混合动力电动汽车驱动系统方案设计
摘要：面对新世纪能源和环保的巨大压力，混合动力电动汽车(HEV)成为当前主流清洁能源汽车。混合动力汽车的动力性、燃油经济性和排放性能与驱动系统结构设计和参数的匹配以及车辆在行驶过程中的协调控制密切相关。文章以某并联混合动力电动大客车为研究对象，进行了混合动力驱动系统配置、混合动力驱动系统部件选型和参数设计、多能源动力总成控制系统及其控制策略方面的研究。
关键词：混合动力电动汽车；驱动系统设计；控制策略；
Drive System Design for Hybrid Electric Vehicle
Abstract: Facing the challenges of oil shortage and air pollution, Hybrid Electric Vehicle(HEV) becomes one of the main clean vehicles. In this dissertation, With a parallel hybrid electric transit bus as the main research subject, the hybrid power drive system(HPDS), the multi-energy power train control system，the power control strategy modeling are studied and analyzed. Performances of HEV, in terms of driving,, fuel consumption, and exhaust emission, strongly depend on the coordination of the drive train and their control strategy.
Key words: Hybrid Electric Vehicle; Drive System Design; Controls strategy
引言
近几十年来，世界各国汽车工业都面临着能源危机与环境保护两大挑战。为此，各国政府纷纷制定相应对策，力图开发出新一代清洁节能型汽车[1]。以电能作为动力源，无污染、清洁、高效的电动汽车因此逐渐登上历史舞台，发展前景十分诱人。电动汽车(EV)是一种电力驱动的道路交通工具，具有广泛的内涵，一般包括蓄电池电动汽车或纯电动汽车(BEV)、混合动力电动汽车(HEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)[2]。由于电池技术的瓶颈，纯电动和燃料电池电动汽车技术发展相对缓慢。目前，混合动力电动汽车由于其高的能量效率和低的排放性能向传统汽车提出了极大挑战，发展势态迅猛，市场化进程很快。我国“十五”国家高新技术研究发展计划(863计划)将电动汽车以重大专项列入，并且将混合动力电动汽车作为现阶段电动汽车发展的重点和方向[3-5]。
1 混合动力电动汽车的分类和特点
1.1 混合动力电动汽车的定义
混合动力电动汽车是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新车型。一般是指采用内燃机和电动机两种动力，将内燃机与储能器件通过先进控制系统相结合，提供车辆行驶所需要的动力。通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染和高度自动化的新型汽车[6]。混合动力汽车按混合方式不同，可分为串联式、并联式和混联式三种；按混合度(电机功率与内燃机功率之比)的不同，又可分为微混合、轻度混合和全混合三种。
1.2 混合动力电动汽车的分类
1.2.1串联式混合动力电动汽车
串联式混合动力电动汽车由发动机、发电机、电池组、驱动电机和控制器等主要部件组成。发动机仅仅用来发电，所发出的电能通过发电机供给电动机，电动机再将电能转换为机械能驱动车辆行驶。发动机和发电机只是作为车辆的一个辅助动力单元，当发动机的输出功率超过汽车行驶所需要的功率时，发电机将发出的部分富余电能转向为电池充电，以提高汽车的续驶能力。此外，电池也可以单独作为能量源，将自身的电能提供给电动机来驱动车辆行驶，使混合动力电动汽车在零污染状态下行驶[7]。
电动机是串联式混合动力汽车唯一的驱动模式，发动机通过发电机所产生的电能和电池输出的电能，共同输出到电动机来驱动汽车行驶。串联式HEV驱动系统的结构如图1.1所示。
图1.1串联式HEV驱动系统的结构
1.2.2 并联式混合动力电动汽车
并联式混合动力驱动系统的结构如图1.2所示，与串联式混合动力汽车不同的是，动力电池组通过电动/发电机输出的机械能和发动机输出的机械能进行叠加来驱动汽车，可以组合成不同的驱动模式。并联式混合动力电动汽车主要由发动机、动力电池组、电动/发电机、电机控制器等部件组成，发动机功率和电动/发电机功率分别约为电动汽车所需最大驱动功率的50％-100％(最大)，能量利用率高。
