【文章內(nèi)容簡介】 30S， 14S 內(nèi)可以加速到 80km／ h，最高時速為 105km／ h，最大爬坡度 20％，續(xù)駛里程 230km． “超越三號 ”主要技術(shù)參數(shù)為 ： 0～ 100km／ h 的加速時間小于等于 20S，最高時速 120 km／ h，最大爬坡度 20％，續(xù)駛里程 200km[5,6]． 車輛工程（城市軌道交通與車輛） 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 清華大學(xué)承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目 “燃料電池城市客車整車技術(shù) ”等有關(guān)電動汽車的研究課題，目前已研 制出了 12 輛 16 座中巴環(huán)保燃料電池輕型客車樣車，并已投入運行 。 該車采用質(zhì)子交換膜燃料電池 (氫／氧型 )，額定功率 18kw，驅(qū)動電機額定功率 35kw，最大功率 90kW，配置無級調(diào)速傳動系統(tǒng)，最高車速 80km／ h，最大爬坡度 15%， 0～ 40km／ h 的加速時間不大于 15S，一次加氫續(xù)駛里程大于 165km。 1993 年香港大學(xué)研制出 4 座電動轎車 ——U2021，配置了 45kW 永磁直流無刷電機和 26 V 鎳氫蓄電池 。 其中，永磁無刷直流電機采用了 特殊設(shè)計，可以在很廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)高效率工作 。 該車采用了一系列 20 世紀 90 年代水平 的高新技術(shù)，采用聲頻導(dǎo)航系統(tǒng)提高了安全性 ，便于用戶駕駛，采用智能能量管理系統(tǒng)使能量的轉(zhuǎn)化和傳遞達到最優(yōu) 。 U2021 轎車的最高速度為 110km／ h， 0～ 48km／ h 的加速時間為 ，以 88km／ h 的速度行駛時，一次充電的續(xù)駛里程為 l76km[7]。 西安交通大學(xué)在電動汽車關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究開發(fā)了 15 項國家發(fā)明專利，正式授權(quán)5 項，有 2 項國際發(fā)明已被正式受理．在電動汽車驅(qū)動控制和能量回收技術(shù)的研究中，率先將 H∞魯棒控制應(yīng)用到 電動汽車能量回收技術(shù)上 。 與傳統(tǒng)的控制方法相比， H∞魯棒控制可以方便地同時考慮輸入電壓變動 、負載擾動和其他非線性的補償，顯著地提高了車輛的一次性充電的續(xù)駛里程 [811]。 試驗表明，采用西安交大制動能量回收專利技術(shù)的鉛酸電池純電動汽車 XJTU1 可以使續(xù)駛里程由 160km 延長到 200km 以上 [12,13]。 西安交大對電動汽車超級電容 蓄電池復(fù)合電源系統(tǒng)的研究表明，在市內(nèi)道路行駛時，可以提高電動汽車續(xù)駛里程 30%～ 50%[14]。 2021 年 10 月 19 日，西安交大電動汽車XJTUEV2 與日本大阪產(chǎn)業(yè)大學(xué)太陽能車及 Myway 公司的電動汽車一起進行了 “新絲綢之路挑戰(zhàn) ”拉力活動，經(jīng) 8 天 7 夜的征程，于 l0 月 26 日完成了從西安到敦煌的長途行駛，接受了惡劣路況的考驗 。 同時，該車由西安交大獨創(chuàng)， 是世界上第一輛實現(xiàn)了利用車輛振動能量進行壓電發(fā)電功能的電動汽車 。 在企業(yè)方面，國內(nèi)各大汽車公司紛紛投入了大量的人力、物力與資金進行電動汽車的研發(fā)，并取得了豐碩的成果。國內(nèi)從事純電動汽車研發(fā)、少量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與試運營的有東風(fēng)、天津清源、北京理工科凌、比亞迪、萬向等企業(yè)。天津清源電動車輛有限公司、深圳雷天公司等單位研發(fā)的純電動汽車，其整車的動力性、經(jīng)濟性、續(xù)駛里程、噪聲等指標已達到甚至超過國外同級別車型，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研 發(fā)能力。 東風(fēng)公司是國內(nèi)最早從事電動汽車研發(fā)的汽車企業(yè)之一，開發(fā)了游覽車、多功能車、工業(yè)專用車和高爾夫球車等 4 大系列、近 20 個品種的純電動車，包括東風(fēng)純電動轎車（ EQ7160EV）、純電動富康轎車（ EQ7140EV）、純電動客車（ EQ6690EV）等。2021 年東風(fēng)純電動車實現(xiàn)商品化銷售以來，已累計銷售 1000 余臺，進入行業(yè)前三甲。純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 8 截止到 2021 年 11 月，參與示范運營的東風(fēng)純電動小巴有 93 臺。