【文章內(nèi)容簡介】 圖 12 并 聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， Transmission：傳動裝置（離合器，變速箱等） 3） 混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車 (PSHEV) 混聯(lián)式混合動力利用電動機和發(fā)動機來驅(qū)動車輪，并可用發(fā)電機來發(fā)電及自行充電?；炻?lián)式混合動力利用電動機和發(fā)動機這兩個動力來驅(qū)動車輪，同時電動機在行駛當中還可以發(fā)電。根據(jù)行駛條件的不同，可以僅靠電動機驅(qū)動力來行駛，或者利用發(fā)動機和電動機驅(qū)動行駛。另外還安裝有發(fā)電機，所以可以一邊行駛，一邊給 HV蓄電池充電?；窘Y(jié)構(gòu)由電動機 、發(fā)動機、 HV蓄電池、發(fā)電機、動力分離裝置、電子控制單元 (變壓器、轉(zhuǎn)換器 )組成。利用動力分離裝置將發(fā)動機的動力分成兩份，一部分用來直接驅(qū)動車輪，另一部分用來發(fā)電，給電動機供應(yīng)電力和 HV蓄電池充電。電動機擅長從低速帶開始發(fā)揮威力，而發(fā)動機則在高速帶大顯身手。本系統(tǒng)通過理想地控制二者，可在所有條件下提供高效率的行駛?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膭恿ο到y(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成。 Fuel Engine Battery Power Converter Motor Transmission 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 8 of 47 圖 13 混 聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Generator：發(fā)電機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， Transmission：傳動裝置（離合器，變速箱等） 4)復(fù)合式混合電動汽車 復(fù)合式混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。其結(jié)構(gòu)與混聯(lián)式混合動力電動汽車相似，二者主要區(qū)別在于復(fù)合式中與發(fā)動機連接的電機允許功率流雙向流動，而混聯(lián)式中與發(fā)動機連接的發(fā)電機只允許功率流單向流動。一般采取雙軸驅(qū)動的形式，前軸 采用發(fā)動機和電動機復(fù)合驅(qū)動，后軸采用電驅(qū)動。兩個電機都即可以驅(qū)動汽車行駛，也可以在剎車時再生制動，向電池組充電。復(fù)合式混合動力電動汽車雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量輕，因此增加了車輛裝配的靈活性，而且，同時回收四個車輪的制動動能可以大大提高車輛的燃油利用率和燃油經(jīng)濟性。 圖 14 混 聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Generator：發(fā)電機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， FT:前輪傳動裝置， RT: 后輪傳動裝置。 Fuel Engine Generator Battery Power Converter Motor Transmission Fuel Engine Motor Battery Power Converter Motor Power Converter FT RT 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 9 of 47 ：本課題研究的主要內(nèi)容 本課題以一款混聯(lián)式混合動力電動汽車進行匹配研究，開發(fā)一款適合市區(qū)混合電動的出租車。其主要針對以下問題進行研究討論： 1）混合電動汽車主要參數(shù)的確定，進而根據(jù)實際應(yīng)用適當合適的修改相關(guān)數(shù)據(jù)，以達到相關(guān)要求。 2） 基于 環(huán)境下 advisor 軟件對整車主要部件建模。包括發(fā)動機，蓄電池，電機和變速箱等。 3） 混合電動汽車主要部件的特性分析。利用 ADVISOR 軟件模擬仿真，綜合各方面考 車輛的行駛性能，燃油經(jīng)濟性和電池荷電狀態(tài)等。 