畢業(yè)論文基于sruise的純電動(dòng)轎車動(dòng)力設(shè)計(jì)與仿真

1、濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 編號(hào) 濰 坊 學(xué) 院本 科 畢 業(yè) 論 文 課題名稱:基于CRUISE的純電動(dòng)轎車動(dòng)力設(shè)計(jì)與仿真 學(xué)生姓名: 劉俊良 學(xué) 號(hào): 11011240118 專 業(yè): 車輛工程 班 級(jí): 2011級(jí)1班 指導(dǎo)教師: 郭姍姍 2015 年 5 月摘要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)參數(shù)匹配是純電動(dòng)轎車設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，必須綜合考慮電池、電機(jī)特性以及整車性能要求。動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)具體包含電池容量、電機(jī)功率、傳動(dòng)系速比等。合理選擇和匹配這些動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)，使純電動(dòng)轎車達(dá)到既定的整車性能目標(biāo)，包括爬坡、加速性能、續(xù)駛里程等。在實(shí)際車輛使用過程中，車輛的承載質(zhì)量和行駛道路的路面狀況不是一成不變的。所以在優(yōu)化整車性能

2、的同時(shí)，必須降低這些變量因素對(duì)車輛性能的影響。 本文首先對(duì)電動(dòng)轎車的發(fā)展背景、現(xiàn)狀，純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了探討。電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)和整車管理系統(tǒng)組成的動(dòng)力單元取代了原先的動(dòng)力總成系統(tǒng)，這在動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)的匹配和整車性能優(yōu)化方面提出了新的課題。綜合考慮整車參數(shù)與既定性能目標(biāo)，計(jì)算電池、電機(jī)等動(dòng)力元件的主要參數(shù)設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行選型。根據(jù)車輛實(shí)際載荷分配要求，確定了最終的合理布置方案。在此基礎(chǔ)上，以 CRUISE 仿真軟件為平臺(tái)建立了各個(gè)子系統(tǒng)的模型，連接調(diào)試形成最終的整車模型。輸入車輛的各項(xiàng)參數(shù)并設(shè)置各種仿真工況，運(yùn)行得出具體的結(jié)果并對(duì)其進(jìn)行分析。文中主要仿真了純電動(dòng)轎車的最高車速、最大

3、爬坡度、百公里加速、百公里能耗和續(xù)駛里程等性能，驗(yàn)證了參數(shù)匹配設(shè)計(jì)結(jié)果符合既定的整車性能目標(biāo)要求。進(jìn)行了樣車整車性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性。 關(guān)鍵詞：純電動(dòng)轎車 動(dòng)力系統(tǒng) 參數(shù)匹配 AVL CRUISEABSTRACTParameter matching of power system is one of the core content of the pure electric vehicle design, we must consider the battery, motor characteristics and vehicle performance requirements.

4、 The power system parameters including battery capacity, motor power, transmission ratio etc. Reasonable selection and matching the power system parameters, the pure electric vehicle to vehicle performance target established, including climbing, acceleration, mileage etc. In the actual use of the ve

5、hicle, bearing quality and road pavement condition of the vehicle is not immutable and frozen. So in the optimization of vehicle performance at the same time, to reduce the impact of these factors on vehicle performance.Based on the electric vehicle development background, status quo, basic structur

6、e and working principle of electric vehicle are discussed. The battery power unit system, motor system and vehicle management system which replaces the powertrain system, the power system parameters matching and vehicle performance optimization put forward a new topic. Considering the vehicle parame

7、ters with the established performance goals, calculate the battery, motor and other power components of the main parameters of the design requirements and selection. According to the actual vehicle load distribution requirements, determine the reasonable layout of the final. On this basis, the CRUIS

8、E simulation software as a platform for the establishment of the various subsystems of the model, the formation of the final debugging vehicle model. Enter the vehicle parameters and set various simulation conditions, running that concrete results and its analysis. In this paper, simulation of the h

9、ighest speed, pure electric vehicle maximum gradient, 100 kilometers acceleration, energy consumption per hundred kilometers and mileage performance, verify the parameter matching design results meet the established requirements of vehicle performance target. The vehicle performance test, verify the

10、 feasibility of the design.Key words: electric vehicle；power system；parameter matching；AVL CRUISE目錄摘要2ABSTRACT3第1章 緒論51.1 課題背景及意義51.2 國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)轎車發(fā)展的現(xiàn)狀61.3 論文研究的主要內(nèi)容61.4 本章小結(jié)7第2章 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)82.1 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)82.2 純電動(dòng)轎車的關(guān)鍵技術(shù)102.3 本章小結(jié)13第3章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能參數(shù)匹配及選型143.1 整車參數(shù)及性能指標(biāo)143.2 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)153.3 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的選型1

11、83.4 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的布置方式233.5 本章小結(jié)25第4章 整車性能仿真模型的建立與分析264.1 仿真軟件 CRUISE 簡(jiǎn)介264.2 純電動(dòng)轎車模型的建立274.3 純電動(dòng)轎車性能仿真的實(shí)現(xiàn)314.4 仿真結(jié)果分析37第5章 結(jié)論與展望465.1 結(jié)論465.2 展望46參考文獻(xiàn)48致 謝50第1章 緒論1.1 課題背景及意義1.1.1 課題背景 隨著社會(huì)的發(fā)展，轎車行業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化，車用石油量不斷遞增；截至2014年，我國(guó)的石油進(jìn)口量達(dá)到3億噸，六成靠進(jìn)口；而且中國(guó)成為世界第一大轎車消費(fèi)、保有量國(guó)家，面對(duì)巨大空氣污染、能源短缺和市場(chǎng)需求，急需一種妥善的解決方法，無污染

12、尾氣的排放、使用新能源并且能夠滿足人們?cè)谌粘Ｉ詈凸ぷ魇褂眯滦徒煌üぞ哂腿欢冸妱?dòng)轎車。近年來，在國(guó)家政策的大力支持下，中國(guó)轎車工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，進(jìn)行轎車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，響應(yīng)國(guó)家政策，建立研發(fā)新能源轎車基地，在當(dāng)前的形勢(shì)下，節(jié)能與新能源轎車產(chǎn)業(yè)初步形成，并取得了積極進(jìn)展。1.1.2 課題意義 隨著能源的短缺、資源和環(huán)境的惡化，新能源轎車的發(fā)展，已成為轎車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。而純電動(dòng)轎車是解決這些問題的完美載體，必定會(huì)迎來一場(chǎng)轎車行業(yè)的變革，促進(jìn)人類的一大進(jìn)步。純電動(dòng)轎車技術(shù)的發(fā)展，是減少空氣污染、霧霾天氣的一個(gè)根本秘方，減少轎車尾氣的排放，能更好的解決環(huán)境污染問題。純電動(dòng)轎車是不受污染零排