到 2021 年，東風(fēng)電動車公司計劃實現(xiàn)純電動場地車銷售 5000 輛的年產(chǎn)銷量。 天津市電動車輛研究中心與天津一汽產(chǎn)品開發(fā) 中心聯(lián)合眾多汽車技術(shù)研究中心與大學(xué)資源，組建天津清源電動車輛有限責(zé)任公司，承擔(dān) 863 計劃重點項目 “XL2 純電動轎車 ”研發(fā)工作，各項技術(shù)指標達到了國際先進水平，全車總重 1600kg，最高時速達到 140km/h，續(xù)駛里程超過 260km， 0～ 50km/h 的加速時間 ，被認為是國內(nèi)水平最高又最接近產(chǎn)業(yè)化的電動車型。 2021 年，清源公司開發(fā)的 6 輛 “幸福使者 ”純電動汽車出口美國，這是國內(nèi)電動汽車整車第一次出口。根據(jù)美方要求，該車作為美國家庭用車，最高時速限定為 40km，最大續(xù)駛里程 100km，整車定價近 1 萬美 元。之后，清源公司繼續(xù)向美國出口純電動轎車， 2021 年出口總數(shù)達到 112 輛， 2021 年銷往歐美 500輛， 2021 年國際市場訂單已超過 1000 輛。 2021 年底，清源公司在天津濱海新區(qū)建設(shè)電動汽車研發(fā)制造基地，形成一條年產(chǎn) 2 萬輛純電動汽車的生產(chǎn)線。 比亞迪股份有限公司憑借其在電池領(lǐng)域的優(yōu)勢，率先將電動轎車實現(xiàn)商業(yè)化。 2021年 12 月 15 日，推出世界第一款雙模電動車 F3DM。純電動模式可持續(xù)行駛 100 多公里。電池循環(huán)充電 2021 次后容量還有 80%以上，實際可使用 4000 次。目前比亞迪已經(jīng)在北京、上海、深圳、西安等 四大基地完成了內(nèi)部實驗性電動汽車充電站的建設(shè)。2021 年，在廣州國際車展上，比亞迪公司推出了全球首款批量投放純電動出租車 E6；同時 2021 年北京國際車展比亞迪 有望 推出 性價比更高 的純電動汽車 “秦 ”。 萬向集團公司從 1999 年開始涉足電動汽車領(lǐng)域，目前已經(jīng)研制出了純電動轎車和純電動公交車，運行總里程已經(jīng)超過了 15 萬公里。其純電動轎車最高時速為 126km/h，經(jīng)濟時速下最大續(xù)駛里程為 380km，百公里平均耗電量為 11kWh；純電動公交車最高時速為 90km/h，經(jīng)濟時速下的最大續(xù)駛里程為 280km，百公里平均耗電量 為 70kWh，充電方式采用設(shè)置換電站快速更換電池組方式。 2021 年 4 月，萬向集團公司研制的鋰離子電池電動汽車在杭州開始示范運行。 同時， 在 2021 年 10 月的廣州國際車展上，長安、江淮、奇瑞等自主品牌 也 紛紛推出了自主研發(fā)的純電動汽車。 如今，在能源危機和環(huán)境危機日益加劇的形式下，國內(nèi)的電動汽車猶如雨后春筍一般涌現(xiàn)。 國外純電動汽車發(fā)展研究狀況 在電動汽車的發(fā)展進程中，各國和各地區(qū)都依據(jù)自己的國情和特點選擇了不同的技術(shù)路線，而處在技術(shù)領(lǐng)先位置的仍然是日本、美國和歐洲，他們在電動汽車的車速、續(xù)駛里程、加速 性能、動力蓄電池、基礎(chǔ)設(shè)施等方面都有較大的優(yōu)勢。 車輛工程（城市軌道交通與車輛） 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 日本的資源貧乏，能源供給大部分得依靠海外，且主要是石油資源，各領(lǐng)域都在尋求更好的對策以便應(yīng)對能源問題，在日本的能源消費中，運輸部門大約占 25%(1997年 )，其中 50%以上的石油是用于汽車產(chǎn)業(yè)上的，也就是說，電動汽車的發(fā)展和促進，對日本能源狀況的改善可以說是至關(guān)重要的。我國目前的能源消耗情況和日本類似，但隨著汽車保有量的快速增長，形勢會比日本更加嚴峻。 1967 年，日本為了促進本國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成立了日本電動汽車協(xié)會在之后的 20 年間，日本制定了《電動汽車 的開發(fā)計劃》和《第三屆電動汽車普及計劃》，并制定了汽車生產(chǎn)和保有量目標。本田公司作為日本主要的汽車制造商之一 ， 在電動汽車方面的研究主要集中在混合動力和燃料電池汽車兩個方向。在 1999 年推出 Insight、2021 年推出 Accord Hybrid、 2021 年推出 Civice Hybrid 都顯示了本田公司在混合動力電動汽車上做的努力。燃料電動汽車方面也于 2021 年試行 FCX，該車由交流同步電動機驅(qū)動，最高車速為 160km/h，可以連續(xù)行使 570km。與本田相比，豐田公司在電動汽車領(lǐng)域也取得了更大的成功，只是豐田 主要把研究的重點放在了混合電動汽車，自上世紀 80 年代開始，豐田公司就研制了 EV10EV40 的一系列電動汽車。 