交通運(yùn)輸專業(yè)畢業(yè)論文--純電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

1、交通運(yùn)輸專業(yè)畢業(yè)論文-純電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 目 錄緒論?51.1 引言?51.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車開展現(xiàn)狀?51.3 本文研究的意義?71.4 本文研究的主要內(nèi)容?8第二章 電動(dòng)汽車的根本結(jié)構(gòu)?8 2.1 電動(dòng)汽車的根本組成?8 電源?8 電池管理系統(tǒng)?8 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?8 底盤和車身?9 輔助設(shè)施?102.2 本章小結(jié)?10 傳動(dòng)系參數(shù)設(shè)計(jì)?10 3.1 概述?10 驅(qū)動(dòng)力?11 行駛阻力?123.2 傳動(dòng)比?133.3 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)?14 電動(dòng)機(jī)額定功率?14 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩?14 電動(dòng)機(jī)加速性能?143.4 電池參數(shù)確實(shí)定?15建立整車仿真模型?16Cruise簡(jiǎn)介?16

2、電機(jī)模型的建立?17電池模型的建立?18整車模型的建立?19仿真及結(jié)果分析?20 5.1 整車仿真及結(jié)果分析?215.2 電機(jī)仿真及結(jié)果分析?225.3 電池仿真及結(jié)果分析?22全文總結(jié)及未來展望?23致謝?25參考文獻(xiàn)?26摘 要隨著石油等能源短缺與環(huán)境污染問題的日益突出，開展具有零排放、高能源效率的純電動(dòng)汽車顯得尤為重要。如今，我國(guó)電動(dòng)汽車技術(shù)飛速開展，涌現(xiàn)出一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的公司和產(chǎn)品。但是電動(dòng)汽車走進(jìn)我們的生活，還存在很多亟待解決的問題。 本文對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系部件的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)純電動(dòng)汽車性能要求進(jìn)行主要參數(shù)的設(shè)計(jì)及匹配，通過對(duì)具體車型的計(jì)算，建立仿真模型，并在cruise軟件下

3、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，模擬得到其動(dòng)力性能，驗(yàn)證該模型車輛動(dòng)力性能的可行性。分析影響續(xù)駛里程、最高車速和最大爬坡度的各種因素，提出能夠很好地提高電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的措施和方法。進(jìn)一步探討主要參數(shù)確實(shí)定，選擇并設(shè)計(jì)出一種切實(shí)可行的純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞： 純電動(dòng)汽車 傳動(dòng)系 參數(shù)匹配 cruise 仿真AbstractWith oil and other energy shortage and environmental pollution problems have become increasingly prominent, Development of EV which possess

4、 zero emissions, high energy efficiency is particularly important. Nowadays, in our China, electric vehicle technology developing rapidly, a number of internationally competitive companies and products emergence. But we need to solve many problems, for the purpose that Electric vehicles come into ou

5、r lives. This article study on the design parameters of Power train parts, according to the pure electric vehicles performance requirements, design and matching main parameters, through calculate specific models, create a simulation model, and Simulation experiment under cruise software, Get its dyn

6、amic performance, verify that the feasibility of a model vehicle dynamic performance. Analysis various factors which effect imum grade ability, imum speed, driving range. Propose good measures and methods which can to greatly improve the dynamic performance of electric vehicles. Further discussion o

7、n the determination of main parameters, select and design a practical EV power train suggestion.Key words EV transmission power-train matching Cruise simulation 第一章 緒論1.1 引言由于經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速開展，我國(guó)對(duì)能源的需求急速增長(zhǎng)。2021年2月25日，我國(guó)能量研究會(huì)公布，去年，我國(guó)一次能源消費(fèi)量為32.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比增長(zhǎng)了6%，中國(guó)已成為全球第一能源消費(fèi)大國(guó)。中國(guó)能源研究會(huì)預(yù)測(cè)，我國(guó)能源需求將繼續(xù)增長(zhǎng)，這將進(jìn)一步推動(dòng)能源價(jià)格的

8、普遍上漲。此外，國(guó)際油價(jià)一路上漲。去年我國(guó)原油全年平均進(jìn)口油價(jià)為每桶61美元，相當(dāng)于每天支付4億美元進(jìn)口原油。最近，倫敦市場(chǎng)上布倫特原油期貨價(jià)格到達(dá)113美元/桶以上，比調(diào)價(jià)時(shí)的102美元/桶，漲了10%左右；紐約市場(chǎng)上原油期貨價(jià)格也比調(diào)價(jià)時(shí)上漲了超過10%。如果國(guó)際油價(jià)上漲10%，就相當(dāng)于今年每天進(jìn)口石油需花費(fèi)5億-6億美元，相比調(diào)價(jià)前每天多花5000多萬(wàn)美元。交通運(yùn)輸是目前我國(guó)能源消耗最大，也是能源消耗增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。與此同時(shí)，交通所造成的污染日趨嚴(yán)重。汽車尾氣排放已成為我國(guó)各大中城市污染的主要來源之一，交通所造成的污染越來越影響到人們的生活質(zhì)量。因此，降低能源消耗、減少環(huán)境污染，以保