13、放的車輛，但動(dòng)力蓄電池和續(xù)駛里程方面的技術(shù)目前還不夠成熟。要使得純電動(dòng)轎車經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性以及續(xù)駛里程能夠有很大的提高，關(guān)鍵在于如何對(duì)純電動(dòng)轎車的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行很好的選擇匹配及其優(yōu)化。對(duì)整個(gè)純電動(dòng)轎車來說，核心在于動(dòng)力蓄電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)匹配和技術(shù)設(shè)計(jì)，其次是傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在整車的研發(fā)過程中，選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率太大，這樣就造成了能量的損失；如果選擇的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率較小，將會(huì)對(duì)車輛的爬坡、加速等性能造成很大的影響；電池組數(shù)量過多會(huì)引起過量的載荷應(yīng)力，并且布置困難，針對(duì)能量管理系統(tǒng)的要求也更高；電池組太少可能無法滿足高功率電機(jī)運(yùn)行，從而降低了車輛的性能，電池長(zhǎng)期超負(fù)荷的工作，會(huì)使電池的使用壽命不斷

14、降低。 合理的運(yùn)用AVL CRUISE轎車仿真對(duì)整車參數(shù)、電池參數(shù)、電機(jī)參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算，盡量的減少轎車研發(fā)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)間，得出最優(yōu)的動(dòng)力系統(tǒng)的匹配方案，從而提高純電動(dòng)轎車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和續(xù)駛里程，為電動(dòng)轎車行業(yè)的發(fā)展提供可靠的技術(shù)支持。1.2 國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)轎車發(fā)展的現(xiàn)狀目前世界以運(yùn)行的純電動(dòng)轎車近40萬(wàn)輛，主要應(yīng)用在市政車輛和私家車上。而在國(guó)內(nèi)，僅深圳2015年純電動(dòng)轎車已有10萬(wàn)輛，占深圳現(xiàn)有轎車的6%左右。但相應(yīng)的充電配套設(shè)施還不夠完善，政府和企業(yè)應(yīng)將盡快完善純電動(dòng)轎車的充電設(shè)施系統(tǒng)，為大時(shí)代的到來做好準(zhǔn)備?！笆濉逼陂g，國(guó)家大力整改環(huán)境污染、發(fā)展新型能源轎車，在轎車領(lǐng)域制定了新能

15、源轎車核心零部件的總體路線，為更好的實(shí)現(xiàn)新能源轎車的產(chǎn)業(yè)化理清了思緒。比亞迪近年來生產(chǎn)的F6DM雙模電動(dòng)轎車，選用ET-POWER鐵動(dòng)力電池作為能量供應(yīng)源，其電池性能安全可靠，該車充電一次可行駛430km，最大功率200kw最高車速160kmh，百公里耗電l 5kWh。在我國(guó)范圍內(nèi)，其F3DM雙模電動(dòng)轎車在純電動(dòng)的模式下，最大的里程大約為150km，車速最大可達(dá)150kmh。 圖1.1 比亞迪純電動(dòng)轎車 但是對(duì)于國(guó)內(nèi)的純電動(dòng)轎車發(fā)展現(xiàn)狀，還有很多的問題如動(dòng)力蓄電池的充電、安全可靠性能、車輛續(xù)駛里程等諸多難題都沒有突破，并且純電動(dòng)轎車相對(duì)比較昂貴，缺乏精湛的研發(fā)技術(shù)人員，投入的資金也不夠。1.3

16、 論文研究的主要內(nèi)容 本文以重慶長(zhǎng)安轎車集團(tuán)長(zhǎng)安福特純電動(dòng)轎車項(xiàng)目作為研究平臺(tái)，主要依據(jù)整車基本參數(shù)和動(dòng)能性能，研究純電動(dòng)轎車動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)，根據(jù)動(dòng)力性能需求，經(jīng)過理論的詳細(xì)計(jì)算，選揮符合要求的動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，并對(duì)純電動(dòng)轎車傳動(dòng)系統(tǒng)速比進(jìn)行參數(shù)匹配，對(duì)初定的匹配結(jié)果運(yùn)用仿真軟件cruise進(jìn)行仿真，對(duì)仿真結(jié)果利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，提出一種比較有效的優(yōu)化方法，最終整車的匹配能夠滿足整車的性能要求，同時(shí)也驗(yàn)證了優(yōu)化方法的可行性與合理性。 (1)介紹發(fā)展純電動(dòng)轎車課題背景、意義及國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)轎車發(fā)展現(xiàn)狀： (2)研究純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件性能的要求以及關(guān)鍵技術(shù)；

17、 (3)根據(jù)純電動(dòng)轎車整車的動(dòng)力性能參數(shù)要求，從而對(duì)純電動(dòng)轎車動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行選型和傳動(dòng)系進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)的匹配結(jié)果； (4)掌握仿真軟件 SRUISE的使用方法并以 SRUISE仿真軟件為平臺(tái)建立純電動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)系的模型，連接調(diào)試形成最終的系統(tǒng)仿真模型；1.4 本章小結(jié) 本章闡述發(fā)展純電動(dòng)轎車的轉(zhuǎn)折性意義，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人類社會(huì)即將進(jìn)入消耗可再生能源的時(shí)代，對(duì)工業(yè)發(fā)展是不可估量的。第2章 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)2.1 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu) 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)包括動(dòng)力蓄電池、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)以及各種車用輔助系統(tǒng)等。工作原理是能源系統(tǒng)（