图1.2 并联式HEV驱动系统的结构
1.2.3 混联式混合动力电动汽车
混联式混合动力汽车也可以称为串一并联混合式混合动力电动汽车，它可以分为单桥驱动混联式HEV 和双桥驱动混联式HEV两种[8]。混联式混合动力驱动系统的结构如图1.3所示，混联式驱动系统是串联式与并联式的综合，它的结构形式和控制方式充分发挥了两种驱动形式各自的优点。混联式混合动力电动汽车主要是由发动机、发电/电动机、电池组、驱动电机和控制器等部件组成。能够使发动机、发电机、电动机等部件进行更多的优化匹配，在结构上可以保证汽车在复杂工况下工作在最优状态，因此更容易实现排放和燃油消耗的控制目标。
图1.3 混联式HEV驱动系统的结构
2 混合动力客车驱动系统关键部件选型和参数设计
现根据课堂教学内容，以及课外收集的相关文献资料，对一种混合动力电动汽车驱动系统的方案进行设计。此次设计采用方案为并联式混合动力驱动系统。
2.1 混合动力客车驱动系统的关键部件选型
混合动力汽车的关键驱动部件为:发动机、蓄电池、电动机及其控制系统等。本HEV主要动力元件的选型依据样车对它们工作特性的要求。
2.1.1 发动机型式
HEV的发动机要求有一定的驱动功率，能够满足基本的动力性能要求。能够与驱动电机一起提供HEV所需要的最大功率。HEV的发动机功率一般要比同级别的内燃机汽车要小。混合动力系统的发动机追求的是高效率，而不是高功率，便于发动机的最优化调整，保证燃料充分燃烧。发动机的排量相对小一些，有助于降低摩擦损失，而加速时的动力不足可以由电机来弥补。直喷柴油发动机(CIDI)是目前大中型汽车广泛使用的动力装置，技术比较成熟，热效率高，燃油经济性好，有害排放物相对较低。另一方面，由于电子控制技术、废气增压技术、尾气处理技术等在柴油机中的应用，使柴油机的综合性能尤其是排放性能得到明显提高。因此，无论是从混合动力系统自身的特点，还是从车用动力的发展趋势来看，对于近期混合动力汽车而言，沿用技术成熟的先进直喷式增压柴油机是实际可行的方案。
2.1.2 蓄电池型式
电池仍然是混合动力汽车一个十分重要的部分，但是由于在混合动力汽车中，电池不再是唯一的能量载体，电池仅在车辆启动、低速运行、加速等工况下工作，对能量和容量的要求不像纯电动汽车那样苛刻，所以混合动力汽车电池的重量和成本都有大幅度下降，选择范围也更为广泛。由于铅酸电池可初步满足并联式混合动力客车的要求，并且从成本和布置方面考虑，铅酸电池也还被目前混合动力大客车较多采用[9]。
2.1.3 电动机驱动系统型式
电动机是混合动力汽车的驱动单元之一，电动机驱动系统包括电动机、功率电子电路及控制部分。混合动力汽车对电机驱动系统的基本要求为:
1.电机驱动系统具有宽广的调速范围，有着与汽车行驶一致的动力特性。简言之，低转速时恒转矩，高转速时恒功率。最高转速越高，在同样的额
定输出功率下，转速越高，电动机尺寸、重量越小。
2.动态性能好—电机驱动系统要能够频繁地起动/停车、加速/减速。
3.为了减少汽车的非有效载荷，要求电机驱动系统体积小、重量轻，功率密度大，在短时间内具有较高的过载能力。
4.高效率—这对于电动汽车意义尤其重大。
5.电气系统安全性和控制系统安全性—抗振动、耐腐蚀、低噪音;抗干扰，具有较好的电磁兼容性。
6.能够四象限运行，实现正反转和再生制动。
7.高电压—电压越高，电动机尺寸、重量越小，功率转换器成本越低。
8.适合批量生产，价格便宜，便于维修。对电机的选用还要考虑其控制系统的特点，要求能实现双向控制，对再生制动能量可以回收。目前混合动力车上可采用的电机一般为三种型式:交流异步电机、开关磁阻电机、永磁无刷电机[10] [11]。考虑到技术发展趋势和性能要求，交流电机驱动系统成了混合动力汽车的主要选择。
2.1.4 关键部件选型结果
在并联式混合动力大客车上，发动机应选择比基础车功率小一点的直喷式增压柴油机;基于成本、可行性，以及并联式混合动力客车对电池的要求，蓄电池应取性价比高的免维护铅酸蓄电池;电动机及其控制系统选择交流感应电动机和其相应的控制器。
2.2 混合动力客车驱动系统部件参数设计
混合动力汽车动力传动系的设计也应满足车辆的动力性能要求。动力系统部件的参数可以根据动力系统的控制策略、决定载荷的整车参数(如整车整备质量、空气阻力系数、滚动阻力系数等)和车辆的性能要求等来初步确定[12]。
2.2.1 整车参数及动力性指标
混合动力样车是以某系列传统公交车作为基础车设计的，其整车参数如表2-1所示：
表2-1整车参数
按照设计的目标，并联式混合动力大客车动力性计算指标如下：(1)最大车速max
V≥80km/h
(2)最大爬坡度为25％
(3)0-50km/h的加速时间t≤26s
(4)蓄电池单独供电，放电深度80％，平均速度50km/h时的续驶里程S≥40km。