9、持交通運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)開展，已成為我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)可持續(xù)開展所面臨的首要任務(wù)。純電動(dòng)汽車作為“綠色的交通工具，它的投入運(yùn)行不僅對(duì)緩解能源危機(jī)以及環(huán)境問題有著重要的作用，對(duì)于我國(guó)自身相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開展以及我國(guó)汽車業(yè)在國(guó)際中的地位也有著及其重要的意義。1.2 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車開展現(xiàn)狀 國(guó)外電動(dòng)汽車開展現(xiàn)狀 世界各國(guó)著名的汽車廠商都在加緊研制各類電動(dòng)汽車，并且取得了一定程度的進(jìn)展和突破?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車一般可分為四類：純電動(dòng)汽車PEV、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車HEV、燃料電池電動(dòng)汽車FCEV、外接充電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車PHEV。 美國(guó)一直致力于提高乙醇以及生物柴油等可再生資源使用量，同時(shí)，美國(guó)政府也鼓勵(lì)以混合動(dòng)力車為代表的

10、其他新能源汽車的使用。美國(guó)的混合動(dòng)力汽車在2004年前后進(jìn)入商業(yè)化推廣階段。規(guī)定消費(fèi)者購(gòu)置通用汽車、福特、豐田、日產(chǎn)等公司生產(chǎn)的符合條件的混合動(dòng)力車，可以享受到稅款抵免優(yōu)惠。推動(dòng)新能源汽車開展是奧巴馬政府能源政策的組成局部希望通過開展和利用新能源，使美國(guó)擺脫對(duì)海外石油的過度依賴。奧巴馬總統(tǒng)上任后，美國(guó)通過制定進(jìn)一步嚴(yán)格的汽車燃油排放標(biāo)準(zhǔn)和新能源汽車政策，以及通過政府采購(gòu)節(jié)能汽車，消費(fèi)者購(gòu)置節(jié)能汽車減稅，設(shè)立新能源汽車的政府資助工程，投資促進(jìn)新能源汽車根底設(shè)施建設(shè)等策略，美國(guó)政府進(jìn)一步推動(dòng)汽車產(chǎn)品朝著“小型化和“低能耗的方向開展。德國(guó)在新能源汽車研發(fā)方面處于世界領(lǐng)先地位。早在2007年，德國(guó)政府

11、就已經(jīng)把將電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，也就是鋰離子電池列入到“高科技戰(zhàn)略中。2021年8月19號(hào)，德國(guó)政府又公布了?國(guó)家電動(dòng)汽車開展方案?，這個(gè)方案的目標(biāo)是到2021年使德國(guó)擁有100萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。德國(guó)政府希望借助這項(xiàng)方案能夠讓德國(guó)成為世界電動(dòng)汽車市場(chǎng)的領(lǐng)軍者。德國(guó)在研發(fā)電動(dòng)汽車和混合燃料車進(jìn)行各項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，也沒有忘記相關(guān)的根底設(shè)施建設(shè)。包括群眾、奔馳、寶馬和歐寶在內(nèi)的多家德國(guó)汽車巨頭都在積極研發(fā)電動(dòng)汽車。意大利的汽車工業(yè)也很興旺，意大利是歐盟國(guó)家中在汽車新能源技術(shù)方面比擬領(lǐng)先的國(guó)家之一。首先，這源自政府采取的一系列鼓勵(lì)和支持政策，比方為購(gòu)置環(huán)保新型車的消費(fèi)者提供一定的補(bǔ)貼，這些補(bǔ)貼都可以在報(bào)廢

12、舊車根底上進(jìn)行累加。在金融危機(jī)和經(jīng)濟(jì)衰退的不利背景下，加大研制開發(fā)新能源汽車產(chǎn)品并取得顯著成績(jī)。不僅有菲亞特這樣的大型汽車生產(chǎn)集團(tuán)，一些中型汽車公司或汽車業(yè)界聯(lián)合體也大量涉足新能源汽車的研制與開發(fā)。日本異常重視新能源汽車的開發(fā)。日本混合動(dòng)力車已形成產(chǎn)業(yè)化，目前，豐田、本田、日產(chǎn)等日本廠商的混合動(dòng)力汽車不僅在國(guó)內(nèi)熱銷，在國(guó)際市場(chǎng)上也令其他國(guó)家廠商望其項(xiàng)背。日本為攻克電池方面的關(guān)鍵性技術(shù)，已建立了開發(fā)高性能電動(dòng)汽車動(dòng)力蓄電池的最大新能源汽車產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同實(shí)施2021年度“革新型蓄電池尖端科學(xué)根底研究專項(xiàng)新工程。為推進(jìn)新能源汽車以及環(huán)保汽車，日本從2021年4月1日起實(shí)施“綠色稅制，它的適用對(duì)象包括