18、電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)）動(dòng)力蓄電池給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，電機(jī)通過傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力傳到驅(qū)動(dòng)輪上；蓄電池還會(huì)給輔助系統(tǒng)提供電力，比如空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等。下圖是一個(gè)純電動(dòng)轎車工作原理圖：圖2.1 純電動(dòng)轎車工作原理示意圖2.1.1 車載電源模塊 純電動(dòng)轎車上的能源管理系統(tǒng)、蓄電池和充電控制器就組成了車載電源模塊，如下表介紹：表2.1 車載電源模塊介紹組成功能介紹能源管理系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)、檢查電池的沖放電和性能蓄電池電源提供整車行駛動(dòng)力和輔助電力充電控制器控制蓄電池充電情況2.1.2 電力驅(qū)動(dòng)主模塊電力驅(qū)動(dòng)模塊部分主要由中央控制單元、功率轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置等組成。對(duì)于純電動(dòng)轎車，只不過是將加速、

19、制動(dòng)踏板的機(jī)械位移變化量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，輸入到轎車中央控制單元，來對(duì)轎車行駛進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。具體如下表所示： 表2.2 電力驅(qū)動(dòng)主模塊功用介紹組成功能介紹中央控制單元它是電力驅(qū)動(dòng)模塊的控制中心，來協(xié)調(diào)控制整個(gè)電動(dòng)轎車。功率轉(zhuǎn)化器根據(jù)中央控制裝置的指令與電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流反饋信號(hào)，從而來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向。電動(dòng)機(jī)電動(dòng)轎車中可以提供電力，同時(shí)也可以供給發(fā)電機(jī)械傳動(dòng)裝置純電動(dòng)轎車也有機(jī)械傳動(dòng)裝置，主要是用來傳遞動(dòng)力2.1.3 輔助模塊電動(dòng)轎車的輔助模塊包括動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元、輔助動(dòng)力源、駕駛室顯示操縱臺(tái)和各種輔助裝置等。各個(gè)裝置的功能與傳統(tǒng)轎車上的基本相同，其結(jié)構(gòu)原理依據(jù)純電動(dòng)轎車的特點(diǎn)和需求

20、有所區(qū)別。具體如下表所示：表2.3 輔助模塊的功能介紹輔助模塊功用介紹動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元 在純電動(dòng)轎車中，為了更好的完成轎車轉(zhuǎn)彎，從而配備了動(dòng)力轉(zhuǎn)向單元，它包括了轎車轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向器、以及轉(zhuǎn)向輪等。輔助動(dòng)力源 一般直流低電壓電源12V或24V通用，它主要是提供各類裝置所需要的能源，比如像動(dòng)力轉(zhuǎn)向、空調(diào)、制動(dòng)力調(diào)節(jié)控制、照明等等。駕駛室顯示操縱臺(tái) 根據(jù)純電動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)特性來增加或減少，其相關(guān)的信息會(huì)通過數(shù)字液晶屏顯示出來，以CAN總線、嵌入式技術(shù)為核心，GPSGPRS集成到車載信息系統(tǒng)。輔助裝置 純電動(dòng)轎車輔助裝置主要目的是為提高轎車的舒適性、安全性、操控性，如車載音響、電動(dòng)門窗、電動(dòng)座椅調(diào)節(jié)器、聲光信號(hào)

21、設(shè)備等等。2.2 純電動(dòng)轎車的關(guān)鍵技術(shù) 要使純電動(dòng)轎車有個(gè)很好的發(fā)展，按照目前的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)下要解決的主要是車載電池技術(shù)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制技術(shù)、整車技術(shù)以及電源管理技術(shù)。解決好以上四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，純電動(dòng)轎車將會(huì)有一個(gè)大的突破，在純電動(dòng)轎車動(dòng)力蓄電池方面，要求其電池性能參數(shù)比能量和比功率相對(duì)比較高，要求純電動(dòng)轎車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速區(qū)間范圍大、可靠性好、傳遞效率高，同時(shí)也要求蓄電池能量管理系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)。2.2.1車載電池技術(shù)純電動(dòng)轎車的能量主要來自于動(dòng)力車載蓄電池，蓄電池的容量越大，其續(xù)行里程將越長(zhǎng)，但蓄電池的重量重、外觀體積大，從而影響整車的續(xù)行里程。衡量蓄電池的好壞，主要是通過看該電池的

22、比能量、比功率、使用循環(huán)壽命等等。只有開發(fā)出比能量大、比功率大的蓄電池，純電動(dòng)轎車將會(huì)有一個(gè)很好的發(fā)展前景，目前，常見的車載蓄電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鈉硫電池、鋰聚合物電池以及鋰離子電池。表11列出了幾種常見的電池性能參數(shù)表：表2.4 純電動(dòng)轎車蓄電池性能參數(shù)表比能量（Wh/kg）比功率（W/kg)能量密度（Wh/g）循環(huán)壽命（Cycles)預(yù)計(jì)成本（S/kwh)鉛酸電池35-50210-31065-100410-610165鎳氫電池65-75160-310140-180610-1200210-360鈉硫電池1120210165820260-470鋰聚合物電池160320230615未知鋰離

23、子電池95-140260-460150-210810-1250>2002.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制技術(shù) 純電動(dòng)轎車的核心部件是電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，目前電動(dòng)轎車用電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)(DCM)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(M)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)和永磁無刷電動(dòng)機(jī)(PMBLM)。其各類電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)比較如下表2.5所示：表2.5 純電動(dòng)轎車電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)比較電動(dòng)機(jī)類型直流感應(yīng)開關(guān)磁阻永磁無刷功率密度小一般一般寬轉(zhuǎn)矩范圍較窄較窄很寬寬效率低一般一般高轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性一般優(yōu)良優(yōu)良優(yōu)良易操作性最易容易容易容易可靠性低高高低電動(dòng)機(jī)尺寸大適中小小電動(dòng)機(jī)質(zhì)量大一般小小成本昂貴低廉昂貴昂貴控制性可靠可靠一般可靠綜合性

24、能弱一般強(qiáng)最強(qiáng) 為了使的純電動(dòng)轎車在使用過程中具有良好的性能，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制器提出了更高的要求，要求在起動(dòng)的過程中其轉(zhuǎn)矩大，能夠在較寬的恒定功率范圍內(nèi)正常的運(yùn)行，并且其制動(dòng)過程中具有能量回饋。純電動(dòng)轎車在行駛過程中經(jīng)常頻繁的起動(dòng)，功率范圍相對(duì)變化也非常大，因此，控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)將會(huì)是數(shù)字化和智能化，純電動(dòng)轎車電機(jī)的控制將采用模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制等等。2.2.3 電動(dòng)轎車整車技術(shù)目前，就國(guó)內(nèi)電動(dòng)轎車的研發(fā)而言，主要是在原來車輛的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，通常會(huì)忽視對(duì)電動(dòng)轎車整車技術(shù)的研究，主要包括：(1)高輕度輕質(zhì)材料和制造技術(shù)，如一個(gè)新的電動(dòng)轎車的總體設(shè)計(jì)，復(fù)合材料、鋁合金的材質(zhì)，金

