【正文】 ，對電動汽車的研制進行了連續(xù)的逐年遞增的資金投入。該車為前輪驅(qū)動，采用一臺 102KW 的三相交流感應(yīng)電機，裝備由 26 個閥控鉛酸電池組成的電池組。這款未來型概念車是世界上第一款從零開始全新設(shè)計的、使用燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)的車型，也是第一款將燃料電池與線傳操控電子控制技術(shù)相結(jié)合的車型 [2]。法國的雷諾和標(biāo)志雪鐵龍公司長期從事電動汽車，特別是純電動汽車的研究和開發(fā)工作，早在 90 年代初，就實現(xiàn)了純電動汽車的批量生產(chǎn)。燃料電 池大巴將由奔馳汽車公司屬下的 EVOBUS 公司負責(zé)制造，以奔馳 Citaro 低地板大巴為基礎(chǔ)改裝，三門，總長 12 米， 30 個座位，外加站立，乘客容量達 70 人，裝用巴拉德 MK902 電池堆，功率 200kw 以上，350 個大氣壓的壓縮氫氣瓶置于車頂上，電機驅(qū)動系統(tǒng)和燃料電池置于車后部，最高車速 80km/h，一次加氫行程 200～ 250km[10]。電動小巴在局部地區(qū)開始商業(yè)化運營，如武漢市電動小巴，株洲田心小區(qū)電動小巴、北京云崗小區(qū)電動小巴等。奧運會期間， 50 輛鋰離子電池純電動客車在奧運中心區(qū)的奧運村、媒體村和北部賽區(qū)等線路上為奧運官員、媒體記者、運動員提供 24h 全天候的運輸服務(wù)。目前，內(nèi)部使用的電動汽車已達 50 余輛，包括電力營銷服務(wù)車、電力工程車和公務(wù)車等。微型電動汽車自發(fā)形成的市場缺乏有效的組織管理，車輛質(zhì) 量和電池性能有待提高。并且開始進入產(chǎn)業(yè)化階段。國外電動汽車發(fā)展的技術(shù)路線已逐漸明晰：在起步期對各種電動汽車技術(shù)方向進行探索；在過渡期將混合動力汽車作為主要發(fā)展方向；純電動汽車和燃料電池汽車則是成熟期的最終發(fā)展目標(biāo)；各階段的發(fā)展重點都是以乘用車為代表的中小型車輛?！叭龣M”是指純電動汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車的整車。促進了純電動汽車的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。現(xiàn)代電動車是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它的理論基礎(chǔ)是將汽車技術(shù)、電機技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、電力電子技術(shù)、能源存儲技術(shù)和現(xiàn)代控制理論有機的結(jié)合起來，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成優(yōu)化。目前電動汽車所采用的電動機中，直流電動機基本上己被交流電動機、永磁電動機或開關(guān)磁阻電動機所取代。 直流電機 交流感應(yīng)電機 永磁式電機 開關(guān)阻尼電機 功率密度 低 中 高 較高 過載能力（ %） 200 300～ 500 300 300～ 500 峰值效率（ %） 85～ 89 94～ 95 95～ 97 90 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 65 頁 負荷效率（ %） 80～ 87 90～ 92 85～ 97 78～ 85 功率因數(shù)（ %） 82～ 85 90～ 93 60～ 65 恒功率區(qū) 1:5 1： 1:3 轉(zhuǎn)速范圍（ r/min） 4000～ 6000 12020～ 20200 4000～ 10000 15000 可靠性 一般 好 優(yōu)良 好 結(jié)構(gòu)的堅固 差 好 一般 優(yōu)良 電機尺寸 大 中 小 小 電機 質(zhì)量 重 中 小 小 目前，在電力傳動中大約有 90%的機械使用交流異步電機。因蓄電池的性能決定了電動汽車的性能指標(biāo)，能量密度決定電動汽車一次充電續(xù)駛里程，功率密度決定電動汽車的加速性能和最高車速。 