毕业设计（论文）-纯电动客车的动力系统参数

2015届湖北汽车工业学院毕业设计（论文）摘要由于环境污染、能源匮乏等问题日益严重，电动汽车成为汽车行业研究的热点。纯电动汽车动力传动系部件参数的合理匹配，对电动汽车的动力性和经济性等有显著的影响。本文以某轻型纯电动客车为研究的对象，主要介绍了电动汽车动力传动系统相关理论匹配的方法，动力传动系统主要部件的性能要求，以及影响整车性能的因素分析等。根据整车的性能要求及部件的选型原则，对该纯电动客车的动力系统参数进行设计计算，实现传动系统参数的合理匹配。最后利用MATLAB软件对所选的一些参数进行验算，检验参数是否满足整车的性能要求。关键词：纯电动客车；动力传动系统；参数匹配；动力性；经济性AbstractDue to environmental pollution, energy shortages and other problems have become increasingly serious,the electric vehicle has become the hot spot .The reasonable matching of the parameters of the power transmission parts has a significant effect on the dynamic and the economy of the electric vehicle.Taking a light electric buses as the object in this article. It introduces the theory of electric vehicle power train matching method performance .It also describes the performance requirements of major power train components.It also analyzes the factors that affect vehicle performance analysis, etc.According to the vehicle performance requirements and components selection principle, the power system parameters of the pure electric bus are designed and calculated, and the parameters of the transmission system are reasonably matched.Finally,the MATLAB software is used to test the performance of the vehicle.Keywords: pure electric bus；power system；parameter matching；dynamic；economy目录第一章 绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的意义11.3 汽车动力传动系统匹配方法现状研究21.4 本论文研究的主要内容4第二章 电动汽车的基本结构及关键技术52.1 电动汽车的基本结构及工作原理52.2 电动汽车的关键技术62.2.1 电机及其控制技术62.2.2 电池及其充电技术72.2.3 能量管理技术82.3 本章小结9第三章 纯电动汽车动力传动系统与整车参数性能的相关介绍103.1电动汽车动力传动系统的布置103.2 电动汽车动力传动系统的匹配方法123.3 某轻型纯电动客车的整车参数143.4某轻型纯电动客车的性能目标143.4.1电动汽车的性能评价指标153.4.2 某型纯电动客车的性能要求153.5 本章小结16第四章 纯电动客车动力传动系统参数的匹配174.1 电动汽车上常用电机的介绍174.2 电机的参数计算与选型194.2.1 电机额定功率、峰值功率的匹配194.2.2 电机最高转速和额定转速的确定224.2.3电机额定转矩与最高转矩的确定234.3传动系统的匹配254.3.1传动系统参数对整车性能的影响264.3.2 纯电动客车传动系参数的选择274.4动力电池的选型284.5动力系统参数匹配结果324.6 匹配结果验算334.6.1最高车速的验算334.6.2最大爬坡度的验算344.6.3加速性能的验算354.6.4 续驶里程的验算364.7 与电动车相关的国家政策分析364.8 本章小结37第五章 全文总结与展望385.1 全文总结385.2 展望38致 谢40参考文献41附录43 第一章 绪论1.1 课题研究的背景在18世纪80年代，第一辆内燃机汽车在德国诞生，它的发明人叫做Karl Friedrich Benz。自那时候开始，汽车行业就像火箭一样快速的发展壮大。汽车以绝对的优势占据了生活中交通工具的主流。汽车行业的崛起，对整个国民经济的促进作用非常大。在某种意义上来说，汽车的诞生使整个世界换了一个全新的面貌1。然而，另一方面传统汽车也带来了一系列的弊端。经过分析大量的资料发现，以内燃机为动力的汽车工业受到的挑战主要包括能源和环境这两方面。面对这些能源和环境的严峻挑战，各国政府均投入了大量的物力、财力研究新能源汽车，改变传统汽车的发展模式。实现交通行业能源的转型，已经成为传统汽车行业可持续发展的主要手段。电动汽车由于具有较大的节能环保潜力并且更易于产业化，故而受到了世界范围内的广泛关注。