25、屬蜂窩材料及其加工技術(shù)。車輛選材上選用像鎂鋁、輕質(zhì)優(yōu)質(zhì)鋼，從而使得整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化，自重不斷地降低，從而增加了轎車的續(xù)駛里程，同時(shí)了提高了經(jīng)濟(jì)性；采用高壓子午線輪胎，可以使車輛滾動(dòng)阻力降低50。(2)采用數(shù)字智能化的監(jiān)管技術(shù)，對(duì)供給動(dòng)力的各環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)管并進(jìn)行維護(hù)，如對(duì)剩余電量顯示、電池管理、充放電控制進(jìn)行有效的監(jiān)控。(3)在研發(fā)整車的過程中，最大可能得利用車內(nèi)空間，使得車內(nèi)比較寬敞舒適，并且通過合理的整車設(shè)計(jì)來降低空阻，減小滾動(dòng)阻力系數(shù)，使得純電動(dòng)轎車具有優(yōu)良的動(dòng)力性能，同時(shí)也盡可能的增加了續(xù)駛里程，最終使得純電動(dòng)轎車的整車結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)。2.2.3 能量管理技術(shù) 純電動(dòng)轎車的能量是由動(dòng)力蓄電

26、池來提供，為了更好的讓電動(dòng)轎車滿足整車動(dòng)力性和續(xù)駛里程的要求，蓄電池的選擇顯得很重要，在研發(fā)的過程中，就必須選擇比功率大、比能量大、質(zhì)量輕、耐用的電池作為動(dòng)力源，選擇好之后，還應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行能量的管理，組建一個(gè)系統(tǒng)，來實(shí)時(shí)的檢測(cè)電池的荷電狀態(tài)，觀察蓄電池的使用、環(huán)境溫度、充放電情況，該系統(tǒng)可以使得電池組高效率的工作，同時(shí)避免了單個(gè)電池的過充電、過電流等，間接地來提高整個(gè)電動(dòng)轎車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及操作穩(wěn)定性。2.3 本章小結(jié) 本章主要講述了純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)電力驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的車載電源模塊、電力驅(qū)動(dòng)主模塊和輔助模塊做了較為詳細(xì)的介紹，同時(shí)對(duì)純電動(dòng)轎車的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的探

27、討。第3章 純電動(dòng)汽車動(dòng)力性能參數(shù)匹配及選型純電動(dòng)轎車是能量來自于動(dòng)力蓄電池，對(duì)環(huán)境沒有污染的轎車，其動(dòng)力系統(tǒng)零部件的選型及其匹配直接影響到整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。電池和電動(dòng)機(jī)是純電動(dòng)轎車的關(guān)鍵部件，對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的影響很大；同時(shí)，當(dāng)純電動(dòng)轎車傳動(dòng)系統(tǒng)確定選好以后，會(huì)給動(dòng)力蓄電池和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型構(gòu)成邊界約束條件。如果選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率太大，會(huì)造成能量效率的大量損失；如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率大小，會(huì)直接影響到純電動(dòng)轎車的爬坡以及加速性能。太多的電池組會(huì)使得車輛的載荷不斷增加，布置比較困難，同時(shí)也對(duì)能量管理系統(tǒng)提出了更高的要求。當(dāng)電池組太小的話，就沒辦法滿足電機(jī)高功率的正常運(yùn)行，使得整車的性能降低，如

28、果電池長(zhǎng)時(shí)間的超負(fù)荷工作，會(huì)使得電池的壽命大大縮短。3.1 整車參數(shù)及性能指標(biāo) 3.1.1 整車參數(shù)定義 純電動(dòng)轎車整車參數(shù)如表 3.1 所示。表3.1 整車參數(shù)表總長(zhǎng)×總寬×總高（mm)3860×1540×1830軸距（mm)2430整備質(zhì)量（kg)1200滿載質(zhì)量（kg)1650空載前軸載荷比50%滿載前軸載荷比42%前輪距（mm)1260后輪距（mm)1260迎風(fēng)面積（)2053風(fēng)阻系數(shù)0.43輪胎滾動(dòng)半徑（mm)292滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.011總減速比6.62傳動(dòng)系效率0.94 其中主減速比和變速器減速比是傳動(dòng)系統(tǒng)最重要的參數(shù)，也是動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配的

29、重要對(duì)象之一。如果傳動(dòng)比設(shè)置得太大，車輛無法達(dá)到較高的行駛車速；傳動(dòng)比設(shè)置得太小的話，車輛爬坡、加速、超車等性能都會(huì)大打折扣?？傊?，傳動(dòng)比的設(shè)置必須綜合考慮電機(jī)、電池參數(shù)和整車性能要求。 3.1.2 整車性能指標(biāo)規(guī)劃 純電動(dòng)轎車性能參數(shù)如表 3.2 所示。 表3.2 整車性能指標(biāo)性能項(xiàng)目要求最高車速（km/h)120最大爬坡度20%0-50km/h加速時(shí)間（s)1050-80km/h加速時(shí)間（s)150100km/h加速時(shí)間（s)25百公里耗電（kw.h)16慢速充電（h)6小時(shí)快速充電（h)0.5小時(shí)尾氣排放0噪聲限制符合GB/1495-2002續(xù)駛里程（km)160 對(duì)于電動(dòng)轎車而言，目前

30、較多情況主要應(yīng)用于城市路況，以很高速度行駛的情況是較少發(fā)生的，因此最高車速定義為 120km/h，而且城市路況通常也沒有太陡的坡道，因此最大爬坡度定義為 20%。與內(nèi)燃機(jī)轎車相比，電動(dòng)轎車的能耗、排放、噪聲等性能都是十分出色的，但其最大不足在于續(xù)駛里程。受到電池比能量的限制，一定體積和質(zhì)量下的電池儲(chǔ)能量十分有限，本文將續(xù)駛里程要求定義為超過 160km 即可。 3.2 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 3.2.1 電池參數(shù)設(shè)計(jì) 綜合考慮車輛百公里能耗值和續(xù)駛里程要求可以計(jì)算得出動(dòng)力電池的容量大小。在循環(huán)工況測(cè)試中要求續(xù)駛里程能夠達(dá)到 160km/h，百公里能耗值不超過16kWh，由此可得純電動(dòng)轎車驅(qū)動(dòng)電池總?cè)?/p>