2.2.2 发动机功率的计算
混合动力公交车在城市运行的速度不是很快，根据动力性需求我们确定的最高车速为max
V=85km/h。在其经常运行的巡航车速范围内单独由混合动力汽车发动机提供功率。混合动力汽车的发动机应能单独驱动汽车平时行驶要求的功率，并留有一定的富余功率给电池充电。即：
（2-1）式中：P e max —发动机最大输出功率/kW t
—整车动力传动系效率
V—最高车速/Km/h
m—整车质量Kg
C d—空气阻力系数
f—滚动阻力系数
A一迎风面积/m2
把表中的参数代入式中得：
而在高速工况下整车基本上由发动机单独驱动，考虑空调开时的负载功率，所以发动机功率初步选择为110kw东风康明斯生产的直列六缸增压中冷柴油机，具体参数如表2-2:
表2-2 ISBe150-30柴油机技术参数
2.2.3 电动机功率的计算
由于并联式混合动力汽车的电动机只在低速(低于20km/h)和加速时工作，所以电机功率的选择须满足汽车的加速要求和最大爬坡度以及纯电动运行的续驶里程等3项要求。根据所选电机为高效率的交流异步电机先估计电机的效率为0.9。
（2-2）
以汽车在10km/h速度爬坡25％来计算所需的功率：
（2-3）
因此驱动电机的功率必须满足Pmc>Pmc1及Pmc>Pmc2，所以我们初步选择驱动电机的额定功率为66kW，峰值功率150kW。
表2-3 驱动电机技术参数
2.2.4 电池参数计算
电池参数匹配的一般做法是，首先确定电机的最大工作电流、工作电压范围和电机的最大功率，考虑电压对电池寿命的影响，确定电池的额定电压和电压范围；接着根据纯电动行驶的能量要求来决定电池的能量，从而计算电池的容量及重量等。研究和工程实际表明，限于绝缘材料以及安全考虑，电动汽车最高电压一般低于350V。由公式2-4可知电池输出电压越高同等功率下，工作电流越小，则电池内阻损耗的能量越少，故综合考虑，我们选定电池的额定电压为300V。由公式2-4可以计算出电机驱动系统的最大工作电流。
(2-4)
式中：U0_bat--电池的额定电压，300V
P m_max--电机驱动系统的峰值功率，150kW
I m_max--电机驱动系统的最大工作电流，A
采用的是铅酸电池电压为12V，由25个电池模块串联而成。
根据上文确定的车辆性能指标，在平均车速为50km/h时纯电动行驶达到的续驶里程40km。
(2-5)
(2-6)
考虑电池设定的放电深度为80％。故蓄电池组的标称总能量应选为E/80％=28/80％=31.5kWh。
由电池的容量=能量/电压，所以电池的容量=31500/300=105Ah
综合考虑为确保整车足够的续驶里程以及实际情况中所应付的其它阻力以及驱动附属设备，电池型号等方面的因素，最终确定电池的容量为200Ah，具体参数见表2-4。
表2-4 蓄电池组参数
2.2.5 主减速器比的确定
对于并联式混合动力汽车，原则上应尽量选取较大的主减速器速比。主减速器速比越大，汽车的加速和爬坡能力越强。其大小主要根据汽车的动力性和燃料经济性的要求选定。主减速器的传动比一般为3.5-6.7。但过大将使从动齿轮的尺寸增加，减小了离地间隙，降低了汽车的通过性。在选择主减速比时，还要考虑车辆最高车速的要求，同时要注意发动机和电动机在低速时要有一定的剩余功率用于加速和爬坡。
i0的选择首先应满足车辆的最高行驶车速要求即：
(2-7)
式中：n emax——驱动发动机的最高稳定转速/r/min r r——轮胎滚动半径/m
另外为使驱动电机在车辆最高车速时仍能输出最大功率i0的选择还应满足：
(2-8)
式中：n ep——驱动发动机最大输出功率点对应的电
机转速。
主减速比介于两者之间，结合原基础车型的主减速比，我们取为6.5。 2.2.6 变速器比的选择
高速档变速器比的初步选择主要考虑发动机的工作区间是否穿过发动机工作的经济区域，城市公交工况车速一般都不高，除了经常运行在车速0-20km/h 之间(此时为纯电动)，发动机工作时对应的车速经常在35-40km/h 之间，
由公式r e
0g
r n V=0.377
i i ??得知 (2-9) 对应的发动机转速在l160-1330r/min ，根据发动机万有特性图可知，转速工作在发动机燃油经济性比较好的工作区域。同时在发动机最高转速2900r/min 下，车辆对应的最高车速也达到87km/h ，故此发动机满足设计要求。
由于本车设计要求在低于20km/h 低速状态下只有电动机单独提供动力，即在低速爬坡工况下只由电动机单独提供转矩，低速档变速器数比的初步选择主要考虑到汽车在纯电机工作下电机低速能够达到爬坡所需要的最低转矩并且要有一定的转矩富余用于爬坡加速。有公式：
（2-10）
得低速爬坡所需最小传动比：
（2-11）
式中：i 0--主减速比
G --整车重力 f --滚动阻力系数 i --坡度
Ttq --电机最大转矩 T η--传动系统机械效率