h h)15%額定容量 維護 方法 免維護，極小的車載控制 (3)、 系統(tǒng)匹配設(shè)計及整車輕量化技術(shù) 電動汽車由于車身質(zhì)量、空間和能源的矛盾，因此在設(shè)計時必須考慮采用一定的措施來提高電動車的系統(tǒng)運行效率和整車的質(zhì)量，以增加其續(xù)駛里程。電池、電池箱、電池管理系統(tǒng)、車載充電機組成的車載能源系統(tǒng)的合理集成和分散，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。目前世界各國所開發(fā)的電動車電力驅(qū)動系統(tǒng)控制的軟硬件大致如圖 所示 : 圖 電動車驅(qū)動系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)原理圖 因此，首先必須建立準(zhǔn)確適用的數(shù)學(xué)模型和控制模型，設(shè)計快速有效的控制算法，然后再開發(fā)以微處理機為核心的控制單元。高速 CAN 每個節(jié)點為各子系統(tǒng)的 ECU，低速 CAN 按物理位置設(shè)置節(jié)點。各節(jié)點自成一個系統(tǒng)，節(jié)點控制單元根據(jù)本地傳感器和來自 CAN 總線上的信 號控制本地執(zhí)行機構(gòu)，同時將需要與其他節(jié)點共享的信號傳輸?shù)娇偩€上。因此智能化的能量管理系統(tǒng)研究與開發(fā)不僅要建立包括蓄電池在內(nèi)的電動車的數(shù)學(xué)模型而且要開發(fā)以微處理器為核心的電子控制單元。兼顧 CAN 總線的故障檢測與管理。電池的成本和循環(huán)壽命直接影響車輛的成本和可靠性，所有影響電池性能的參數(shù)必須得到優(yōu)化。由于電池包的設(shè)計既要密封、防水、防塵、絕緣等，又要考慮空氣流流場分布、均勻散熱。能源系統(tǒng)主要由動力電池及相關(guān)的管理系統(tǒng)構(gòu)成。不同方式有不同的動力總成布置和不同的傳動系結(jié)構(gòu)方式。圖 為純電動客車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理。 ①電池組要有足夠的能量和容量，以保證典型的連續(xù)放電不超過 1C，典型峰值放電一般不超過3C。 ④由于動力電池組體積和質(zhì)量較大，電池箱的設(shè)計、電池的空間布置和安裝問題都需要認(rèn)真研究。它從原理上解決了二次鐳電池安全性差和充放電壽命短兩個技術(shù)難題。電解質(zhì)通常是有機溶液或固體聚合物。日本近年來一直在大力研究鐳離子電池。 SAFT 公司在 200 年向美國能源部提供的鐳離子電池組的性能與 FreedomCar 項目對儲能電源的目標(biāo)相比，除了成本外其它性能指標(biāo)均已達標(biāo)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 65 頁 表 天津電源研究所鋰電池性能 技術(shù)參數(shù) 35Ah 100Ah 重量（ kg） 3． 7 體積（ mm3 ） 工作電壓（ v） 額定容量（ Ah） 35 100 重量比能量（ Wh/kg） 110 110 體積比能量（ Wh/L） 240 240 比功率（ W/kg） 200 220 充放電壽命， ,60%DOD(次 ) ≥ 200 ≥ 200 月自放電（ %） ≤ 10 ≤ 10 目前我國研制的鐳離子電池的能量密度、放電率、充放電壽命及密封性等，均可以滿足美國USABC制定的電動汽車用動力電池的中期目標(biāo)。 電池管理系統(tǒng)應(yīng)具有 如下功能 : 1)參數(shù)檢測。電池剩余能量相當(dāng)于傳統(tǒng)車的油量。若某個參數(shù)超標(biāo)，如單體電池電壓過高或過低，為保證電池組的正常使用及性能的發(fā)揮，系統(tǒng)將切斷繼電器，停止電池的能量供給 。由于每塊電池個體的差異以及使用狀態(tài)的不同等原因，電池在使用過程中不一致性會越來越嚴(yán)重。 7)信息監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)通過接口與上位機標(biāo)定軟件進行通信 。它的任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的能量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪上的動能反饋到蓄電池中。