31、量大致為 25kWh。 在對(duì)電池組進(jìn)行選擇時(shí)需要同時(shí)考慮電動(dòng)轎車行駛所要求的最大輸出功率和達(dá)到續(xù)駛里程所需要的最小電池容量。 （1）根據(jù)電動(dòng)轎車行駛所要求的最大輸出功率選擇電池組數(shù)目，車輛最大功率工況經(jīng)常發(fā)生在高行駛速、加速行駛以及爬陡坡等條件下，結(jié)合整車參數(shù)數(shù)據(jù)和性能要求可以分別計(jì)算出這三種情況下的轎車實(shí)際功率消耗，選擇其中最大的作為轎車最大功率。 式(3-1)式中是電池組數(shù)目；是車輛最大功率需求，單位為：KW；是單體電池最大可輸出功率，單位：KW；為電動(dòng)機(jī)工作效率；為電機(jī)控制器工作效率；N為單個(gè)電池組所包含的單體電池?cái)?shù)目。（2） 根據(jù)電動(dòng)轎車?yán)m(xù)駛里程要求選擇電池組數(shù)目 純電動(dòng)轎車的最大行駛

32、距離就是續(xù)駛里程，是非常關(guān)鍵的性能參數(shù)，一般可以按照60km/h均速行駛工況計(jì)算。 式（3-2） 式中為需求的電池組數(shù)目；L為續(xù)駛里程的要求，單位km；W為電動(dòng)車沒行駛1km所消耗的電能，單位km;為單位電池的電容，單位Ah；為單位電池的電壓，單位V。 電池組數(shù)目n可以確定為： 式（3-3）3.2.2 電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì) 在選擇電動(dòng)機(jī)額定功率的時(shí)候要綜合考慮整車各項(xiàng)參數(shù)和性能目標(biāo)。如果電機(jī)功率過大，就會(huì)存在大馬拉小車的情況導(dǎo)致車輛效率過低，能耗過大；如果電機(jī)功率選擇過小，就會(huì)造成很多車輛正常行駛工況條件下電機(jī)的過載運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)溫度偏高、壽命劇減等問題的產(chǎn)生。電機(jī)額定功率的選擇主要考慮車輛期望達(dá)到的

33、最高行駛車速。與加速和爬坡工況不同的是轎車以最高車速行駛是在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的勻速行駛過程。因此，車輛以最高車速行駛時(shí)所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)一定是在額定功率情況下運(yùn)行的，這樣才能保證長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)熱平衡管理。所選擇的電動(dòng)機(jī)的額定功率不應(yīng)當(dāng)小于車輛以最高車速在良好道路上行駛時(shí)消耗功率。 式（3-4） 式中是電動(dòng)轎車在良好道路上行駛最高車速時(shí)所消耗的功率，單位 kW；m 為整車質(zhì)量，單位 kg； f 為滾動(dòng)摩擦系數(shù)；為最高車速，單位 km/h；為空氣阻力系數(shù)； A為迎風(fēng)面積，單位 ；e為傳動(dòng)效率。 電動(dòng)機(jī)的峰值功率主要考慮車輛的加速性能與爬坡性能。通常，轎車加速和爬坡的過程都是發(fā)生在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，可以按

34、照電機(jī)的峰值功率來計(jì)算加速性能和最大爬坡度。電動(dòng)轎車勻速爬坡所消耗的功率為： 式（3-5） 式中為電動(dòng)轎車勻速爬坡所消耗的功率，單位 kW；v 為電動(dòng)轎車實(shí)際行駛速度，單位 km/h；為行駛道路坡度。 電動(dòng)轎車在無坡度、路面狀況良好的道路上加速行駛所消耗的功率為： 式（3-6） 式中為良好的道路上加速行駛所消耗的功率，單位 kW； j 為電動(dòng)轎車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)t為時(shí)間，單位為 s。 因此，電機(jī)的額定功率P應(yīng)當(dāng)不小于電動(dòng)轎車最高車速行駛所消耗的功率；電機(jī)的峰值功率應(yīng)當(dāng)滿足車輛加速性能和最大爬坡度的要求。 式（3-7） 式（3-8）其中 式（3-9）式中K為電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)。3.2.3 傳動(dòng)系速

35、比設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系的傳動(dòng)比設(shè)計(jì)需要綜合考慮電動(dòng)機(jī)的輸出特性和電動(dòng)轎車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性等要求。選擇恰當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比以滿足車輛行駛最高車速、最大爬坡度和加速性能以及百公里能耗要求。 傳動(dòng)系統(tǒng)速比 i 首先可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和電動(dòng)轎車行駛最高車速?zèng)Q定。電動(dòng)轎車以最高車速行駛時(shí)對(duì)應(yīng)的電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速運(yùn)行工況應(yīng)當(dāng)與最高轉(zhuǎn)速之間保持一定的差速。 式（3-10）中為車輛以最高車速行駛時(shí)的行駛阻力，單位 N； R 為車輪滾動(dòng)半徑，單位 m；為電機(jī)以最高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出扭矩，單位 Nm。 同時(shí)有 式（3-11）式中為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，單位 r/min；為電動(dòng)轎車最高行駛車速，單位km/h。 傳動(dòng)系統(tǒng)速比還取決于電動(dòng)機(jī)低

36、速中速段的扭矩輸出特性和電動(dòng)轎車加速性能、爬坡能力要求。 由百公里加速性能要求確定的速比取值為： 式（3-12）式中T 為電機(jī)加速時(shí)刻的最大輸出扭矩，單位 Nm；f 為車輛加速過程行駛阻力，單位 N；為設(shè)定的百公里加速時(shí)間閥值，單位 s。 由最大爬坡度確定的速比取值為： 式（3-13）式中為最大爬坡度所對(duì)應(yīng)的車輛行駛阻力，單位 N；為電機(jī)最大輸出扭矩，Nm。 3.3 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的選型 3.3.1 電池的選型 電動(dòng)轎車關(guān)鍵是電池的選擇、布置與管理。同時(shí)，電池容量不足、成本偏高等因素也是一直以來制約電動(dòng)轎車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。純電動(dòng)轎車要求動(dòng)力電池具有較高的能量密度和功率密度，使用壽命長(zhǎng)、成本低