13、純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、清潔柴油車、天然氣車以及獲得認(rèn)定的低排放且燃油消耗量低的車輛。此外，日本實(shí)施低排放車認(rèn)定制度，高、中檔轎車和經(jīng)濟(jì)型轎車都可以向國(guó)土交通省申請(qǐng)接受低排放車認(rèn)定。消費(fèi)者可根據(jù)所購(gòu)車輛的排放水平享受不同的減稅待遇，購(gòu)置以天然氣為燃料或混合動(dòng)力車等低公害車輛的地方公共團(tuán)體，還可得到政府的補(bǔ)助金。日本媒體將2021年稱為電動(dòng)汽車革命之年，在這一年，從“汽油車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的革命已經(jīng)開始。此外包括韓國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等也都在開展電動(dòng)汽車的研發(fā)工作。純電動(dòng)汽車零污染、零排放低噪聲無(wú)疑是最為理想的新能源汽車2分析純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和布置形式，并研究傳動(dòng)系統(tǒng)的類型、特點(diǎn)、工作特性

14、，電池電機(jī)的工作特性及傳動(dòng)系統(tǒng)特性；3計(jì)算傳動(dòng)系速比和電機(jī)參數(shù)，及其對(duì)整車性能的影響。應(yīng)用電動(dòng)汽車仿真軟件Cruise，針對(duì)某型號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，建立仿真模型，進(jìn)行整車動(dòng)力性計(jì)算；4對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析最高車速、爬坡度和加速性數(shù)據(jù)；以及結(jié)合被選擇電機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析仿真結(jié)果。第二章 電動(dòng)汽車的根本結(jié)構(gòu)2.1 電動(dòng)汽車的根本組成對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，純電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)有很大差異，具體組成包括：電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)等機(jī)械系統(tǒng)、完成既定任務(wù)的工作裝置等。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的核心，也是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電力驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、電源和電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制裝

15、置等組成。電動(dòng)汽車的其他裝置根本與內(nèi)燃機(jī)汽車相同。 電源 電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的開展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。正在開展的電源主要有鈉硫電池、鎳鉻電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動(dòng)汽車的開展開辟了廣闊的前景。本文討論的對(duì)象使用高能鋰電池作為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車在底盤的布置上還要有足夠的空間存放動(dòng)力電池組，并且要求線路連接方便，充電方便，檢查方便和裝卸方便。能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力電池組的整體機(jī)

16、械化裝卸。這就要求在電動(dòng)汽車的底盤的布置上，打破傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車底盤布置模式，加大承載空間的跨度和承載結(jié)構(gòu)件的剛度，并且充分考慮防止動(dòng)力電池組滲出的酸或堿液對(duì)底盤結(jié)構(gòu)件的腐蝕侵害。 1 式中：Ft驅(qū)動(dòng)力；F行駛阻力之和。Tt產(chǎn)生一對(duì)地面的圓周力F0，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的反作用力Ft方向與F0相反即是驅(qū)動(dòng)汽車的外力，此外力稱為汽車的驅(qū)動(dòng)力。其數(shù)值為： 2式中：Tt作用與驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩；r車輪半徑。由于電動(dòng)汽車采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以在電動(dòng)汽車中Tt是由電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到車輪上的。令傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為i，i0，變速器的傳動(dòng)比ig，傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為t驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為Ttq，那么有： 3

17、 4 行駛阻力汽車在水平道路上等速行駛時(shí)，必須克服來自地面的滾動(dòng)阻力和來自空氣的空氣阻力。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí)，還必須克服坡度阻力。汽車加速行駛時(shí)還需要克服加速阻力。因此汽車行駛的總阻力為： 式中：Ff滾動(dòng)阻力Fw空氣阻力Fi坡度阻力Fj加速阻力其中：滾動(dòng)阻力：Ff可以等效的表示為： 6 式中：W作用于車輛上的法向載荷；滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。研究中滾動(dòng)阻力系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)公式取值。 2 空氣阻力： 7式中：空氣阻力系數(shù)；迎風(fēng)面積，即車輛行駛方向的投影面積；空氣密度，一般1.2258Ns2m-4。相對(duì)速度，在無(wú)風(fēng)時(shí)即車輛的行駛速度。在無(wú)風(fēng)條件下汽車的

