数取值说明 1）迎风面积 迎风面积定义为车辆行驶方向的投影面积，可以通过三维数模的测量得到，三维数据不健全则通过设计总布置图测得。XXXX车型迎风面积为A
一般取值5-8 m 2 。 2）动力传动系统机械效率 根据XXXX 车型动力传动系统的具体结构，传动系统的机械效率T η主要由主驱动电机传动效率、传动轴万向节传动效率、主减速器传动效率等部分串联组成。 采用有级机械变速器传动系的车型传动系统效率一般在82％到85％之间，计算中可根据实际齿轮副数量和万向节夹角与数量对总传动效率进行修正，通常取传动系统效率T η值为78-82％。 3）滚动阻力系数f 滚动阻力系数采用推荐的客车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式进行匹配计算： f ＝??? ???????? ??+??? ??+4 410100100a a u f u f f c 其中：0f —0.0072～0.0120以上； 1f —0.00025～0.00280； 4f —0.00065～0.002以上； a u —汽车行驶速度，单位为km/h ； c —对于良好沥青路面，c =1.2。 三、 XXXX 动力性能匹配计算基本方法 汽车动力性能匹配计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，汽车的驱动力－行驶阻力平衡方程为 j i w f t F F F F F +++= （1）
电动汽车驱动控制系统设计 摘要 驱动系统是电动汽车的心脏，也是电动汽车研制的关键技术之一，它直接决定电动汽车的性能，本文根据异步电动机矢量控制理论，结合电动汽车的实际要求，研究设计基于无速度传感器矢量控制的电动汽车驱动系统。矢量控制通过坐标变换将定子电流矢量分解为转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现异步电动机磁通和转矩的解耦控制，已达到直流电动机的控制效果。最后，在Matlab环境中建立了仿真系统，验证了无速度传感器矢量控制系统原理应用于电动汽车驱动系统的可行性。 关键词：电动汽车；驱动系统；异步电动机；无速度传感器矢量控制
ABSTRACT Driving system is the heart of EV and one of the key parts of the vehicle that determines the performance of the EV directly. According to the control technique、the method of induction motor drive system and based on the factual requirement of EV, the speed sensorless vector control was designed in this article. By transforming coordinate, the stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively, So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. Finally, intimation system is established in the environment of Matlab to validate these control arithmetic. The system proved its enormous practical value of application. Key words: EV; Drive system; Induction motor; speed sensorless vector control
分布式驱动电动汽车车轮滑移率自适应控制 摘要：主要研究分布式驱动电动汽车滑移率自适应控制问题。由于被研究车轮动态系统具有很强的非线性，滑移率控制需要一个鲁棒性较强的控制器。该研究设计了基于PI 控制算法的滑移率控制器，目标在于不管路面如何变化都能将车轮滑移率控制在设定最优滑移率上。与此同时，本研究还设计了一个在线路面估计器，估计器实时为滑移率PI控制器提供路面最优滑移率值。PI控制器和在线路面估计器结合路面自适应控制律就构建了滑移率自适应控制器。PI控制器和在线路面估计器的设计保证了其具有李雅普诺夫稳定性。最后，基于分布式驱动电动汽车仿真平台对滑移率自适应控制器性能进行了仿真验证。仿真结果表明，滑移率自适应控制器性能优良，大大地提高了车辆的驱动性能和驱动效率。 关键词：自适应控制路面估计滑移率电动汽车 Abstract：This project conducts a research on wheel slip ratio control for distributed drive electric vehicles. In consideration of wheel rotation dynamics and its strong nonlinear properties，a Proportional-Integral controller is designed in this paper aimed at regulating the wheel slip ratio to a constant value regardless of the road adhesion conditions.