37、，維護(hù)安全、方便，環(huán)境容忍度高，能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)。下表 3.3 中給出了各種類型動(dòng)力電池各自的特點(diǎn)及其相關(guān)參數(shù)。 表3.3 電池性能參數(shù)對(duì)比電池類型比能量Wh/kg比功率W/kg循環(huán)次數(shù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)Pb-acid35130400-600低價(jià)、可靠過充放電差Ni-cd55170500耐過充放電高溫充電差Ni-Fc57130800-1000耐過充放電價(jià)高、充放電效率低Ni-Zn70180200-300比能量高價(jià)高、充放電效率低Ni-MH60-701701000比能量高價(jià)高、充放電效率低Na-S100150350比能量高高溫工作不穩(wěn)定Liion1003001200比能量高、電壓高價(jià)高、安全問題本項(xiàng)目選

38、用的是鋰離子電池作為純電動(dòng)轎車的動(dòng)力電池。根據(jù)車輛 60km/h勻速行駛 160km 所消耗的能量計(jì)算電池的最小儲(chǔ)能量和電池容量需求。定義電池容量可用量在 10%到 90%范圍內(nèi)，電池平均效率為 95%，則電池有效容量 76%。轎車行駛 160km 預(yù)計(jì)需要儲(chǔ)能量為 23kWh，電壓為 356V 時(shí)的電池容量約為 65Ah。具體的動(dòng)力電池參數(shù)如下表 3.4 所示：表3.4 電池選型及參數(shù)要求參數(shù)名稱參數(shù)要求電池 類型鋰離子電池單體電池尺寸（mm×mm×mm)143×52×222單體電池重量（kg)2.10.1能量密度（Wh/kg)97單體電池標(biāo)稱電壓（V

39、）3.3單體電池充電截止電壓（V）3.7單體電池放電截止電壓（V）2.1單體電池標(biāo)稱容量（Ah）65電池包數(shù)量3電池包聯(lián)結(jié)形式串聯(lián)單個(gè)電池包電池?cái)?shù)目36電池系統(tǒng)額定電壓(V)3203.3.2 電機(jī)的選型 純電動(dòng)轎車?yán)抿?qū)動(dòng)電機(jī)將電池傳輸過來的電能轉(zhuǎn)化為轎車運(yùn)行所需的機(jī)械能?，F(xiàn)常見的四種電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)如下：表3.5 常見電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)電機(jī)類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便靈活轉(zhuǎn)速、功率密度和使用壽命差感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、體積小、響應(yīng)快、可調(diào)速范圍寬控制復(fù)雜、成本高，而且必須經(jīng)過逆變器將動(dòng)力電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電后才可用永磁同步電機(jī)永久磁鐵，質(zhì)量小、功率密度大、響應(yīng)更加迅速成本高開關(guān)磁阻電機(jī)

40、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、調(diào)速范圍寬輸出轉(zhuǎn)矩性能不穩(wěn)定，技術(shù)不穩(wěn)定 基于以上這些電機(jī)特性，本項(xiàng)目選用的是永磁同步電機(jī)，其主要計(jì)算參數(shù)和機(jī)械性能曲線如下所示。電機(jī)采用 CAN 總線通訊技術(shù)以及水循環(huán)冷卻方式。水冷要優(yōu)于風(fēng)冷，能夠更有效地保持電機(jī)系統(tǒng)的熱平衡。由于電機(jī)過載能力即峰值功率的大小在一定程度上可以認(rèn)為是取決于電機(jī)系統(tǒng)熱平衡質(zhì)量的優(yōu)劣，所以水冷型電機(jī)能夠更為有效地發(fā)揮出電機(jī)的超負(fù)載能力。 表3.6 電機(jī)選型及參數(shù)要求參數(shù)名稱參數(shù)要求電機(jī)類型永磁同步電機(jī)電機(jī)質(zhì)量（kg)58通訊方式CAN總線額定功率（kw)25峰值功率（kw)45額定扭矩（Nm)81最大扭矩（Nm)146額定轉(zhuǎn)速（r/min)29

41、73最高轉(zhuǎn)速（r/min)7560額定電壓（V)356冷卻方式水冷圖3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性圖 上圖中橫坐標(biāo)是電機(jī)轉(zhuǎn)速，縱坐標(biāo)是電機(jī)最大輸出扭矩?？梢?，在額定轉(zhuǎn)速以前，電機(jī)可以保持恒扭矩輸出；在額定轉(zhuǎn)速以后，電機(jī)最大可輸出扭矩持續(xù)下滑。表3.2 電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性圖 從上圖中，我們可以看出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、最小轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化的走勢(shì)，在額定轉(zhuǎn)速以前，電機(jī)可以保持恒扭矩輸出；在額定轉(zhuǎn)速以后，電機(jī)最大可輸出扭矩持續(xù)下滑。3.4 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的布置方式 純電動(dòng)轎車的電池系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)取代動(dòng)力總成和油箱，布置可以更為巧妙。電池系統(tǒng)采用電路連接方式將電能傳輸給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，布置方案靈活多變。 3.4.1 影

42、響布置的主要因素 影響電動(dòng)轎車布置的因素有很多，其中較為重要的有以下五個(gè)方面： （1）空間大小是否合適。在本項(xiàng)目研發(fā)的過程中，由于電池體積太大造成了一系列布置空間范圍內(nèi)零部件干涉等問題。所采用的解決方案是將電池包拆分為三個(gè)小電池包，再分別對(duì)三個(gè)小電池包進(jìn)行布置，電池包與電池包之間采用電路連接。 （2）載荷分配是否合理。在本課題所選擇的布置方案中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器前置、三個(gè)電池包中的兩個(gè)中置、一個(gè)后置，這樣的布置對(duì)電動(dòng)轎車來說或許不是最好的選擇，但已滿足本項(xiàng)目的軸荷分配要求目標(biāo)要求，后軸載荷基本在 55%到 57%之間。 （3）零部件布置是否安全。這里所說的安全要從兩方面來考慮，首先要保證車輛

