【正文】 濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)基于sruise的純電動(dòng)轎車動(dòng)力畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要 2ABSTRACT 3第1章 緒論 5 課題背景及意義 5 國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)轎車發(fā)展的現(xiàn)狀 6 論文研究的主要內(nèi)容 6 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) 8 純電動(dòng)轎車的基本結(jié)構(gòu) 8 純電動(dòng)轎車的關(guān)鍵技術(shù) 10 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 14 整車參數(shù)及性能指標(biāo) 14 動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì) 15 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的選型 18 動(dòng)力系統(tǒng)主要部件的布置方式 23 本章小結(jié) 25第4章 整車性能仿真模型的建立與分析 26 仿真軟件 CRUISE 簡(jiǎn)介 26 純電動(dòng)轎車模型的建立 27 純電動(dòng)轎車性能仿真的實(shí)現(xiàn) 31 仿真結(jié)果分析 37第5章 結(jié)論與展望 46 結(jié)論 46 展望 46參考文獻(xiàn) 48致 謝 50第1章 緒論 課題背景及意義 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(wú)污染尾氣的排放、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(lái)，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。 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(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而純電動(dòng)轎車是解決這些問(wèn)題的完美載體，必定會(huì)迎來(lái)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(wèn)題。純電動(dòng)轎車是不受污染零排放的車輛，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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)多會(huì)引起過(guò)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(wú)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。 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(lái)做好準(zhǔn)備。“十五”期間，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(lái)生產(chǎn)的F6DM雙模電動(dòng)轎車，選用ETPOWER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160km／h，百公里耗電l 5kW．h。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)150km／h。 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(wèn)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(méi)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。 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(guò)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)； (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； 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) 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)（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(guò)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： 純電動(dòng)轎車工作原理示意圖 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： 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 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(guò)是將加速、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(lái)對(duì)轎車行駛進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。具體如下表所示： 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(lái)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(lái)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(lái)傳遞動(dòng)力 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)和需求有所區(qū)別。具體如下表所示： 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(lái)增加或減少，其相關(guān)的信息會(huì)通過(guò)數(shù)字液晶屏顯示出來(lái)，以CAN總線、嵌入式技術(shù)為核心，GPS／GPRS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)設(shè)備等等。 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)。純電動(dòng)轎車的能量主要來(lái)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(guò)看該電池的比能量、比功率、使用循環(huán)壽命等等。只有開(kāi)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(jiàn)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1．1列出了幾種常見(jiàn)的電池性能參數(shù)表： 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355021031065100410610165鎳氫電池65751603101401806101200210360鈉硫電池1120210165820260470鋰聚合物電池160320230615未知鋰離子電池951402604601502108101250200 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(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)和永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)(PMBLM)。： 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(kāi)關(guān)磁阻永磁無(wú)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能弱一般強(qiáng)最強(qiáng) 為了使的純電動(dòng)轎車在使用過(guò)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(guò)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(guò)程中具有能量回饋。純電動(dòng)轎車在行駛過(guò)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。 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(lái)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)