由于考虑到还需要留出一定的爬坡富余转矩故i g 应大于以上计算值，综合考虑变速器档位之间传动比比值不宜大于1.7-1.8，也不宜过小，最后选定最大传动比为2.89，在2.2.3节中所选电机基速为900转/分，低速恒转矩1600N·M ，由公式2-9可得V=25km/h ，而电机的工作区间大部分在20km/h 以
内，故所选择的电机也能满足整车动力性的需求。
表2-5 部件选型结果
3 混合动力客车驱动系统的结构及工作原理
综合考虑，选择结构如图3-1所示的并联式结构，其特点是驱动电动机通过离合器与发动机同轴
安装，再通过主减速器和变速箱驱动后桥[13]
。
图3-1混合动力客车单轴并联结构图
该系统的工作原理为在车速低于20km/h (包括倒车)时离合器分离，仅由电动机经过传动轴驱动后桥行驶。发动机则带动空气压缩机、动力转向油泵及空调压缩机等：在车速超过20km/h 匀速行驶时，离合器结合，发动机经过离合器、电动机、主减速器、变速箱和传动轴驱动后桥前进(此时电动机的转子仅作为传动轴的一部分)：在车速超过20 km/h 并加速行驶时，除了发动机经过离合器、电动机、主减速器、变速箱和传动轴驱动后桥前进外，电动机也驱动后桥前进，此时为两套驱动系统共同驱动：减速或制动时，电机再生制动回收能量。
4 混合动力客车驱动系统的控制策略
控制策略的制定是混合动力电动汽车开发的关键技术之一，因为其直接影响着能量在车辆内部
的流动及整车的性能[14]
。针对具体结构，如何根据车辆运行工况确定发动机和电动机动力分配，保持发动机工作在高效低排放工作区，延长电池使用寿命对于混合动力电动汽车驱动控制系统来说至关重要。因此，必须对混合动力电动汽车进行结构与控制策略分析，只有选择正确合理的控制策略，才能达到混合动力电动汽车节能和环保要求。
不同的混合动力汽车需要不同的控制策略来调节和控制功率从不同部件流进和流出，从而实现不同的控制目标。一般说来，混合动力汽车控制策略的控制目标主要有三个：(1)最佳燃油经济性；(2)
最低的排放；(3)最低的系统成本[15]
。
在设计混合动力汽车控制策略时，应该着重考虑以下一些问题：
(1)优化发动机的工作点。基于最佳燃油经济性、最低排放或者二者相结合，根据发动机的转矩～转速特性曲线确定最优工作点。
(2)限制发动机的最低转速。当发动机低速运行时，燃油效率很低，因而当发动机转速低于某一值时，应切断发动机的工作(关闭发动机或将离合器分离)。
(3)合适的蓄电池荷电状态。蓄电池的SOC值必须保持在适当的水平上，以便在汽车加速时能提供足够的功率，在汽车制动和下坡时能提供回收能量。
(4)安全的蓄电池电压。在放电、发电机充电或再生制动时，蓄电池的电压会发生很大变化，应避免蓄电池电压过低或过高。否则，蓄电池会产生永久性损坏。
(5)分工适当。在驱动循环中，发动机和蓄电池应合理分担汽车所需功率。
(6)工况选择。在某些城市或地区混合动力汽车应以纯电动的模式工作，这种转变可以通过手动或自动来控制。目前应用于并联混合动力汽车的控制策略主要包括电力辅助控制策略、建立在固定循环工况上的全局优化控制策略、综合管理控制策略以及自适应控制策略等。
在该并联式混合动力客车驱动系统中。发动机和电机分别作为车辆高速和低速行驶时的主要动力源。需要对发动机和电机进行协同优化控制，整车基本控制策略如下[16] [17]：
(1)当车速低于某一设定值，电池SOC值大于最小值时，电机提供全部驱动转矩，发动机关闭。
(2)当发动机在给定的转速下提供所需的转矩，但工作在低效率区域时，若此时蓄电池允许充电(SOC值小于0.8)，电机作为负载工作在发电状态，增加发动机的需求转矩。从而提高发动机的效率。
(3)当电池SOC值过低时，发动机除了提供驱动汽车所需功率外，还提供部分功率给电机，电机工作在发电状态，为电池补充电能。
(4)当汽车处于加速工况时，发动机和电机同时工作，电机对发动机助力。
(5)当汽车减速或者制动时，电机工作在发电状态给电池充电，回收制动能量。
5 混合动力客车驱动系统的优缺点
该并联式混合动力电动客车的优点[18]：
(1)具有发动机和驱动电机两个动力源，每个动力源的功率设计为车辆驱动功率的50％--100％即可，因此质量和体积都要小很多，适合布置在小型汽车上。
(2)该并联式混合动力电动客车的基本模式是发动机驱动模式，没有机械能--电能--机械能的转换过程，总的综合能量转换效率要比串联式汽车高。当车辆需要最大输出功率时，驱动电动机可以向汽车提供额外的辅助动力，因此发动机功率可以选择得较小，使汽车的燃油经济性提高。
该并联式混合动力电动客车的缺点：
(1)由于基本驱动模式是发动机驱动，故需要配备与内燃机汽车相同的传动系统，在总布置上基本与内燃机汽车相同，动力性能接近内燃机汽车，发动机有害气体的排放高于串联式汽车。