10.16638/https://www.doczj.com/doc/fb14177798.html,ki.1671-7988.2019.15.001 分布式驱动电动汽车状态参数估计综述* 樊东升，李刚 （辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001） 摘要：由于汽车的状态参数在行驶过程中不断变化，从而影响车辆行驶状态的准确估计，针对这一问题，论文对分布式驱动电动汽车状态参数估计进行了综述，列举了常用的两种估计算法，分别从扩展卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波两个方面进行了论述，对比分析了两种算法之间的应用场景与估计效果。总结出通过信息融合技术的多滤波器融合成为车辆状态参数估计的主流方向。 关键词：分布式驱动电动汽车；状态参数估计；扩展卡尔曼滤波；容积卡尔曼滤波 中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)15-03-02 Review on State Parameter Estimation of Distributed Drive Electric Vehicles* Fan Dongsheng, Li Gang （Automobile & Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001） Abstract: As the vehicle state parameters change continuously during vehicle driving process, which affects the accurate estimation of vehicle driving state. For this problem, the paper reviewed the state parameter estimation of distributed driving electric vehicle, and listed two commonly used estimation algorithms. The extended Kalman filter and the cubature Kalman filter were discussed. The application scenarios and estimation effects between the two algorithms were compared and analyzed. It is concluded that the multi-filter fusion through information fusion technology becomes the mainstream direction of vehicle state parameter estimation. Keywords: Distributed drive electric vehicle; State parameter estimation; Extended Kalman filter; Cubature Kalman filter CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)15-03-02 1 前言 汽车在行驶过程中，很难直接获取准确的车辆状态参数，而获取这些参数的传感器价格又非常的昂贵，无法大量使用在量产车上。随着科技技术的发展，一些低成本的传感器（纵向加速度、侧向加速度、横摆角速度）逐渐被研究出来，其精度也相对较高，因此开始逐渐运用在汽车上，通过这些传感器实现对车辆状态参数的估计，从而解决了无法直接测得准确的车辆状态的难题。目前汽车的主动安全系统响应速度与响应效果很大程度上取决于车辆在运动状态中自身关键参数的估计精度。当前应用的主流系统，一个普遍的问题是车辆模型的参数缺乏适应性，这些参数通常情况下被视为随时间恒定不变的，尽管它们不是完全已知的或者受到时间变化以及运动的影响。导致的直接结果就是，由于驾驶条件的不断变化，采用固定不变的参数值使控制系统的性能降低[1]。 作者简介：樊东升（1995.3-）男，硕士研究生，就读于辽宁工业大 学，研究方向：车辆系统动力学及控制。 基金项目：国家自然科学基金面上项目（51675257）辽宁省高等学 校创新人才项目（LR2016054）。 3
