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纯电动客车动力传动系参数匹配及整车性能研究一、本文概述随着全球对环境保护和可持续发展的日益关注，纯电动客车作为一种绿色、环保的交通工具，受到了广泛的关注和应用。
然而，纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题一直是影响其整车性能的关键因素之一。
因此，本文旨在深入研究纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题，以及其对整车性能的影响，为纯电动客车的研发和优化提供理论支持和实践指导。
具体而言，本文将首先分析纯电动客车动力传动系统的基本原理和构成，探讨其主要组成部分（如电池、电机、变速器等）的性能特点和相互关系。
在此基础上，本文将研究纯电动客车的动力传动系统参数匹配问题，包括电机参数、电池参数、传动比等的匹配与优化。
本文还将探讨这些参数匹配对纯电动客车整车性能（如动力性、经济性、续驶里程等）的影响，以及如何通过参数优化来提升整车性能。
通过本文的研究，希望能够为纯电动客车的动力传动系统参数匹配提供理论依据和实践指导，推动纯电动客车技术的进一步发展，为绿色交通和可持续发展做出贡献。
二、纯电动客车动力传动系统概述纯电动客车作为新能源汽车的重要组成部分，其动力传动系统的设计与优化对于提升整车性能具有至关重要的作用。
纯电动客车的动力传动系统主要由电池组、电机、控制器以及传动机构等核心部件构成。
这些部件的协同工作，使得纯电动客车能够实现高效、环保的行驶。
电池组是纯电动客车的“心脏”，它为整车提供所需的电能。
电池组的性能直接影响到车辆的续航里程、加速性能以及能量利用率等关键指标。
因此，在动力传动系统参数匹配过程中，需要充分考虑电池组的能量密度、充放电速率以及循环寿命等特性。
电机作为动力输出装置，负责将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
电机的选择需要考虑其功率、扭矩以及效率等因素，以确保纯电动客车在不同工况下都能够提供足够的动力。
同时，电机的控制策略也是动力传动系统中的重要环节，它直接影响到车辆的驾驶性能和能量消耗。
控制器是纯电动客车的“大脑”，它负责协调电池组、电机以及传动机构等部件的工作。
电动汽车驱动电机的设计与选型全世界的汽车保有量和使用量的逐日增大，世界能源问题越来越突出，电动汽车方向逐渐出现并在汽车领域占有了一个非常重要的位置。
早在20世纪50年代初，美国人罗伯特就发明了一种将电动机、传动系统和制动系统融为一体的轮毂装置。
该轮毂于1968年被通用电气公司应用在大型的矿用自卸车上。
相对与传动汽车、单电机集中驱动的汽车，轮毂电机式电动汽车具有以下优点：动力控制通过电子线控技术实现对各电动轮进行无级变速控制，以及各电动轮之间的差速要求，省略了传统汽车所需的波箱、离合器、变速器、传动轴等；在电机所安装的位置同时可见，整车的结构变得简洁、紧凑，车身高降低，可利用空间大，传动效率高。
容易实现各电动轮的电气制动、机电复合制动和制动能量回馈。
底盘结构大为简化，使整车总布置和车身造型设计的自由度增加。
若能将底盘承载功能与车身功能分离，则可实现相同底盘不同车身造型的产品多样化和系列化，从而缩短新车型的开发周期，降低开发成本。
若在采用轮毂电机驱动系统的四轮电动汽车上导入线控四轮转向技术(4WS)，实现车辆转向行驶高性能化，可有效减小转向半径，甚至实现零转向半径，大大增加了转向灵便性。
（说起来很轻松，但是如果真正实现起来，上面那段话恐怕十年之内都没办法产业化，比如机电复合制动，比如制动能量回馈，原理不难，难的是在技术、成本、产业、供应商等等条件都成熟起来之后......）1.电动汽车基本参数参数确定1.1 该电动汽车基本参数要求，如下表：1.2 动力性指标如下：最大车速X；在车速=60km/h时爬坡度5%（3度）；在车速=40km/h时爬坡度12% （6.8度）；原地起步至100km/h的加速时间；最大爬坡度（16度）；0到75km/h加速时间；具备2~3倍过载能力。
2.电机参数设计一般来说,电动汽车整车动力性能指标中最高车速对应的是持续工作区，即电动机的额定功率；而最大爬坡度和全力加速时间对应的是短时工作区(1～5min),即电动机的峰值功率。
纯电动汽车电机驱动系统传动机构参数设计首先，需要确定传动机构的传动比。
传动比决定了电机输出转速和车轮转速之间的关系，它的选择要考虑到车辆的加速性能和续航里程。
较高的传动比可以提高车辆的加速性能，但会降低续航里程。