从这个趋势来看，电动汽车将会逐渐的取代传统燃油车成为社会上人们出行的主要交通工具之一。当然这并不仅仅是因为电动汽车对环境无污染、操纵简单、噪声也小，更突出的一点就是电动汽车代表了一种新的生活方式，也贯彻了可持续发展的理念。各国政府及汽车企业均已将电动汽车产业化作为其近期的发展方向，这同时也对电动汽车的技术水平以及整车性能的提高提出了更为迫切的实际需要。1.2 课题研究的意义大力发展纯电动汽车的发展，可以有效地改善传统内燃机所带来的环境污染，也可以缓解能源短缺所带来的压力。可以预见电动汽车会将汽车这个行业带向另一个新的高度。电动汽车涉及的学科领域很多，是比较繁琐的一项系统化工程。目前因有些技术方面的难题还没有解决，限制了纯电动汽车的快速发展。对于纯电动汽车来说，电池技术方面的难题可以说是致命伤。电池技术上的难题主要包括无法完全满足汽车行驶的需求，另外也存在电池的重量大、体积大、费用高的问题。在电池技术难题没有被攻克下来时，可以寻找另一个突破口对纯电动汽车的动力传动系统参数进行合理匹配2。动力传动系统参数匹配的合理与否直接影响到整车性能指标（爬坡能力、最高车速、加速能力和续驶里程）的高低。所以要想使纯电动汽车的实用性提高，更好的满足人们日常生活的需求，必须要解决的一个问题就是动力传动系统参数合理匹配的问题。1.3 汽车动力传动系统匹配方法现状研究在传统汽车行业的不断发展中，车辆的在动力性和经济性方面的性能都有非常明显的提高。之所以能有这样的局面是因为许多工程人员都在车辆的动力传动系统的匹配方面做了大量的努力。在当时技术手段和工具等条件有限的情况下，匹配动力传动系统主要就是通过定性定量的分析和计算、经验数据和经过许多的测试数据来设计匹配。具体步骤包括3：（1）对设计开发的同款车型进行一定的市场调查；（2）对市场调差的结果进行分析，提炼对设计匹配有用的信息；（3）参考之前已有的车型，结合工程经验，构思可行的方案；（4）试制样车并进行一定的检查和试验；（5）根据实验的结果对样车进行合理的修改；（6）敲定一个最佳的设计方案。这种方法有许多弊端，比如设计的质量不高、研制的周期长等。但是随着随着计算机应用的越来越广泛和现代计算方法迅速的发展，计算机仿真模拟与性能计算的技术在车辆的设计过程占据了无比重要的位置4。在车辆的研发设计中，通过计算机仿真模拟和性能计算的技术手段，以车辆各部件系统的一些特性为基础，对动力传动系统各参数进行初步的选择，再通过仿真和试验的方法对车辆的整车性能进行评价，最后可以将参数实行优化组合，选择最佳的设计参数，使整车的各性能达到最优化。利用这种技术手段就可以很方便的做出最佳方案，也大大提高了设计质量，缩减了开发新产品的周期。1.3.1国外研究现状国外最早利用计算机对车辆动力性与经济性进行研究，也取得了非常大的研究成效。许多企业见证了计算机对车辆匹配过程的优越性之后，对匹配计算的软件进行了大力开发。在1972年，一种名为GPSIM的软件被美国的通用公司开发出来。这款软件可以模拟出汽车在所有行驶工况下的累积油耗、瞬时油耗、行驶时间和距离，并预测汽车的一些设计参数譬如传动系速比、重量、空气阻力系数等的变化对整车性能的影响5。其他后续被其他公司开发出来的比较有名的一些仿真软件有AVL-Cruise、GT-Driver、Advisor、Past等。根据相关资料的搜集可以发现，国外利用模拟计算软件对车辆动力传动系统的匹配和优化设计，主要体现在下列这些方面6：(l)研究设计不同的变速器对汽车性能的影响，通过减小传动比来提高车辆的经济性，但是这样会降低车辆的动力性；(2)研究增加变速器档位、优化变速器传动比分配对汽车性能的影响，设计具有更多档位的变速器，使动力能在传递过程更加平稳、顺畅；(3)改变汽车的布置、结构、尺寸，采用新型的材料，改造各总成部件以减少汽车整备质量，使得汽车的动力性和经济性得以提高。1.3.2国内研究现状我国的汽车技术相对国外而言是比较晚的，对于利用计算机性能模拟软件对车辆动力传动系统进行匹配优化的研究也是从80年代后期才开始7。研究之后也取得了一些可喜的成果：1983年，长春汽车研究所开发的汽车动力性和燃料经济性通用模拟程序。这种程序能够在排除如天气、司机状态影响等外界因素的影响下发现对汽车的性能能产生影响的参数8。1990年，清华大学提出动力性、燃料经济性的计算机模拟的方法。这种方法参考了国外的许多经验模型，简单合理地演示了汽车动力传动系统的基本运行过程9。李伟华用驱动特性的实际数据和理想数据，并利用权重法和价值评价方法来评价动力性和经济性10。最近几年，国内通过一些仿真模拟软件对车辆动力传动系统方面的研究工作主要包括四个方面，如图1.1所示。图1.1 对车辆动力传动系统方面的研究工作纯电动汽车动力系统参数的匹配，是在传统汽车的基础上建立的动力系统数学模型，进而对动力系统的相关参数进行优化匹配。纯电动汽车的匹配研究技术在国外的一些公司非常成熟。甚至开发的部分纯电动汽车的整体性能远远超于传统燃油汽车。纯电动汽车的动力传动系统的匹配过程与传统车很相似，主要内容就是通过分析纯电动汽车动力传动系统参数对整车性能的影响，选择与传动系统能够合理匹配的电机，并且深入研究如何选择传动系统的传动比。1.4 本论文研究的主要内容本论文的课题是在某公司某轻型纯电动客车研发项目的基础上提出来的，研究的主要内容则包含以下几项：（1）介绍纯电动汽车的基本结构与一些关键技术；（2）分析电动汽车传动系统的布置方式；（3）对整车的性能目标进行解读；（4）对电动汽车动力系统参数设计的原则和方法进行分析和探讨；（5）根据整车性能参数对其动力系统进行合理的