(2)发动机驱动模式需要装离合器、变速器、传动轴和驱动器等传动总成，另外还有驱动电机、动力电池组，以及动力组合器等装置，因此使动力系统结构复杂，布置和控制也更加困难。并联式驱动系统最适合在城市间道路和高速公路上行驶，行驶工况稳定，发动机经济性和排放性都会得到极大的改善。
6 结束语
(1)分析了混合动力汽车的驱动系统结构类型和各自的特点。
(2)根据混合动力汽车设计的基本原则，完成了整车动力源(发动机、电机和电池)主要参数以及传动系统速比的设计。
(3)提出了基于该混合动力电动客车的整车基本控制策略。
(4)简要分析了该串联式混合动力电动客车驱动系统的优缺点。
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电动汽车驱动电机匹配设计 目录 1 概述 (1) 2 世界电动汽车发展史 (2) 3 电驱动系统的基本要求 (5) 3.1电驱动系统结构 (5) 3.2电机的基本性能要求 (6) 4 电动汽车基本参数参数确定 (7) 4.1电动汽车基本参数要求 (7) 4.2 动力性指标 (7) 5 电机参数设计 (7) 5.1 以最高车速确定电机额定功率 (7) 5.2 根据要求车速的爬坡度计算 (8) 5.3 根据最大爬坡度确定电机的额定功率 (9) 5.4 根据额定功率来确定电机的最大功率 (9) 5.5 电机额定转速和转速的选择 (9) 6 传动系最大传动比的设计 (10) 7 电机的种类与性能分析 (11) 7.1 直流电动机 (11) 7.2交流三相感应电动机 (11)
7.3 永磁无刷直流电动机 (11) 7.4 开关磁阻电动机 (12) 8 电机的选择 (13) 9 电机其他选择与设计 (15) 9.1 电机形状位置设计 (15) 9.2 电机冷却设计 (15) 10 总结与展望 (17) 10.1 总结 (17) 10.2 问题与展望 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19) 1.概述 汽车工业在促进世界经济飞速发展和给人们生活提供便利的同时，又展现出了其双刃剑的另一面，它将能源与环境问题推到了日益尴尬的处境。“能源、环境和安全”成为了21世纪世界汽车工业发展的3大主题。其中，能源与环境问题作为全球面临的重大挑战和制约汽车工业可持续发展的症结所在，更成为重中之重。电动汽车使用电能作为动力能源，而电能具有来源广、清洁无污染等特点。电动汽车被公认为21世纪重要的交通工具。 电动汽车是指汽车行驶的动力全部或部分来自电机驱动系统的汽车，它主要以动力电池组为车载能量源，是涉及机械、电子、电力、微机控制等多学科的高科技技术产品。按照汽车行驶动力来源的不同，一般将电动汽车划分为纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，PEV）、混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）、插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和燃料电池电动汽车（Fuel Cell Electric Vehicle，FCEV）4种基本类型。 自1881年法国电气工程师Gustave Trouve制造出首辆电动汽车开始，电动汽车经历了曲折起伏的几个发展阶段，其中的决定因素就是动力电池技术和人们
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。
本科毕业设计（论文） () 论文题目：电动汽车电机驱动控制策略研究 本科生姓名：关海波学号：201211318 指导教师姓名：赵峰职称： 申请学位类别：工学学士专业：电力工程及管理 设计(论文)提交日期：（小四号楷体加黑）答辩日期：（小四号楷体加黑） 本科毕业设计(论文)
电动汽车电机驱动控制策略研究 姓名：关海波 学号：201211318 学院：新能源及动力工程学院专业班级：电力工程及管理1201班
指导教师：赵峰 完成日期： 兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity
摘要 本论文首先介绍了异步电动机的数学模型，通过坐标变换，得到了异步电动机的空间矢量等效电路。并由理想逆变器的8种开关状态入手，得到了理想逆变器的数学模型，建立了空间电压矢量的定义。并在此基础上对定子磁链和电磁转矩及空间电压矢量之间的关系进行了分析，阐述了六边形磁链轨迹和近似圆形磁链轨迹异步电动机直接转矩控制系统的结构和工作原理。 根据异步电动机直接转矩控制的工作原理，本论文在的平台下，分别搭建了六边形磁链轨迹和圆形磁链轨迹直接转矩控制系统模型。并对仿真结果进行了相应的分析，验证了异步电动机直接转矩控制策略的可行性。而且，对两种磁链轨迹直接转矩控制系统的优缺点及应用范围进行了比较。 本论文以电动汽车的电机驱动部分为研究对象，对于异步电动机的直接转矩控制技术进行了较为深入的理论研究，在电动汽车及其他相关领域的应用具有一定的参考价值。 关键词：电动汽车；电机驱动；直接转矩控制