因此，应根据不同的用途来确定传动比，以取得最佳平衡。
第二个参数是传动系数。
传动系数表示传动机构的效率，即能量转换的效率。
较高的传动系数可以减少能量损失，提高车辆的续航里程。
传动系数的选择要考虑到传动机构的摩擦损失、机械结构的设计和材料的选择等方面。
第三个参数是传动的可靠性。
传动机构在运行中需要承受较大的负荷和振动，因此需要具备较高的可靠性，以保证车辆的安全运行。
传动机构的设计应该符合相关标准和规范，并进行强度分析和疲劳寿命评估。
第四个参数是传动的噪音和振动。
传动系统的噪音和振动会对乘坐的舒适度和驾驶的感受产生影响。
传动机构的设计应考虑降低噪音和振动的措施，例如采用隔音材料、减振措施和优化结构设计等。
最后一个参数是传动机构的重量和体积。
传动机构的重量和体积直接影响着车辆的整体重量和空间利用率。
较轻的传动机构可以减少车辆的整体重量，提高能效和续航里程。
较小的体积可以提供更多的空间给电池等其他部件的布置。
在进行传动机构参数设计时，需要进行多种因素的权衡和优化。
可以利用计算机辅助设计软件进行参数设计和仿真分析，以获取最佳的设计方案。
此外，还需要进行实验验证和不断的改进，以提高传动机构的性能和可靠性。
济南职业学院毕业设计（论文）题目：新能源汽车电动汽车动力及控制技术设计系部：机械系济南职业学院毕业论文（设计）任务书课题名称：电动汽车动力及控制技术设计系部：_机械系专业：汽车检测与维修__________ 姓名：_ 学号：指导教师：_ 二〇一一年4月25 日毕业设计（论文）成绩评定表系部：机械系专业：汽车检测与维修班级：1班注：设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）新能源汽车电动汽车动力及控制技术设计摘要随着世界环境的污染、全球石油危机日益严重而带动的石油价格不断上涨给汽车工业带来了不可忽视的冲击，也增强了人们开发新能源的意识，而新能源汽车更是人们关注的一大焦点。
目前电瓶式纯电动汽车以噪音小、耗能低、无污染、成本低、结构简单而成为新能源汽车发展的主流，世界很多国家都投入了大量的人力、财力去开发电动汽车。
本文主要围绕电动汽车的电动机以及目前普遍使用的电动车控制系统主要参数作出分析，例如转速与转矩的关系、转速与功率的关系、功率与转矩的关系以及传动比、蓄电池的比能量等，设计出合理的电动车动力系统和控制系统。
本文主要采用的技术有：1、电动机的转矩、转速、功率。
2、电动机的主要调速方式。
关键词：电动机、发动机、转矩、变频调速、交流电动机、EV目录第一章前言 (1)第二章电动汽车构造与原理 (2)第一节电动车的种类 (2)第二节蓄电池电动车 (4)第三节燃料电池电动车 (10)第三章电动车动力及控制设计 (12)第一节电动车驱动电机种类 (12)第二节直流驱动电动机 (14)第三节交流驱动电动机 (18)第四节直流电动机的控制 (21)第五节三项交流电动机的控制 (24)第四章我国电动汽车的缺陷 (27)第五章电动汽车的发展趋势 (29)致谢 (31)附录一 (32)附录二 (33)参考文献 (39)第一章前言汽车工业的告诉发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。
电动汽车动力传动系统零部件组成电动汽车动力传动系统的零部件包括电机、变速器、传动轴、差速器、半轴和车轮。
电机可以从静止状态开始运转，并且能在较宽速度范围内进行有效的工作。
这种能力使得它可以省去离合器，而在传统内燃机汽车上则需要使用离合器。
单一的传动比可以满足电机转速与车轮速度的匹配。
电动汽车可以设计成不需要齿轮的形式，但是减速器的使用使电机可以在一定车速下高速运转，这种高转速低转矩的需求特性可以缩小电机的尺寸。
在前轮驱动情况下，电机驱动安装在前轴上的变速器的示意图如图1所示。
这是电动汽车使用单个驱动电机的结构形式。
单电机驱动同轴上的驱动桥，通过中空的电机轴分别向两个车轮传递动力。
后轮驱动中传动系的结构较为复杂，它需要用差速器来控制车辆的转弯。
图2所示为典型的后轮驱动电动汽车动力传动系统的结构形式。
典型的前轮驱动典型的后轮驱动使用双电机独立驱动前轮可以简化动力传动系统，并且不需要使用差速器。
用两个驱动电机来驱动两个车轮可以实现多种结构形式。
在其中一种布置形式中．悬挂于底盘上的电机可以通过两个短的半轴连接到车轮。
为了使汽车在不同道路状况下都能够操控简便，悬架系统将车轮及其相关部件与车辆的其他机构相隔离：当电机被悬置在汽车底盘上时，由于没有了电机重量，车轮可以自由地移动。
在另一种布置形式中，电机被安装在作为半轴一部分的电机驱动轴上。