43、不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響，其次是減少車輛本身發(fā)生故障的可能性。對(duì)于人體而言，電動(dòng)轎車主要的安全隱患來自于電池和高壓線路。 （4）動(dòng)力系統(tǒng)傳輸效率是否滿足要求。動(dòng)力系統(tǒng)傳輸效率的控制要從動(dòng)力元件和傳輸電路兩方面入手。提高電池和電機(jī)運(yùn)行效率的關(guān)鍵在于整車工況下進(jìn)行合理匹配。此外，電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)的布置應(yīng)當(dāng)盡量遵循傳輸電路距離最短和傳輸角度最小原則，以盡量減少電能在傳輸電路上效率損失。 (5）散熱條件是否良好。本項(xiàng)目中電池及其控制器采用強(qiáng)制風(fēng)冷，電機(jī)及其控制器采用水冷，保證動(dòng)力元器件持續(xù)工作的溫度條件。除此之外，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)檢測(cè)即時(shí)溫度傳輸給中央控制器，一旦發(fā)現(xiàn)溫度過高應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)相應(yīng)零部件工作狀態(tài)

44、并通過人機(jī)交互平臺(tái)向駕駛員發(fā)出警告。在電池系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)布置的過程中應(yīng)當(dāng)考慮布置位置、空間大小對(duì)散熱的影響，保證良好的通風(fēng)、散熱條件。 3.4.2 總體布置方案的選擇 電動(dòng)轎車動(dòng)力系統(tǒng)的布置較為靈活，按電機(jī)位置可分為前置、中置和后置；按電池包的形式可以分為整體式和分布式。各種形式的動(dòng)力元件布置示意圖如下圖 3.3 所示。與內(nèi)燃機(jī)車輛相比，電動(dòng)轎車的電動(dòng)機(jī)無論是體積還是質(zhì)量都要比動(dòng)力總成小很多，因此布置也相對(duì)來說簡(jiǎn)單很多，但是考慮到許多電動(dòng)轎車都是在內(nèi)燃機(jī)原型車上進(jìn)行改型，所以電動(dòng)機(jī)一般來說會(huì)放置在原發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)。 圖3.3 各種形式的動(dòng)力元件布置示意圖本課題采用前置電機(jī)、分布式電池包布置形

45、式，具體結(jié)構(gòu)如下圖 3.4所示。電池系統(tǒng)采用三個(gè)電池包串聯(lián)的形式，分別布置在第二排和第三排座椅下，以及后備箱位置；電動(dòng)機(jī)和減速器以機(jī)械方式聯(lián)接，并布置在原發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)；整車電子控制單元 ECU、電動(dòng)機(jī)控制器布置在副駕駛座下方；電池管理系統(tǒng)和車載充電器布置在后備箱位置。電池將電能傳送給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)主軸帶動(dòng)減速器、傳動(dòng)軸、主減速器及驅(qū)動(dòng)輪，最終驅(qū)動(dòng)車輛行駛。 圖3.4 純電動(dòng)轎車整車布置圖3.5 本章小結(jié) 本章詳細(xì)論述了如何匹配動(dòng)力系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)、如何選擇合適的電池和電機(jī)，最后闡述了動(dòng)力系統(tǒng)布置的相關(guān)影響因素和本課題選擇的總體布置方案。首先是整

46、理了電動(dòng)轎車整車參數(shù)，定義了所要求的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、續(xù)駛里程等整車性能目標(biāo)，然后根據(jù)對(duì)電池、電機(jī)以及傳動(dòng)比主要參數(shù)的計(jì)算合理選型，最后簡(jiǎn)單介紹了本課題的總體布置方案及其相關(guān)影響因素。 第4章整車性能仿真模型的建立與分析4.1 仿真軟件 CRUISE 簡(jiǎn)介 AVL CRUISE軟件可以用于車輛的動(dòng)力性，燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性能的仿真，其模塊化的建模理念使得用戶可以便捷的搭建不同布置結(jié)構(gòu)的車輛模型，其復(fù)雜完善的求解器可以確保計(jì)算的速度。其中一個(gè)典型應(yīng)用是對(duì)電動(dòng)轎車動(dòng)力系統(tǒng)和電機(jī)參數(shù)的匹配設(shè)計(jì)與仿真，它可以計(jì)算并優(yōu)化車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性、排放性、動(dòng)力性（原地起步加速能力、超車加速能力）、變速箱速比、制動(dòng)性

47、能等，也可以為應(yīng)力計(jì)算和傳動(dòng)系的振動(dòng)生成載荷譜。 Cruise 提供了圖形化得交互環(huán)境，只需要使用拖放的方法從模型中拖出相應(yīng)的元件，就能迅速地建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，添加相應(yīng)的控制模塊，并正確連接數(shù)據(jù)總線，便可很快的得到系統(tǒng)模型。用戶能方便地修改傳動(dòng)系的配置。所以用它來對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)建模將是一件比較輕松的事情。圖4.1 AVL CRUISE工作界面4.1.1 CRUISE 軟件功能 CRUISE 軟件可以用于車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性仿真，也可為傳動(dòng)系的應(yīng)力計(jì)算和振動(dòng)分析提供載荷輸入數(shù)據(jù)。作為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)和研究輔助工具，CRUISE 主要功能包括如下幾點(diǎn)： （1）靈活的模塊化設(shè)計(jì)理念可以對(duì)任何結(jié)構(gòu)

48、式的轎車傳動(dòng)系進(jìn)行仿真建模。 （2）應(yīng)用于純電動(dòng)轎車模塊時(shí)，可以設(shè)計(jì)并優(yōu)化其參數(shù)匹配。 （3）在轎車零部件開發(fā)過程中，可以通過零部件的工作特性來確定反求其設(shè)計(jì)參數(shù)。 （4）可以針對(duì)整車和不同的部件進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)分析。 4.1.2 CRUISE 仿真流程 轎車性能試驗(yàn)的成本是非常高昂的，試驗(yàn)周期也是很長(zhǎng)的一段時(shí)間，因此仿真技術(shù)的發(fā)展使其成為轎車研發(fā)中越來越重要的部分。在新產(chǎn)品開發(fā)初期對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算、參數(shù)優(yōu)化可以加速整個(gè)開發(fā)流程，保證研發(fā)結(jié)果的可靠性。AVL CRUISE 包含了車輛的主要零部件模塊和連接線路，可以任意建立各種結(jié)構(gòu)的車輛模型進(jìn)行性能仿真分析，非常有利于轎車初期開發(fā)階段的方