新能源汽车 6 结语 纯电动乘用车的总布置设计工作是个系统工 程,需要协调车身、动力系统、电池、内外饰、造型等相关部门。如何在确保整车性能的基础上,提高空间利用率,避免各部件的干涉,加快项目进行,需要进行科学的论证,同时,总布置工程师也需要对整车性能、驱动电机、动力电池、高压安全等相关知识相当熟悉,才能合理进行布置,推动项目进展。 参考文献 1 Mehrdad Ehsani,Yi m in Gao,A li Emadi .Modern electric \hy 2bird electric and fuel cell vehicles .CRC Press,2009. 2 王刚,周荣.电动汽车充电技术研究[J ].农业装备与车辆 工程,2008,(6). 3 徐性怡.电动汽车用电机控制器的设计方法与实践[J ],2009,(6). 4 姬芬竹,高峰.电动汽车传动系参数设计及动力性仿真[J ].北京航空航天大学学报,2006. 5 赵云.电动汽车结构布置及设计[J ].汽车电器,2006. 收稿日期:2010-05-05 纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配 张 珍 陈丁跃 刘 栋 (长安大学,西安 710064) 【摘要】 文章系统地介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车性能要求进行主要参 数的设计及匹配,并通过对具体车型的计算,进一步探讨了主要参数的确定。 【Ab s trac t 】 Choice of the main components of the power train syste m of electric vehicle and de 2 sign and matching of the main para meters according t o require ment of main perfor mance are intr o 2duced .Confir mati on of the main para meters is further discussed thr ough the calculati on t o the s pecific vehicle . 【主题词】 纯电动汽车 驱动系统 参数设计 0 引言 纯电动汽车(EV )是当前研制取代内燃机汽车的首选车型,前景广阔。目前,我国的EV 大都建立在改装车基础上,其设计是一项机电一体化 的综合工程[1] 。改装后的EV 高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和燃油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的,它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹 配。鉴于目前国内对EV 研究的现状,本文研究是 建立于传统汽车驱动系统基础上。 1 电动汽车的驱动系统的基本结构 1.1 电力驱动的结构形式 采用不同的电力驱动系统可构成不同结构形式E V 。本文研究的E V 的电力驱动结构形式如图 1[2] 所示。1.2 储能装置的结构形式 ? 7? 上海汽车 2010108
新能源电动汽车电驱动 系统 标准化工作室编码[XX968T-XX89628-XJ668-XT689N]
现代电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成：驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。驱动电机是电气驱动系统的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的性能。驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。 电驱动系统的由以下几个部分组成： 1．电动汽车驱动电机 选用小型轻量的高效电机，对目前电池容量较小、续驶里程较短的电动汽车现状显得尤为重要。早期电动汽车驱动电机大部分采用他励直流电机(DCM)。直流电机驱动系统改变输入电压或电流就可以实现对其转矩的独立控制，进行平滑调速，具有良好的动态特性，并且有成本低、技术成熟等优点。但是，直流电机的绝对效率低，体积、质量大，碳刷和换向器维护量大，散热困难等缺陷，使其在现代电动汽车中应用越来越少。随着电力电子技术、大规模集成电路和计算机技术的发展以及新材料的出现和现代控制理论的应用，机电一体化的交流驱动系统显示了它的优越性，如效率高、能量密度大、驱动力大、有效的再生制动、工作可靠和几乎无需维护等，使得交流驱动系统开始越来越多地应用于电动汽车中。目前在电动汽车中，主要采用永磁同步电机(PMSM)驱动系统、开关磁阻电机(SRM)驱动系统和异步感应电机(肼)驱动系统。 永磁同步电机(PMSM)是一种高性能的电机，具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、控制灵活的优点，在电动汽车上得到了广泛的应用，是当前电动汽车用电动机的研发热点，是异步感应电机的最有力的竞争对手。目前，由日本研制的电动汽车主要采用这种电机，如Honda公司的EV Plus、Nissan公司的Altra和Toyota公司的RAV4及Prius车型等。但是，永磁电机的磁钢价格较高，磁性能受温度振动等因素的影响，有高温退磁等问题。 开关磁阻电机(SRM)是由磁阻电机和开关电路控制器组成的机电一体化新型调速电机。