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 65 頁 ③為保證加速時間，要求電機低速時有大的轉(zhuǎn)矩輸出和較大的過載倍數(shù)，為保證汽車能跑到最高車速，要求電機高速區(qū)處有一定功率輸出 。其控制器通常采用斬波器控制方式，它具有控制較簡單、效率較高、成本低、技術(shù)成熟等優(yōu)點。 (2)交流驅(qū)動系統(tǒng)，以交流感應(yīng)電機為驅(qū)動電機。目前純電動車有較多采用交流感應(yīng)電機作為驅(qū) 動電機。同時還具有較寬的調(diào)速范圍，低速大轉(zhuǎn)矩和制動能量回饋等特性。 (4)永磁同步電機交流驅(qū)動系統(tǒng)。不同的是無刷直流電動機的定子電流是三相方波電流，無刷交流電動機的定子電流是三相正弦電流。同時對于大功率的 PMSM 要做到體積小、質(zhì)量輕尚存在一定的技術(shù)難度。定子與繞線式同步電動機基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的，所以稱為三相永磁同步電機。就定子的結(jié)構(gòu)而論，有分布繞組和集中繞組以及定子有槽和無槽的區(qū)別。這種控制方法的基本思想是在交流電機上設(shè)法模擬直流電機轉(zhuǎn)矩控制的規(guī)律，在磁場定向坐標(biāo)上，將電流矢量分解成為產(chǎn)生磁通的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，并使得兩個分量互相垂直，彼此獨立，然后分別進行調(diào)節(jié)。 SR 為定子相電阻 。 電磁轉(zhuǎn)矩為 : 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 共 65 頁 ? ?? ?qdqdqfne iiLLipT ??? ? （ ） 傳統(tǒng) 客 車 整 車參數(shù)和性能指標(biāo) 純電動客車是在傳統(tǒng)燃油客車的基礎(chǔ)上進行改裝和設(shè)計的。最大爬坡度 30%。都是根據(jù)整車的動力性指標(biāo)來確定，即最高車速、加速性、爬坡度要求。 首先，根據(jù)最高車速 確定最大功率 為，?????? ??????? 2m a xm a x1m a x vACfgmvP Dt? （ ） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 共 65 頁 式中， t? 為整車動力傳動系效率， f 為滾動阻力系數(shù)。t 二為加速過程的時間 。 根據(jù)上述由動力性三項指標(biāo)計算的各自最大功率，動力源總功率 max?allP 必須滿足上述所有的設(shè)計要求， ? ?3m a x2m a x1m a xm a x ,m a x PPPPP t o t a l ?? （ ） 整車通過改型為純電動客車后，質(zhì)量估算如下所示， p a s g rmce s sgba c cfcc o mev MMMMMMMM ??????? （ ） 式中代表 : 新車質(zhì)量 =原車整備質(zhì)量一發(fā)動機質(zhì)量一變速器質(zhì)量一發(fā)動機附件質(zhì)量 +電池質(zhì)量十電機質(zhì)量 +乘員質(zhì)量 通過計算新車質(zhì)量估計為 6000kg。 因此，綜合考慮以上動力性指標(biāo)要求，該電動汽車動力源總功率需求確定為 totalP =max( 1maxP , 2maxP , 3maxP )=90kw。電動機的額定功率可根據(jù)峰值功率 由下式求出 ?maxP?額P （ ） 式中， ? 為過載系數(shù)， 額P 為電機額定功率。因此應(yīng)采用最高轉(zhuǎn)速不大于 6000r/min 的低速電機。 動 力 傳動系參數(shù) 確定 汽車傳動系的傳動比的選擇對汽車的動力性與燃油經(jīng)濟性有很大影響。 (1)、 最大傳動比的選擇 傳動系最大傳動比 maxi 是變速器最低檔速比 1gi ，與主減速器速比 0i 的乘積，由電動機的峰值轉(zhuǎn)矩和車輛最大爬坡度決定。 