一边是半轴与车轮相连接，而另一边是底盘通过一个支点连接。
电动汽车上电机的另．种布置形式是轮毂电机。
这种布置形式的问题在于，由于车轮内部安装了电机而导致汽车非簧载质量的增加，进而造成牵引力控制变得更加复杂。
为了减小汽车的非簧载质量，同时由于可用空间的有限性，轮毂电机必须具有高功率密度。
正如上面所提到的，减速器的使用具有其必要性，但是这会加剧可利用空间的局限性。
高功率、大转矩电机高昂的成本是电动汽车使用轮毂电机的最大障碍。
轮毂电机的另一个问题在于，制动时所产生的热量，能否被狭小空间的有限冷却能力所散失。
10.16638/ki.1671-7988.2019.04.001微型纯电动汽车动力系统匹配及优化仿真研究*陈龙浩1,2（1.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室（武汉理工大学），湖北武汉430070；2.汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北武汉430070）摘要：文章以一款微型客车为例，在满足预设的动力性能要求的条件下，理论匹配计算出动力系统中电机、电池及减速器等关键部件的参数，通过应用正向仿真软件A VL Cruise，设置工况为中国典型城市工况，验证理论计算的合理性，得出了整车的爬坡加速等动力性能、电耗和续驶里程等经济性能。
最后利用带精英策略非支配排序遗传算法对传动系速比进行优化，在保证设计的动力性要求下，整车的能耗降低了3.41%。
关键词：纯电动汽车；动力系统；参数匹配；Cruise仿真；多目标优化中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)04-03-06Study on power system matching and optimization simulation ofmicro pure electric vehicleChen Longhao1,2( 1.Hubei Key Laboratory of Advanced Technology for Automotive Components（Wuhan University of Technology）, Hubei Wuhan 430070;2.Hubei Collaborative Innovation Center for Automotive Components Technology, Hubei Wuhan 430070 )Abstract:A microbus, for example, under the condition of meet the requirements of the dynamic properties of the preset, matching theory to calculate the dynamic system of the parameters of the key components such as motors, batteries and reducer, by applying the forward simulation software A VL Cruise, set up the standard operating mode Typical urban operating mode in China, validate the rationality of the theoretical calculation, it is concluded that the vehicle's power performance, such as climbing speed travel distance and economic performance such as power consumption. At last, the transmission ratio is optimized by using the genetic algorithm of non-dominant sequencing with elite strategy. Under the requirement of dynamic design, the energy consumption of the whole vehicle is reduced by 3.41%.Keywords: Pure electric vehicle; Power system; Parameters match; Cruise simulation; Multi-objective optimization CLC NO.: U469.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)04-03-06前言随着汽车工业的高速发展，全球能源紧缺问题愈发严重，传统燃油汽车的替代方案将显得迫在眉睫，形式各异的新能源汽车成为研究重点，考虑到实现难度，纯电动汽车被认为是当下合理的解决方案[1]。