开关磁阻电机工作时，依次使定子线圈中的电流导通或截止，电流变化形成的磁场吸引转子的凸出磁极从而产生转矩。开关磁阻电机结构简单，成本较低，可靠性高，起动性能和调速性能好，控制装置也比较简单。然而在实际应用中，开关磁阻电动机存在着转矩波动大、噪声大、需要位置检测器等缺点，所以目前应用开关磁阻电机的驱动系统仍然很少，主要以Chloride公司的“Lucas”电动汽车为代表。 异步感应电机(M)具有结构简单、坚固、成本低、可靠性高、转矩脉动小、噪声小、转速极限高、无需位置传感器及免维护等特点，因而在电动汽车驱动电机领域里，是应用很广泛的一种无换向器电机。近年来，由IM驱动的电动汽车几乎都采用矢量控制和直接转矩控制。美国以及欧洲研制的电动汽车多采用这种电动机。 异步电机的矢量控制调速技术也比较成熟，其电驱动系统具有良好的性能，因此被较早地应用于电动汽车，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品。迄今为止，美国“Impact’’系列、“ETX．2”型，日本“Cedric"、“OTwn"、“FEV"型，德国 “T4”、“190’’型等电动汽车均采用异步感应电机。异步电机的最大缺点是驱动电路复杂，效率比永磁电机和开关磁阻电机低，特别是在轻载运行时效率更低。因此，如何进一步提高异步电机的运行效率，己经成为人们关注的重要课题。 2．变速器
电动汽车四轮独立驱动技术 一、引言 内燃机汽车自20世纪初出现至今，在其自身随人类科技的进步经历了巨大的变的过程中也给人类生活和生产带来了巨大方便，为人类社会的进步做出了巨大的贡献，但其消耗日益紧缺的石油并产生大量污染物也使人类赖以生存的环境恶化。因此近年来由于环境恶化及能源紧张等问题，迫切需要开发低能耗，无污染的汽车。因此，电动汽车成为21世纪汽车技术研究的热点。 混合动力汽车与纯电动汽车是电动汽车研究的两个分支。经过近些年的发展，电动汽车技术日趋成熟，部分产品已进入商业化应用如ToyotaPrius。目前，电动汽车传动系统多数在传统内燃机汽车的传动系基础上进行一些改变，进而将电动机及电池等部件加入总布置中。这种布置难以充分发挥电动汽车的优势。为使电动汽车对传统内燃机汽车形成更大的竞争优势，设计出适合电动汽车的底盘系统势在必行。而四轮独立驱动技术则可使电动汽车底盘实现电子化，主动化，大大提高电动汽车的性能。使电动汽车与传统汽车相比具有更强的竞争力。 二、四轮独立驱动技术的特点 电动汽车四轮独立驱动系统是利用四个独立控制的电动机分别驱动汽车的四个车轮，车轮之间没有机械传动环节。其电动机与车轮之间可以是轴式联接也可以将电动机嵌入车轮成为轮式电机，车轮一般带有轮边减速器。这种驱动系统与传统汽车驱动系统相比有以下特点： 1.传动系统得到减化，整车质量大大减轻。由电动机直接驱动车轮甚至两者集成为一体。这样省掉了离合器、变速器及传动轴等传动环节，传动效率得到提高，也更便于实现机电一体化。传动系质量在汽车整车质量中占有很大比重，机械传动系的消失，使汽车很好的实现了轻量化目标。另外，由于动力传动的中间环节减少，传动系的振动及噪声得到改善。甚至在采用纯电力驱动时，可实现无声行驶。这是美国海军的"RST-V"侦察车及其新一代军用"悍马"汽车采用四轮独立驱动技术的重要原因。 2.与传统汽车相比，四轮独立驱动系统可通过电动机来完成驱动力的控制而不需要其他附件，容易实现性能更好的、成本更低的牵引力控制系统（TCS）、防抱死制动系统（ABS）及动力学控制系统（VDC）。传统汽车的TCS与ABS系统均须对发动机与制动系进行联合控制才能达到较好性能，由于机械系统的响应较慢，且受制动器，液压管路及电磁阀的延迟等因素影响，传统内燃机汽车的ABS系统与TCS系统的实际时间延迟达50～100ms。限制了TCS系统与ABS系统的性能提高，而且增加能耗。与内燃机相比，无论在加速还是减速，电动机转矩响应都非常快且容易获得其准确值，这对TCS、ABS、VDC系统来说是非常重要的。因此电动机作为ABS、TCS及VDC 系统的执行器是非常理想的。 3.对各车轮采用制动能量回收系统，则可大大提高汽车能量利用效率，且与采用单电动机驱动的电动汽车相比，其能量回收效率也获得显著增加。这对提高电动汽车续驶里程是很重要的。 4.实现汽车底盘系统的电子化、主动化。现代汽车驱动系统布置分为前驱动、后驱动或全驱动。这两种驱动型式各有优缺点，而且对汽车行驶工况的适应性也不同。如前驱动轿车在高