, . . , . . , . a , a , . . ：，， 目录 摘要错误!未指定书签。 错误!未指定书签。 1 绪论错误!未指定书签。 1.1国内外电动汽车的发展及现状错误!未指定书签。 2 电动汽车电机驱动系统分析错误!未指定书签。 2.1电动汽车驱动电机的特殊要求错误!未指定书签。 2.2电动汽车电机驱动系统的分类及选择错误!未指定书签。
电动汽车四轮独立驱动技术 第一章：绪论 1.1 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Toyota Prius。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。 1.2 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： （一）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。 （二）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。 （三）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。 （四）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
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。
电动汽车的基本结构电动汽车的组成包括电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。 1.电源电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍铬电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。 2.驱动电动机驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有"软"的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（S R M）和交流异步电动机所取代。 3.电动机调速控制装置电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。 早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电
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
纯电动汽车的基本结构和原理 与燃油汽车相比，纯电动汽车的结构特点是灵活，这种灵活性源于纯电动汽车具有以下几个独特的特点。首先，纯电动汽车的能量主要是通过柔性的电线而不是通过刚性联轴器和转动轴传递的，因此，纯电动汽车各部件的布置具有很大的灵活性。其次，纯电动汽车驱动系统的布置不同，如独立的四轮驱动系统和轮毂电动机驱动系统等，会使系统结构区别很大；采用不同类型的电动机，如直流电动机和交流电动机，会影响到纯电动汽车的重量、尺寸和形状；不同类型的储能装置，如蓄电池，也会影响纯电动汽车的重量、尺寸及形状。另外，不同的能源补充装置具有不同的硬件和机构，例如，蓄电池可通过感应式和接触式的充电机充电，或者采用更换蓄电池的方式，将替换下来的蓄电池再进行集中充电。 纯电动汽车的结构主要由电力驱动控制系统、汽车底盘、车身以及各种辅助装置等部分组成。除了电力驱动控制系统，其他部分的功能及其结构组成基本与传统汽车相同，不过有些部件根据所选的驱动方式不同，已被简化或省去了。所以电力驱动控制系统既决定了整个纯电动汽车的结构组成及其性能特征，也是纯电动汽车的核心，它相当于传统汽车中的发动机与其他功能以机电一体化方式相结合，这也是区别于传统内燃机汽车的最大不同点。 1、电力驱动控制系统 电力驱动控制系统的组成与工作原理如图5.1所示，按工作原理可划分为车载电源模块、电力驱动主模块和辅助模块三大部分。 1)车载电源模块 车载电源模块主要由蓄电池电源、能源管理系统和充电控制器三部分组成。