基于CRUISE的纯电动汽车动力参数匹配设计及仿真作者：李胜琴于博来源：《森林工程》2019年第01期摘要：纯电动汽车是目前研究和开发的热点，而动力传动系统参数匹配设计是纯电动汽车的关键技术。
本文针对某款纯电动汽车，进行动力传动系统参数匹配设计。
按照整车性能要求，依据动力学原理，对车辆电机、电池、主减速比等动力参数进行设计及匹配计算，利用AVL CRUISE软件，建立目标车辆的整车模型，并用Simulink搭建制动能量回收模型，结合NEDC和FTP75两种典型工况进行联合仿真。
仿真试验结果表明，本文所设计的动力传动系统参数和制动能量回收控制策略能够满足目标车辆的性能要求，可以有效提高车辆的动力学性能，增加车辆的续驶里程，提高电池的寿命。
本文研究内容可以为纯电动汽车动力传动系统的设计和控制策略的研究提供参考。
关键词：纯电动汽车;动力系统;CRUISE仿真;制动能量回收中图分类号：U463.1 文献标志码：A 文章编号：1006-8023（2019）01-0080-07Abstract： Pure electric vehicles are the hotspot of current research and development， and the power train parameter matching design is the key technology of pure electric vehicles. In this paper，a power train parameter matching design is applied to a pure electric vehicle. According to the performance requirements of the vehicle and the dynamic principle， the design and matching calculation of the vehicle’s motor， battery， main reduction ratio and other dynamic parameters are carried out. The AVL CRUISE software is used to establish the vehicle model of the target vehicle，and the braking energy recovery model is built with Simulink. Combined with two typical working conditions， NEDC and FTP75， the joint simulation is carried out. The simulation results show thatthe power train parameters and braking energy recovery control strategy designed in this paper can meet the performance requirements of the target vehicle， which can effectively improve the dynamic performance of the vehicle， increase the driving range of the vehicle and improve the battery life. The research content of this paper can provide reference for the research of design and control strategy of pure electric vehicle power train.Keywords： Pure electric vehicle; power train system; CUISE simulation; brake energy recovery 0 引言随着能源危机的加剧，新能源汽车逐渐成为主角，已经成为今后的发展方向。