49、案設(shè)計(jì)和零部件參數(shù)優(yōu)化。CRUISE 仿真操作主要流程如下： （1）選擇合適的子系統(tǒng)模塊并設(shè)置其初始參數(shù)； （2）機(jī)械連接各子系統(tǒng)模塊形成整車機(jī)械模型； （3）對(duì)整車機(jī)械模型添加信號(hào)線連接形成完整的整車模型； （4）輸入整車和子部件相關(guān)參數(shù)，并驗(yàn)證其可行性； （5）設(shè)置仿真計(jì)算任務(wù)及其測(cè)試參數(shù)并進(jìn)行仿真； （6）對(duì)各種仿真結(jié)果進(jìn)行分析并對(duì)零部件參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 轎車是一個(gè)較為復(fù)雜的機(jī)電一體化產(chǎn)品，轎車產(chǎn)品的性能必須是明確和穩(wěn)定的。在轎車開發(fā)的初期階段，運(yùn)用仿真軟件建立車輛模型并進(jìn)行仿真計(jì)算預(yù)測(cè)車輛性能可以大大縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本，提高設(shè)計(jì)的精確性，保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。純電動(dòng)轎車的開發(fā)是一

50、個(gè)全新的嘗試和突破，一般情況下沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)支持，因此可以用 CRUISE 仿真軟件進(jìn)行仿真試驗(yàn)取代大量周期長(zhǎng)、成本高的實(shí)物試驗(yàn)。運(yùn)用 CRUISE 軟件仿真的過程中主要難點(diǎn)在于動(dòng)力電池的建模、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的建模、整車模型參數(shù)設(shè)置和優(yōu)化以及對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治觥?4.2 純電動(dòng)轎車模型的建立 4.2.1 動(dòng)力電池模型的建立 鋰離子電池的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻特性與電池荷電狀態(tài) SOC（State of Capacity）密切相關(guān)。電池的荷電狀態(tài)一般是指電池剩余可用容量或電池化學(xué)材料上所保存的現(xiàn)有容量。由于電化學(xué)材料性能的不確定性，SOC 不僅受到溫度變化的影響，也對(duì)負(fù)載電流大小及其所持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)

51、短較為敏感。放電電流越大，極化越嚴(yán)重工作電壓下降越多；放電深度越深，工作電壓下降也越多。這些都會(huì)反映在動(dòng)力電池的容量特性和電壓特性上。電池的容量與放電電流的大小密切相關(guān)，放電電流越小，在可達(dá)到的最大放電時(shí)間內(nèi)所釋放的出的有效容量就越多。電池的實(shí)際工作電壓與放電深度密切相關(guān)，即 SOC 值越小，電池的工作電壓下降也越多。電池的容量特性說明電動(dòng)轎車低速、輕載工況下行駛可達(dá)到的續(xù)駛里程應(yīng)當(dāng)超過高速行駛工況。另外，當(dāng) SOC 值過小時(shí)，車輛的車速和載荷都會(huì)受到很大的限制。 因此，電池 SOC 值不僅與溫度有關(guān)，還與負(fù)載電流和持續(xù)放電時(shí)間有關(guān)。當(dāng)負(fù)載電流為單調(diào)、非減函數(shù)時(shí)，可用容量與溫度、負(fù)載電流、放電

52、時(shí)間的關(guān)系如下式 4-1 所示： 式（4-1）式中為電池剩余容量，其中為電池放電溫度，為電池放電電流，t 為電池放電持續(xù)時(shí)間；為電池總電容量；為電池從 0 到 t 時(shí)刻輸出電流總量。電池容量與負(fù)載電流變化的關(guān)系取決于電池容量衰減方程，如下式 4-2 所示： 式（4-2）式中為電池放電容量，單位 Ah； t 為電池放電時(shí)間，單位 s；n 為 Peuker常數(shù)。上式也可以表示為： 式（4-3）式中為電池額定放電電流，單位 A；為由 Peukert 方程確定的常數(shù)，=n-1。在給定的時(shí)間范圍 0t內(nèi)，當(dāng)電流恒定不變時(shí)，電池可用容量可以利用上式直接計(jì)算。電池荷電狀態(tài)值 k 可以表示為： 式（4-4）電

53、池內(nèi)阻解析表達(dá)式如下式 4-5 所示： 式（4-5）式中為電解液阻值；為電極阻值；為極化內(nèi)阻;b為電池以電流充放電時(shí)的電池端電壓相當(dāng)于電池額定容量條件下的端電壓變化系數(shù)；為電池的瞬時(shí)電動(dòng)勢(shì)。定義系數(shù)b 如下： 式（4-6）其中當(dāng) k =1 時(shí)，=；當(dāng) k =0 時(shí)，。考慮到電解液阻值、電極阻值與容量的反比關(guān)系，將上式 4-6寫成容量表達(dá)式如下所示： 式（4-7）定義后，可將上式簡(jiǎn)化為電池荷電狀態(tài)值 k 的函數(shù)，如下所示： 式（4-8）電池模型可以簡(jiǎn)單等效為電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的串聯(lián)，因此電池端電壓可由下式 4-9計(jì)算。 式（4-9）式中為 t 時(shí)刻電池電動(dòng)勢(shì)；為 t 時(shí)刻電池內(nèi)阻。在實(shí)際的電動(dòng)轎車運(yùn)行過程中，電池的輸出電流是隨著車輛負(fù)載變化而不斷變化的，這使得荷電狀態(tài)值的計(jì)算變得尤為復(fù)雜，且隨著 SOC 的不斷降低，電池端電壓也會(huì)有不同程度的下降。由于電池技術(shù)的限制，車載電池通常都是由多組電池通過各種方式聯(lián)接而成的，單體電池工作的不一致性影響了整個(gè)電池系統(tǒng)的性能，這對(duì)電池管理系統(tǒng)要求甚高。另外，如果電池的熱平衡技術(shù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，往往會(huì)導(dǎo)致電池?zé)龤?/p>