(1)蓄电池电源。蓄电池是纯电动汽车的唯一能源，它除了供给汽车驱动行驶所需的电能外，也是供应汽车上各种辅助装置的工作电源。蓄电池在车上安装前需要通过串并联的方式组合成所要求的电压一般为12V或24V的低压电源，而电动机驱动一般要求为高压电源，并且所采用的电动机类型不同，其要求的电压等级也不同。为满足该要求，可以用多个12V 或24V的蓄电池串联成96～384V高压直流电池组，再通过DC／DC转换器供给所需的不同电压。也可按所需要求的电压等级，直接由蓄电池组合成不同电压等级的电池组，不过这样会给充电和能源管理带来相应的麻烦。另外，由于制造工艺等因素，即使同一批量的蓄电池其电解液浓度和性能也会有所差异，所以在安装电池组之前，要求对各个蓄电池进行认真的检测并记录，尽可能把性能接近的蓄电池组合成同一组，这样有利于动力电池组性能的稳定和延长使用寿命。 (2)能源管理系统。能源管理系统的主要功能是在汽车行驶中进行能源分配，协调各功能部分工作的能量管理，使有限的能量源最大限度地得到利用。能源管理系统与电力驱动主模块的中央控制单元配合在一起控制发电回馈，使在纯电动汽车降速制动和下坡滑行时进行能量回收，从而有效地利用能源，提高纯电动汽车的续程能力。能源管理系统还需与充电控制器一同控制充电。为提高蓄电池性能的稳定性和延长使用寿命，需要实时监控电源的使用情况，对蓄电池的温度、电解液浓度、蓄电池内阻、电池端电压、当前电池剩余电量、放电时间、放电电流或放电深度等蓄电池状态参数进行检测，并按蓄电池对环境温度的要求进行调温控制，通过限流控制避免蓄电池过充、放电，对有关参数进行显示和报警，其信号流向辅助模块的驾驶室显示操纵台，以便驾驶员随时掌握并配合其操作，按需要及时对蓄电池充电并进行维护保养。 (3)充电控制器。充电控制器是把电网供电制式转换为对蓄电池充电要求的制式，即把交流电转换为相应电压的直流电，并按要求控制其充电电流。充电器开始时为恒流充电阶段。
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
详解电动汽车传动系统原理、传动方式及拓扑构架设计 随着现代汽车电子技术的发展，新能源汽车、电动汽车的出现无疑给整个行业注入了一股新鲜而且充满挑战性的血液。凭借可以减少很多废弃物、有害气体的排放，对整个社会的生活环境都有很大的改善效果，得到社会及国家的高度的重视，具有很好的发展前景。下面我们就来从电动车的结构引入到电动汽车传动系统，并分析它的工作原理、传动方式、优势等，并简单的列举一些成功的应用案例。电动汽车和普通的汽车不同，它是用车载电源提供行驶的动力，用电机来驱动车轮的运动，而不是用点火装置来提供向前运动的力。我们知道，电动汽车主要是由电力驱动及控制系统、驱动力传动系统、工作装置等各个部分组成。它的工作原理是蓄电池中提供恒定的电流输出，这些恒定的电路通过电力调节器进行一次转换成可以驱动电动机的合适的电流和电压，从而可以驱动整个动力传动系统的正常运行，经过他们之间相互的作用最终给汽车提供可以运行的动力汽车可以正常的行驶。由此可见，电动汽车传动系统的有效性和安全性直接影响着整个系统的运行。电动汽车传动系统原理是直接将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴。汽车传动轴在采用电动轮驱动时，由于它是靠车载电源提供动力源驱动电动机因而可以实现带负载启动，无需离合器;也正是因为是车载电源可以提供恒定的电流，中间会有电路控制的环境来实现驱动电机的方向和转速的控制，所以不需要倒档和差速器。若采用无级调速，就可以实现自动控制，无需变速器。电动汽车传动系统的传动方式主要有三种：(1)电机+传动轴+后桥(2)电机+变速箱+后桥(3)电机+磁力变矩器+后桥以目前的变速箱技术成熟度而言，除了传统车的变速箱外还没有一款真正成熟的适用于电动汽车的产品，最可靠和适用的传动方式还是电机+传动轴+后桥的直驱方案。当然在具体的设计时，我们需要更具实际情况来设计，包括电机的位置、电源的位置、驱动负载的能力、行驶速度要求、稳定性等这些都需要综合的来考虑。了解车辆效率损失分配即从发动机输出的功率消耗在不同汽车部件上的量及比例。这对改善车辆总体的传动效能非常有用，以达到适当配置资源，改善性能的目的。各种损失，使用安装在车辆适当位置的传感器进行测定。电动汽车传动系统拓扑构架设计汽车动力传动系统采用传统的内燃机和电动机作为动力能源，通过混合使用热能和电能两套系统开动汽车。在低速小功率运行时可以关闭发动机，采用电动机驱动;而高速行驶时用内燃机驱动;通过发动机和电动机的协同工作模式，将车辆在制动时产生的能量转化为电能，并积蓄起来成为新的驱动力量.从而在不同工况下都能达到高效率。一般上有串联式、并联式、混联式和复合式4种布置形式。(1)串联式—下图中采用的电力电子装置只有电机控制器,电池和辅助动力装置都直接并接在电机控制器的入口，属于串联式，车辆的驱动力只来源于电动机。 (2)并联式—下图中是典型的并联式动力系统结构，通常在电池和电机控制器之间安装了一个DC/DC变换器,电池的端电压通过DC/DC变换器的升压或降压来与系统直流母线的电压等级进行匹配。车辆的驱动力由电动机及发动机同时或单独供给。(3)混联式----采用四轮驱动、前后轮分别与不同的驱动系相连，后轮驱动有发动机、后置电机、发电机、变速器等组成，前轮驱动由前置电机、发电机组成。