第三章 传动系参数设计3.1 概述电动汽车动力传动系统的设计应该满足车辆对动力性能的要求和续驶里程的要求。
确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。
我们得到动力性能的要求，即最高车速50km/h ，加速性能0~45km/h 小于10s ，爬坡度不小于20%。
为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。
根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度。
汽车的行驶方程式为：t F F =∑ (1)式中：F t ——驱动力；ΣF——行驶阻力之和。
3.1.1 驱动力发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。
此时作用于驱动轮上的转矩T t 产生一对地面的圆周力F 0，地面对驱动轮的反作用力F t （方向与F 0相反）即是驱动汽车的外力，此外力称为汽车的驱动力。
其数值为：t t T F r= （2） 式中：T t —作用与驱动轮上的转矩；r —车轮半径。
图 汽车的驱动力 由于电动汽车采用电动机驱动，所以在电动汽车中T t 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Σi ，主减速器的传动比i 0，变速器的传动比i g ，传动系统的机械效率为ηt ，驱动电动机的输出转矩为T tq ，则有：t tp t T T i η=⋅⋅∑ (3)0g i i i ∑= (4)3.1.2 行驶阻力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。
因此汽车行驶的总阻力为：f w i j F F F F F=+++∑ （5） 式中：F f —滚动阻力；F w —空气阻力；F i —坡度阻力；F j —加速阻力其中：(1) 滚动阻力：F f 可以等效的表示为：f F W f =⋅ （6）式中：W —作用于车辆上的法向载荷；ｆ—滚动阻力系数，与路面种类，行驶车速以及轮胎的结构、材料、气压等有关。
研究中滚动阻力系数，按经验公式取值。
(2) 空气阻力：212w D r F C A u ρ=⋅⋅⋅⋅ （7） 式中：ＣＤ—空气阻力系数；Ａ—迎风面积，即车辆行驶方向的投影面积；ρ—空气密度，一般ρ＝1.2258Ns 2m -4。
ｕｒ—相对速度，在无风时即车辆的行驶速度。
在无风条件下汽车的运动，ｕｒ即为汽车的行驶速度u a 。
如u a 以km ／h 计，A 以m 2计，则空气阻力(N)为：221.15D r w C A u F ρ⋅⋅⋅= (8) (3) 坡度阻力：s i n i F G α=⋅ (9)式中：α—坡度。
一般道路的坡度均较小，此时sinα=tanα=i 。
(4) 加速阻力：j du F m dtδ=⋅⋅ (10)式中：δ—车辆旋转质量换算系数；m —车辆质量；du dt—行驶加速度。
这样，汽车行驶阻力为： 2s i n 21.15D a C A u du F W f G m dt αδ⋅⋅=⋅++⋅+⋅⋅∑ (11)车辆行驶时，不仅驱动力和行驶阻力相互平衡，电动机功率和车辆行驶阻力功率也总是平衡的。
即：在车辆行驶的每一时刻，电动机发出的功率P e 总是等于机械传动损失的功率与全部运动阻力所消耗的功率之和。
在纯电动汽车中，P e 为电动机的输出功率。
车辆运动阻力所消耗的功率有滚动阻力功率P f ，空气阻力功率P w ,坡度阻力功率P i 以及加速阻力功率P j 。
即：1()e f w i j P P P P P η=⋅+++ (12)根据以上的推导，可得车辆行驶过程中的平衡方程如下：9550tq e T nP ⋅= (13)21()36007614036003600D a a a e C A u G u i m u W f du P dtδη⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅+++⋅ (14) 对纯电动汽车而言，式中：P e —电动机输出功率(kW)；n —电动机输出转速(rpm)。