由于電動機不但調(diào)速范圍大，而且具有基速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基速以上為恒功率區(qū)的輸出特性，因此其轉(zhuǎn)矩特性曲線比發(fā)動機轉(zhuǎn)矩特性曲線更理想。 動 力 電池參數(shù) 確定 電池一般具有能量型與功率型兩種，對于純電動車要求采用能量型電池，即匹配時主要考查其能量要求，即電池要求高容量，增加其續(xù)駛里程。 由于電池的能量計算公式為 1 0 0 0/CUW essess ?? （ ） 式中， esW 為電池組的實際能量 (kwh)， esU 為電池組的平均工作電壓 (v)， C 為電池塊的能量(Ah)。 因此需要檢驗 roadess WW ? ，由此可通過變化 ，即根據(jù)電池容量與電壓直接求續(xù)駛里程，計算公式為式 () eleeleso cess PVCUS /???? ? （ ） 式中 : soc? 為電池塊的有效放電容量。依據(jù)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以及動力電池的容量等要求，項目組選擇了電機和電池，并對選擇的電機和電池性能進行了臺架試驗驗證。分別對電動客車應(yīng)用到鐳電池和同步永磁電機做了詳細的介紹。為以下章節(jié)中的電機電池的具體選擇做了較充分的前期工作，為控制策略的制定做了鋪墊。能源系統(tǒng)由動力蓄電池組及電池的能量管理系統(tǒng)和充電等系統(tǒng)組成 。 為了保證整車的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和安全可靠，在對純電動客車動力總成控制的設(shè)計上，要以整車性能為目標(biāo)，主要從能量協(xié)調(diào)管理、驅(qū)動和制動等 方面入手。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能 整車 控 制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 整車控制系統(tǒng)要根據(jù)駕駛員的操作和當(dāng)前的整車及部件工作的狀況，在能保證安全和動力性要求的前提下代替駕駛員選擇盡可能優(yōu)化的工作條件，合理的控制能量的流動輸出，以達到最佳經(jīng)濟性。純電動客車整車控制系統(tǒng)以整車控制器為中心，通過 CAN 通信建立起來的控制通信網(wǎng)絡(luò)?？刂葡到y(tǒng)的部件都有自己的控制器，為實現(xiàn)分布式分層控制提供了基礎(chǔ)，可以完成控制系統(tǒng)的的拓補分離和功能分離。 駕駛員所能控制的是鑰匙開關(guān)、加速踏板、制動踏板、變速箱擋位等，整車控制器則是將鑰匙開關(guān)、加速踏板、制動踏板、變速箱檔信息及 CAN 網(wǎng)絡(luò)上其它控制系統(tǒng)的節(jié)點數(shù)據(jù)、車輛傳感器數(shù)據(jù)、車輛運行狀 態(tài)數(shù)據(jù)等進行采集處理，同時將其處理結(jié)果以控制消息的方式通過 CAN 總線發(fā)布，其它控制系統(tǒng)的中央處理單元根據(jù)從 CAN 總線接收的信息進行相應(yīng)的操作處理。 表 控制系統(tǒng)傳輸處理數(shù)據(jù)匯總 整車信息 模擬量 加速踏板開度、制動踏板開度、制動主缸壓力、車速 開關(guān)量 鑰匙開關(guān)、充電開關(guān)、方向信號、檔位信號、前進、后退、控制器開關(guān)、暖氣開關(guān)、氣泵開關(guān)、油泵 開關(guān)、手制動開關(guān)等 電機信息 電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度； 電樞的電流、電壓、報警信號等 電池信息 電池的總電壓、總電流、動力電池組充電狀態(tài)、 SOC 值、電池單體溫度和電壓等 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 共 65 頁 CAN 網(wǎng)絡(luò) 體系 CAN 的全稱是 ContronerAreaNetwork 是控制器局域網(wǎng)的簡稱。 CAN 總線在諸多現(xiàn)場總線中獨占鰲頭，成為汽車總線的代名詞，現(xiàn)已被列入 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，稱為 ISO11898。 (3)在發(fā)生信