18、運(yùn)動(dòng)，即為汽車的行駛速度ua。如ua以kmh計(jì)，A以m2計(jì)，那么空氣阻力 N 為： 8 3 坡度阻力： 9 式中：坡度。一般道路的坡度均較小，此時(shí)sin tan i。加速阻力： 10 式中：車輛旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)m車輛質(zhì)量；行駛加速度。這樣，汽車行駛阻力為： 11 車輛行駛時(shí)，不僅驅(qū)動(dòng)力和行駛阻力相互平衡，電動(dòng)機(jī)功率和車輛行駛阻力功率也總是平衡的。即：在車輛行駛的每一時(shí)刻，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率Pe總是等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率之和。在純電動(dòng)汽車中，Pe為電動(dòng)機(jī)的輸出功率。車輛運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率Pf，空氣阻力功率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。即： 1

19、2 根據(jù)以上的推導(dǎo)，可得車輛行駛過程中的平衡方程如下： 13 14 對(duì)純電動(dòng)汽車而言，式中：Pe電動(dòng)機(jī)輸出功率 k ；n電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 rpm 。傳動(dòng)比的選擇首先應(yīng)滿足車輛最高車速的要求，由最高車速與電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速確定傳動(dòng)比的上限 15 最高車速電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速 2 由電機(jī)的最轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩T，和最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力F確定速比的下限 16 f 0.01，r 0.245，CD 0.4，A 1.8/m2，m 800kg，那么 3 由電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩T和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力Fa確定 17 其中：Fa mgcosf+mgsin 800?9.8?0.98?0.012+800?9.8?0.2

20、1628.5 N，r 0.2m。 原車型主減速比不滿足要求3.3 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)原那么：動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車速行駛的要求根據(jù)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 18滿載時(shí)：G 8009.8N，f 0.012，CD 0.4，A 1.8m2， 0.9，ua 50km/h式中，Pe為電動(dòng)機(jī)額定功率；M為整車總質(zhì)量；g為重力加速度；f為滾動(dòng)阻力系數(shù)；U為最高車速；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風(fēng)面積；t為傳動(dòng)系效率。 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 當(dāng)電動(dòng)汽車以額定車速在平地

21、上勻速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩即為額定轉(zhuǎn)矩。 19 車型常規(guī)車速為20km/h，根據(jù) 20 將P 5kw，n 3100帶入，得T 15.4，額定轉(zhuǎn)矩15.4大于額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩4.76，因此此車型滿足行駛條件。 電動(dòng)機(jī)加速性能 在水平良好路面上，車輛的行駛加速度表示為： 22 式中：Ttq電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩ig變速器傳動(dòng)比i0主減速器傳動(dòng)比r車輪半徑傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率，包括變速器、傳動(dòng)軸和主減速器Fw車輛行駛的空氣阻力，F(xiàn)f車輛行駛滾動(dòng)阻力 M總質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量換算系數(shù)那么，電動(dòng)汽車從起步加速到速度為U的加速時(shí)間為：Ff m?g?f?sin；Fi m?g?cosig 1，i0 6.3， 0.9，m 800kg

22、，g 9.8m/s2，f 0.012，3.4 電池參數(shù)確實(shí)定 結(jié)合確定的電機(jī)參數(shù)，參考市面上已有的動(dòng)力電池，我們選定某型號(hào)的鋰鐵動(dòng)力電池作為我們的動(dòng)力源。最大電池容量為Ah，起始容量為90%，額定電壓為V，最大電壓82.2V，最小電壓60V。電池組電池?cái)?shù)量為1，電池組質(zhì)量為kg。額定功率5W，最大功率15W，可以滿足功率要求。電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速是r/min，額定轉(zhuǎn)速是r/min。采用的最大轉(zhuǎn)矩N?m，最大轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩為 N?m。額定電壓0V。AVL是一家在世界汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)擁有極高知名度的高科技公司。AVL Cruise軟件是用于仿真研究車輛動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性能與制動(dòng)性能的高級(jí)仿真分析軟件。該軟件可以用于車輛開發(fā)過程中的動(dòng)力傳動(dòng)系的匹配、車輛性能預(yù)測(cè)，還能夠?qū)旌蟿?dòng)力車和電動(dòng)汽車進(jìn)行建模仿真和性能模擬。AVL Cruise軟件界面友好，不但與發(fā)動(dòng)機(jī)性能分析軟件 AVL Boost 有很好的耦合計(jì)算性能，還提供了與Matlab、C、Fortran等通用編程軟件的接口，為用戶建立自Cruise具有以下特點(diǎn)：1 靈活的模塊