在此基礎(chǔ)上利用 ADVISOR 軟件對混聯(lián)式混合動力電動汽車進行整車性能仿真模擬研究，校驗核對各設(shè)計數(shù)據(jù)是否符合實際工況需求，在取得的成果的基礎(chǔ)上撰寫畢業(yè)論文。 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 10 of 47 第 2 章：混合動力電動汽車整車參數(shù)匹配 ：混合動力電動汽車整車方案選型 本課題是以某款車型為基礎(chǔ)進行研究，通過修改和設(shè)計部分部件實現(xiàn)混合電動出租車而出租車由于用途比較特殊，所以選擇一款合適且相近的車型尤為重要。 早 在 20 世紀四五十年代，出租車并不是誰都可以隨便乘坐的。當年，出租車專門負責(zé)接待來 穗 的外國元首、政府首腦與高級官員、參加交易會的外商、海外華僑、港澳同胞等等，被譽為廣州市的 “ 國賓車隊 ” ，需要外匯券才能乘坐。上世紀六七十年代，出租汽車的經(jīng)營方式發(fā)展為定點候客，乘客到站找車，司機接單載客。而司機完成一趟接待任務(wù)后，必須空車趕回服務(wù)點等候下一次的出車指示，不得中途載客。上世紀 70年代 中后期，隨著人民生活水平的逐步改善，市民對出租車的需求也日益增長。 1978年春天，毗鄰港澳的廣州逐步打開對外開放的窗口，一些新的經(jīng)營觀念和服務(wù)方式開始沖擊南粵大地。廣州市汽車公司從香港市民 “ 打的 ” 中得到啟發(fā)，毅然決定結(jié)束歷年來“ 路上空駛的士不載人 ” 的怪現(xiàn)象，在 1978 年 4 月春交會期間用中英文印制的近萬張《告來賓信》送到了國內(nèi)外乘客的手中： “ 在沒有汽車服務(wù)點的地方需要用車時，如遇空車可招手示意叫車。 ” 這是國內(nèi)出租汽車行業(yè)的第一次改革，打破了歷年來傳統(tǒng)的封閉型服務(wù)方式和經(jīng)營老格局，隨后 “ 揚手即停 ” 服務(wù)迅速在全國 鋪開。 現(xiàn)在，出租車作為人們出行必不可少的交通工具，在人們的生活中扮演著舉足輕重的地位。眾所周知，出租車大部分時間都是在市區(qū)里面行駛，又由于市區(qū)的路況比較復(fù)雜，走走停停是常見的事情，又要響應(yīng)國家號召，節(jié)能減排。綜合各方面的原因考慮，要求出租車發(fā)展的趨勢不僅要滿足人們?nèi)粘５慕煌ㄐ枨螅蠂业臉藴?，甚至要做到表率作用? 查詢資料并結(jié)合導(dǎo)師所給的意見，最終選擇比亞迪 F3DM 這款車型。 作為全球新能源汽車領(lǐng)導(dǎo)者，比亞迪在電動車領(lǐng)域動作頻頻。繼奔馳攜手比亞迪之后，比亞迪官方宣布，全新科技的比亞迪 F3DM 低碳版雙模 電動車于 2020 年 3月 29日上市。 比亞迪 F3DM為 F3 所屬系列下的最新車系 。 選擇比亞迪 F3DM 不僅因為其動力充裕，另外一個主要原因就是經(jīng)濟環(huán)保。 在燃油經(jīng)濟性方面， F3DM 雙模電動車純電動狀態(tài)下百公里耗電僅為 14 度，電費按 /kwh計算，其行使 100 公里的花費約為 元人民幣。 DM 雙模動力系統(tǒng)采用的比亞迪最新發(fā)動機，使得系統(tǒng)中的發(fā)動機在任意工況下的最低燃油消耗率不足 250g/kwh。而且相關(guān)調(diào)查顯示，超過 90%的人每天用車不超過 100 公里，這意味使用比亞迪 DM 雙模電動車，絕大部分人將遠離油價高企的困 擾。因為用電的成本僅為使用燃油的 1/5，對消費者來說，這無疑是一種絕對經(jīng)濟的選擇。 在混合動力模式下，其排放優(yōu)于歐 Ⅳ 。 F3DM 雙模電動車的上市及普及，一方面能夠有效減輕人類對石油資源的依賴，另一方面，將在很大程度上緩解全球氣候惡化的情況。 從另外一個方面來說，價格也是一個優(yōu)勢?；旌想妱悠嚳偨o人一種很貴的感覺。其實不然。 F3DM 現(xiàn)已售兩款車型，分別是 萬與 萬，但是一旦國家補貼與城市補貼政策落實以后，將會在 10萬以下了。如深圳，國家補貼 5萬，深圳市政府補貼 3萬，那么這個車就賣 萬 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 11 of 47 ：整車動力系統(tǒng)匹配設(shè)計 比亞迪 F3DM 輸出功率為 125KW，并達到排量為 發(fā)動機 的動力輸出水平。 在起步階段，比亞迪 DM 雙模 電動車 的瞬間加速性能，遠超過 級別的發(fā)動機所能達到的水平。據(jù)介紹，搭載鐵電池的比亞迪 DM 雙模電動車純電動續(xù) 航里程達 100 公里。而該公司研發(fā)的鐵電池在極端高低溫和碰撞實驗中也 “ 巋然不動 ” ，體現(xiàn)出較高的安全指數(shù)。除容量高、安全性好外，該款車的鐵電池還大大降低了材料成本，進一步加快其商業(yè)化步伐。 ：發(fā)動機 比亞迪 F3DM采用的發(fā)動機型號為 BYD371QA,全鋁發(fā)動機的排量為 ,輸出功率為50KW，最大轉(zhuǎn)速為 7500rpm，最大扭矩為 90Nm。 詳細參數(shù)見下表： 發(fā)動機型號 BYD371QA 排量 998mL 燃料類型 油電混合動力 供油方式 多點電噴 燃油箱容積 50L 最大功率 — 功率值 50kW 最大功率 — 轉(zhuǎn)速 7500r/min(rpm) 最大扭矩 — 扭矩值 90Nm 最大扭矩 — 轉(zhuǎn)速 4000— 4500r/min(rpm) 氣缸排列型式 L型 發(fā)動機位置 前置 進氣型式 自然吸氣 汽缸數(shù) 4 每缸氣門數(shù) 4 壓縮比 :1 缸體材料 鋁合金 環(huán)保標準 國 4 最大馬力 68Ps 表 21 發(fā)動機主要參數(shù) ：電動機 比亞迪 F3DM 配備兩臺電動機，電動機一為主電動機，輸出功率為 50KW；電動機二為副電動機，輸出功率為 25KW，必要的時候可以變成發(fā)電機，以滿足供電需求。 在純電動（ EV）工作情況下，兩電動機都運作，動力總成為兩者之和 75kw。轉(zhuǎn)矩為140Nm，轉(zhuǎn)速為 4000 至 4500rpm。在一般情況下，電量充足是，只有電動機運行，發(fā)動機不工作，動力和 75kw；當電量消耗到一定程度時，汽油發(fā)動機就會介入工作，副電動劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 12 of 47 機就會變成發(fā)電機對電池等 充電，此時動力為 100kw。當汽車需要快速提速時，兩臺電動機和汽油發(fā)動機都協(xié)同工作，動力總成為 125kw。在剎車或者其他需要的工況時，副電動機也可以對電池進行充電。 電動機部分參數(shù)間下表： 電動機類型 無刷直流電動機 電動機 M1 50kw 電動機 M2 25kw 電動機總功率 75kw 轉(zhuǎn)速 40004500rpm 轉(zhuǎn)矩 140Nm 表 22 電動機主要參數(shù) 注：為了后續(xù)的簡化模型，以便其他工作的順利進行，電動機總功率暫時定為兩電動機功率之和。默認把兩個電機模型簡化成一個電機模 型。 ：電池 該車型采用的是比亞迪自主研發(fā)的 ETPOWER 磷酸鋰鐵電池，功率達到 75kw。提供兩種充電方式，快充 80%左右電量只需要 15 到 20 分鐘；普通充電也僅僅只需要 1 到 2個小時。充滿電后最長續(xù)航能力在 100km，最高時速可達到 150km/h。 此外，鐵電池的原材料廣泛，無污染，可回收利用，其耐熱性和抗壓性等都已經(jīng)通過了國家的相關(guān)測試，而且電池循環(huán)充電可達到 4000 此，甚至更多。 其電池的詳細參數(shù)見下表： 電池類型 ETPOWER 磷酸鋰鐵電池 額定電壓 330V 電池容 量 60Ah 電池質(zhì)量 200kg 電池數(shù)量 100（塊） 循環(huán)充電次數(shù) 4000 次左右 表 23 電池主要參數(shù) ：車身設(shè)計匹配 根據(jù)官網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)可以清楚的得到比亞迪 F3DM 車型車身的相關(guān)數(shù)據(jù)，該車配備CVT 無級變速，前輪驅(qū)動，含司機在內(nèi) 5 座，三廂 4 門車型。官方給出的綜合油耗為，市區(qū)油耗 ，百公里等速綜合油耗 。 具體車身相關(guān)信息見下表： 長 4533mm 寬 1705mm 高 1520mm 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 13 of 47 軸距 2600mm 前輪距 1480mm 后輪距 1460mm 最小離地間隙 170mm 整備質(zhì)量 1560kg 滿載質(zhì)量 1935kg 最高車速 150km/h 最大爬坡度 30% 加速時間 (0— 100 km/h) 最小轉(zhuǎn) 彎半徑 5m 驅(qū)動方式 前輪驅(qū)動 乘員人數(shù)（含司機） 5 車門數(shù) 4 車身型式 三廂 變速箱類型 CVT 無級變速 制動類型 盤式 前懸掛類型 麥弗遜式獨立懸架 前輪胎規(guī)格 195/60 R15 綜合工況油耗 市區(qū)工況油耗 市郊工況油耗 百公里等速油耗 (綜合 ) 表 24 車身主要參數(shù) 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 14 of 47 第 3 章：混合動力電動汽車無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 電機（英文： Electric machinery，俗稱 “ 馬達 ” ）是指