由于它使用不同的驱动方式，所以整个电动汽车传动系统既分离又相关联，可以更好的控制。下图就是一个简单的混联式的拓扑构架。同时具有串联式、并联式驱动方式。(4)复合式---改结构主要集中于双轴混合动力系统中，前轴和后轴独立驱动，前轮和后轮之间没有任何驱动抽或转电力主动型的设计，这种独立的驱动，让传动系统各个部件在运行过程中相互独立控制，因此可以有更好的传输能力。要让整个系统可以更好的运行，除了结构设计方面需要注意之外，还有一个就是电动汽车传动系统的参数设计也需要合理的匹配，这些参数对传动结构的性能影响也是很大的。这一方面的知识，小编在这边文章就不具体介绍了。总结能源问题和环境污染问题是现在社会日益突出的问题，深受国家的重视。因此寻找新能源汽车可以减少废气排放，让能源可以更好的利用在汽车电子设计行业是当务之急。电动汽车正是因为具有上面
电动车控制器原理图解 单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、
U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障
闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、
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
最新能源纯电动物流车-计算设计书 【最新资料，WORD文档，可编辑修改】
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
电动汽车控制技术的研究进展 摘要 汽车控制技术是推动汽车工业可持续发展的重要保障。在全球汽车行业竞争日益激烈的背景下，如何通过理论与方法的创新，提高我国汽车控制系统的自主研发能力，完成从消费大国向制造强国的过渡是我们目前面临的重大挑战。本文主要围绕新能源汽车的关键控制问题进行论述，其主要包括：混合动力汽车扭矩需求管理、电动汽车电池管理系统、电机驱动控制、能量回收控制，总结国外的研究状况，提炼共性问题，对电动汽车控制的发展趋势给出了一些观点。 关键词：电动汽车扭矩需求管理电池管理系统能量回收控制 Abstract Automobile control technology is an important guarantee to promote the sustainable development of the automobile industry. Under the background of increasingly fierce competition in the global automotive industry, how to improve the independent research and development capability of China's automobile control system through the innovation of theory and method and complete the transition from consuming country to manufacturing country are the major challenges we are facing. This paper focuses on the key control issues of new energy vehicles, including: hybrid vehicle torque demand management, electric vehicle battery management system, motor drive control, energy recovery control. And summarizes the research situation at home and abroad, refines common problems, gives some views about the development trend of electric vehicle control. Key words:Electric Vehicle Torque demand management Battery management system Energy recovery control 1 前言 能源枯竭、环境污染已经成为当前社会亟需解决的问题。电动汽车在节能减排、遏制气候变暖以及保障石油供应安全等方面有着传统汽车无法比拟的优势，受到了各国政府、汽车生产商以及能源企业的广泛关注。日益提升的电池设备、充电技术以及充电设施也促进电动汽车不断普及。研究表明，在中等发展速度下，