3.2 传动比某车型的固定减速比为6.3(1) 传动比的选择首先应满足车辆最高车速的要求，由最高车速v max 与电机的最大转速n max 确定传动比的上限，即m a x 0m a x0.377n r i v ⋅⋅≤ (15) 已知最高车速v max =50km/h ，电机的最大转速n max =3100，车轮半径r=0.245，则：00.3770.2453100i 5.750⋅⋅≤= (2) 由电机的最高转速对应的最大输出转矩Tmax ，和最高车速对应的行驶阻力F max 确定速比的下限，即m a x 0'm a x F r i T η⋅≤⋅ (16)2max ()21.15D C A n F m g f ⋅⋅=⋅⋅+已知f=0.01，r=0.245，C D =0.4，A=1.8/m 2，m=800kg ，则2max 0.41.850(8009.80.012)179.221.15F N ⋅⋅=⋅⋅+=0179.20.245 6.50.975i ⋅≤=⋅⋅(3) 由电机最大输出转矩T max 和最大爬坡度对应的行驶阻力F amax 确定，即 m a x 0m a x2a F r i T η⋅≥⋅⋅ (17) 其中：F amax =m g cosαf+m g sinα =800·9.8·0.98·0.012+800·9.8·0.2=1628.5 N ，r=0.245m 。
01628.50.245 3.6920.960i ⋅≥=⋅⋅ 原车型主减速比不满足要求3.3 电机参数设计设计原则：动力系统的额定功率必须满足车辆以最高车速行驶、动力系统必须满足车辆加速性的要求、动力系统必须满足车辆以最大爬坡度爬坡的要求、 动力系统必须满足车辆以额定转矩在额定车速行驶的要求、根据汽车的动力性指标选择最适合的驱动电机。
3.3.1 电动机额定功率所选择的电动机功率应不小于在平坦良好路面上车辆以最高车速行驶时阻力功率之和，即3max max 1360076140g d t M f C A Pe V V η+⎛⎫= ⎪⎝⎭（18） 满载时：G=800×9.8N ，f=0.012，C D =0.4，A=1.8m 2，η=0.9，u a =50km/h218009.80.012500.41.850() 1.470.9360076140Pe kw ⋅⋅⋅⋅⋅=+=式中，P e 为电动机额定功率；M 为整车总质量；g 为重力加速度；f 为滚动阻力系数；U max 为最高车速；C d 为空气阻力系数；A 为车辆迎风面积；ηt 为传动系效率。
3.3.2 电动机额定转矩当电动汽车以额定车速在平地上匀速行驶时，电动机输出的转矩即为额定转矩。
2021.15D T i C A u M g f r η⋅⋅⋅⋅=⋅⋅+ (19) 已知车型常规车速为20km/h ，20()21.15 4.76D C A u r M g f T i η⋅⋅⋅⋅+==⋅ 根据 9554T P n=⋅ (20) 将P=5kw ，n=3100带入，得T=15.4，额定转矩（15.4）大于额定转速下的转矩（4.76），因此此车型满足行驶条件。
3.3.3 电动机加速性能在水平良好路面上，车辆的行驶加速度表示为：2021.15tq u D tT i d C A u M g f M rd ηδ⋅⋅⋅⋅=⋅⋅++⋅ (21) 0tq g t T i i F r η⋅⋅⋅= (22)式中：T tq —电机额定转矩；i g —变速器传动比；i 0—主减速器传动比；r —车轮半径；η—传动机构效率，包括变速器、传动轴和主减速器；F w —车辆行驶的空气阻力，221.15D w C A u F ⋅⋅=；F f —车辆行驶滚动阻力 f F M g f =⋅⋅；M —总质量；δ—转动质量换算系数则，电动汽车从起步加速到速度为U 的加速时间为：00()uu t w f dt M t du du du F F F δ⋅=⋅=--⎰⎰ (23)4.3.4 根据电动汽车的最大爬坡度要求，可得电动汽车需求的最大转矩。
0tq g t f i T i i F F F rη⋅⋅⋅=+= F f =m·g·f·sinα；F i =m·g·cosα；i g =1，i 0=6.3，η=0.9，m=800kg ，g=9.8m/s 2，f=0.012，α=tan -1（0.2）=11.3°0(sin cos )68.35tq g m g m g r T N m i i ααη⋅⋅+⋅⋅⋅==⋅⋅⋅ 3.4 电池参数的确定结合确定的电机参数，参考市面上已有的动力电池，我们选定某型号的锂铁动力电池作为我们的动力源。
最大电池容量为150Ah ，起始容量为90%，额定电压为72.0V ，最大电压82.2V ，最小电压60V 。
电池组电池数量为1，电池组质量为120kg 。
综上所述，选取车型的额定功率5kW ，最大功率15kW ，可以满足功率要求。
电动机的最大转速是3100r/min ，额定转速是1500 r/min 。
采用的最大转矩50 N·m ，最大转速时的转矩为15 N·m 。
额定电压60V 。