几种常用电动汽车的驱动系统的比较及永磁同步电动机的相对优势 2012年1月30日 电动汽车用永磁同步电机的发展分析 彭海涛，何志伟，余海阔 (华南理工夫学电力学院，广州510640) 摘要：简要的比较了几种常用电动汽车的驱动系统，并指出了永磁同步电动机的优势。在各类驱动电机中，永磁同步电机能量密度高，效率高、体积小、惯性低、响应快，有很好的应用前景，介绍了电动车驱动用永磁同步电机的目前研究状况以及目前的研究热点和发展趋势。关键词：电动汽车；永磁同步电机；弱磁控制；控制策略；应用 中圈分类号：TM351, TM341 文献标志码：A 文章编号：1001—6848[2010)06-0078-04 O引言 电动汽车具有低噪声、零排放、高效、节能及能源多样他和综合利用等显著优点，成为各国开发的主流。电动汽车的发展有赖于技术的进步，尤其是需要进一步提高其驱动系统的性能。电动汽车对其驱动系统的要求是转矩控制能力良好，转矩密度高，运行可靠性及在整个调速范围内的效率尽可能高，从而保证车辆具有良好的动力性能和操控性，同时在车载动力电池未能取得突破的情况下，延长车辆的续驶里程。研究并开发出高水平的电机驱动控制系统，对提高我国电动汽车驱动系统水平及电动汽车的产业化具有重要意义[2]。 随着永磁材料性能的提高和成本的降低，永磁同步电动机以其高效率、高功率因数和高功率密度等优点，正逐渐成为电动汽车驱动系统的主流电机之一。 1电动汽车用电动机及驱动系统比较 电气驱动系统作为现代电动汽车的核心，主要包括：电动机、功率电子元器件及控制部分。评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车用电动机主要有直流电动机(DCM)、感应电动机(IM)、永磁电动机(PM)、开关磁阻电动机(SRM)网类。下面分别对几种电气驱动系统进行简要分析和说明，其总体比较见表l。 1.1直流电动机驱动系统 在电动汽车领域最早使用的就是直流电动机。直流电动机结构简单，易于控制，具有良好的电磁转矩控制特性，但是由于采用机械换向结构，维护困难，并产生火花，容易对无线电产
电动车动力参数匹配计算 表2动力性参数 Tab.2Dynamics Parameters 参数 指标续驶里程/km 100-180最高车速/(1km h -?) 50-700-0.7max v 1km h -?加速时间/s ≤15201km h -?最大爬坡度20%-25% 1整车额定功率计算 电动汽车在行驶过程中，整车额定功率需求一般由在平直路面上最高车速行驶所需功率决定，具体计算公式为： t max max D rated v .v A C mgf P ηρ??? ? ? ?? ?? ???+≥2 632136001(1) 式中：rated P 为整车额定功率，W k ；m 为电动汽车满载质量，kg ；g 为质量加速度， 9.82s /m ；f 为滚动阻力系数；ρ为空气密度，为1.2263m /kg ；D C 为空气阻力系数；max v 为 最高车速，h /km ；t η为传动系统效率，取0.95。 带入相关参数后计算得：rated P ≥（4.1+2.5）W k 。 2整车最大功率计算 整车最大功率需求一般出现在加速或上坡时，故依此选定。2.1加速过程最大功率 在加速过程中最大功率为： t a D max a v .a v A C mgf ma P ηρδ??? ? ? ???? ???++≥2 632136001(2) 式中：max a P 为加速时整车功率需求，W k ；δ为汽车旋转质量换算系数；a 为加速度，2s /m ；a v 为加速目标车速，h /km 。 带入相关参数后计算得： 表1整车参数 Tab.1Vehicle Parameters 参数指标驱动形式集中电机驱动 整备质量/kg xx 满载质量/kg xx 轴距/m xx 质心到前轴距离/m -质心高度/m -主传动比xx 车轮滚动半径/m xx 迎风面积/2m xx 风阻系数xx 滚动阻力系数xx 汽车旋转质量换算系数 xx 附件功率/W k xx
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一、设计要求 二、整车技术参数 三、驱动结构设计 四、驱动系统设计 五、供电系统设计 六、空调系统设计 七、真空助力系统设计 八、设计结果 一、设计要求 1、整车性能技术指标 A 运输类新能源专用车、货车动力电池系统总质量占整车整备质量比例不超过25%，作业类新能 源专用车、货车不超过20%。
B 吨百公里电耗不超过10kWh；M1、N1类采用工况法，其他暂采用40km/h等速法，其中作业类 专用车检测时上装部分不工作。 （1）最高车速：90km/h； （2）最大爬坡度：20%； （3）加速性能0-50 Km/h：<15s； （4）60km/h续驶里程≥200km（等速法）； （5）工况法续航里程≥180km； 二、整车技术参数 新能源厢式运输车选用长安传统载货汽车底盘（SC1031GDD43）为改装主体。 新能源厢式运输车是在长安底盘改装成纯电动可承载式底盘的基础上，加装载货物厢体而形成的一款新能源厢式运输车，该车配置5MT手动变数箱、永磁同步驱动电机及控制器、整车控制器、三元锂离子锂电池、高压配电和BMS管理系统、智能车载充电器、直流快充充电系统、冷却系统、真空助力制动系统、助力转向系统、车载冷暖空调以及远程监控系统等。驱动电机采用电机前置通过法兰固定于变速箱，变速箱固定于整车中部，控制器及车载充电器布置在车身前中部，动力锂离子电池、高压配电系统及电池管理系统布置在车体中前两侧部位，车载空调布置在车体前部，远程监控终端固定于驾驶室中控台内部，采用5MT手动变数箱/2档AT自动变速箱。 1.整车控制系统的工作原理图 2.相关设计的参数计算 1)整车技术参数及常数值标定
纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配 张珍 （长安大学） 摘要：本文系统的介绍了纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车主要性能的要求进行主要参数的设计及匹配，并通过对具体的车型的计算，进一步探讨了主要参数的确定。 关键词：纯电动汽车(EV) 驱动系统参数设计 1、前言 纯电动汽车(EV)即蓄电池电动汽车是“零污染”的绿色环保交通工具，它没有噪声和振动、操作性能好等远远优于内燃机汽车。EV是当前开发和研制取代内燃机汽车的首选车型，其前景广阔。 目前，我国的EV大都建立在改装车的基础上，其设计是一项机电一体化的综合工程。改装后的EV高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和然油箱换成电动机和蓄电池便可以实现的，它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹配。鉴于目前国内对EV研究的现状，故本论文的研究建立在传统汽车驱动系统的基础上。 2、电动汽车的驱动系统的基本结构 本文研究的EV的电力驱动结构形式如图1所示 图1 电驱动的形式 C——离合器；D——差速器；GB——变速器；M——电动机
3、主要部件的选型及主要参数的确定 EV 驱动系统的关键部件为：电动机、蓄电池、变速器等，这些部件类型的选择及参数设置直接决定着EV 的动力性和续驶里程等主要性能。 3.1电动机的选型及其参数的设计 3.1.1电动机的选型 电动机的选择要满足EV 对电动机性能的要求：①高电压、高转速、质量轻；②电动机具有较大的起动转矩和较宽的调速性能；③高效率、低能耗、实现制动能量的收回；④安全性必须符合相关部门的标准和规定。另外，电动机还要求可靠性好、寿命长；结构简单，适合大批生产，使用维修方便，价格低等。 3.1.2电动机额定功率的选择 本课题采用某电动汽车的部分技术参数如表1 表1 电动汽车的部分技术参数 电动机额定功率可根据EV 的最高行驶车速、爬坡和加速性能来确定[1]。建立电动机额定功率的数学模型： t D a m V A C V f g m P η÷??? ???????+???≥7614036003max max 1 (1) t a D a a a a m V A C V g m V f g m P ηαα÷??????? ???+???+????≥761403600sin 3600cos 32 (2) t a a D a m V dt du m V A C V f g m P ηδ÷?????????+??+???≥360076140360033 (3) 式中： max V =100km/h ；a m =1600(kg)；D C =0.2；a V =30km/h ；ηt =0.9；
KH-CDD21纯电动汽车动力驱动与控制一体化教学实训系统 可选用：吉利帝豪EV300、比亚迪E5、北汽EV160、荣威eRX5 一、产品简介 选用原装纯电动轿车高压电控总成和永磁同步电机；原装配套变速箱和传动轴；高压动力线和低压控制线与动力电池和管理系统实训台对接，实训台保留原车功能；真实展示纯电动轿车电驱动传动系统核心零部件之间的连接控制关系、安装位置和运行工况，以及高压系统安全注意事项，并培养学员对纯电动轿车电驱动传动系统故障分析和处理能力。适用于各类型院校新能源纯电动汽车驱动传动系统课程教学和维修维护实训。 二、功能特点 1.各主要部件安装在实训平台上，保留原车电气连接方式，断电后可方便拆装，训练拆装线束与电器，掌握高压系统零部件拆装和安全保护要点。 2.动力高压配电箱上盖采用透明5mm有机玻璃改装，清晰观察了解控制原理和内部控制元件。 3.驱动传动系统实训台高压电源由动力电池和管理系统实训台提供，与动力电池和管理系统实训台连体工作，配套连接电缆线，保留原车连接方式。 4.教学板完整显示电驱动系统工作原理图，安装检测端子，可直接在面板上检测系统电路元件的电信号，如电阻、电压、电流、频率、波形信号等。 面板采用耐创击、耐污染、防火、防潮的高级铝塑板，表面经特殊工艺喷涂底漆处理；面板打印有永不褪色的彩色电路图等； 5.传动轴输出端安装原车制动器，模拟车辆负载系统，通过调整两端负载大小，真实展示电驱动传动系统不同工况下（启动、加速、匀速、减速、停车、爬坡等）电流和电压等数据变化规律。
6.设备由平台和教学板组成，平台水平放置，安装原车零部件；底部安装4个带自锁脚轮装置。 7.面板部分采用1.5mm冷板冲压成形结构，外形美观；底架部分采用钢结构焊接，表面采用喷涂工艺处理，带自锁脚轮装置，教学板底座上配有30cm左右的台面，方便放置资料、轻型检测仪器等。 8.配备智能化故障设置和考核系统，故障点主要设置在低压控制线路，保证高压系统安全及训练实车故障处理能力。 9.为了教学安全，台架配套安装绝缘地板（绝缘与耐压国标产品地胶）。 10.配套实训指导书，包含系统工作原理，实训科目，故障设置及清除等要点。 三、基本配置（每台）