1995 年普銳斯研制成功并 于 1997 年投放市場并取得很大成功。普銳斯 2021 屬于重度混合動力電動汽車，它采用永磁同步電動機和四缸發(fā)動機共同驅(qū)動，使得該車的節(jié)能與續(xù)航能力更加突出，因此更具有實用性，截至 2021 年年底，全球銷量已經(jīng)超過 140 萬輛，是當(dāng)前最成功的混合動力電動汽車。日本另外的一個著名的汽車品牌 ——日產(chǎn)，也致力于發(fā)展電動汽車，日產(chǎn)公司設(shè)計的電動汽車主要是純電動汽車和混合動力電動汽車，同時也將 燃料電池電動汽車上升到一定戰(zhàn)略地位。比較成熟的產(chǎn)品有 Altra、 Nissan Tino以及 Altima Hybrid，日產(chǎn)在燃料電動汽車的主要作品是 FCV2021，它集中了日產(chǎn)公司的核心技術(shù)，如鋰電池技術(shù)、高壓電子技術(shù)和 Tino Hybrid 的控制技術(shù)等 [1519]。 美國采用政府和企業(yè)雙作用力的方式，加速電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。美國汽車工業(yè)十分發(fā)達，汽車產(chǎn)量大，保有量最多，石油消耗量和汽車排放污染物均居世界首位。為保持汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，美國制定了非常嚴格的汽車尾氣排放標準，并較早地大力鼓勵發(fā)展電動汽車，先 后推出了 PNGV、 Freedom CAR、 AVP 計劃。在美國能源部的大力支持下，汽車廠商在電動汽車的開發(fā)研制中投入大量的人力物力，并且取得了很大的研究成果 [20,21]。表 列出了美國部分純電動汽車的技術(shù)性能參數(shù)。 表 美國部分純電動汽車的技術(shù)性能參數(shù) 車 型 通用 EV1 通用 S10 福特 Rangar 克萊斯勒 EPIC 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 10 整車參數(shù) 整備質(zhì)量 :1350Kg 滿載質(zhì)量 :1550Kg 整備質(zhì)量 :1350Kg 滿載質(zhì)量 :1550Kg 整備質(zhì)量 :2125Kg 滿載質(zhì)量 :2455Kg 整備質(zhì)量 :2318Kg 滿載質(zhì)量 :2682kg 動力電池 類型 鎳氫 (NiH) 鉛酸（ Pbacid） 鉛酸（ Pbacid） 鋰離子（ Liion） 性能 電池容量 : 額定電壓 :312V 電池容量 : 額定電壓 :312V 電池容量 : 額定電壓 :312V 額定電壓 :360V 驅(qū)動電機 類型 交流感應(yīng)電機 交流感應(yīng)電機 交流感應(yīng)電機 交流感應(yīng)電機 最大功率（ Kw） 102 ― 67 ― 性能參數(shù) 最高速 :128Km/h 096 加速 :9s 續(xù)駛里程 :144Km 最高速 :50Km/h 續(xù)駛 里程 :80Km 最高速 :120Km/h 096 加速 : 續(xù)駛里程 :80Km 最高速 :128Km/h 續(xù)駛里程 :200Km 歐洲地區(qū)延續(xù)其一貫的純電動汽車與清潔柴油等替代能源汽車的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢。特別是歐盟委員會又頒布了更為嚴格的二氧化碳排放標準，更多歐洲國家政府和跨國汽車公司將零排放的純電動汽車作為產(chǎn)品研發(fā)主要方向，紛紛推出純電動汽車。 雪鐵龍 CZero 的動力系統(tǒng)為一臺永磁同步電動機，當(dāng)轉(zhuǎn)速在 32006200rpm 時，最大功率為 48kw，最大扭矩為 ， 0～ 100km/h 加速時間為 15s，最高車速約為130km/h。一次充電后可行駛 160 公里（日本 1015 模式）。雪鐵龍 CZero 采用鋰電池供電，充電需要 6 個小時，而快速充電時，只需要半小時就可達到 80%的電量。 奔馳 Smart 電動車型配置輸出功率為 40 馬力的電機。電機放置在該車的車尾 ,采用后驅(qū)結(jié)構(gòu)。其從 0~60Km/h 所需的加速時間為 ，最高時速可達 100Km/h。 Smart 電動車的電動機由鋰離子電池提供電能，最大可儲存 14KW 的電能，續(xù)航里程可達115Km。鋰離子電池被安放在車身的中部，憑借每百公里僅消耗 電量， Smart電動汽車成為城市交通中最節(jié)能、最環(huán)保的車型之一 [2226]。 本文主要研究內(nèi)容 對于純電動汽車各項關(guān)鍵技術(shù)的研究，世界各國都做出了不少研究，可以講在各項關(guān)鍵技術(shù)都已經(jīng)相當(dāng)成熟，只是還沒有突破各項關(guān)鍵技術(shù)而已?；谟布娜狈蜅l件的制約，所以本文重點參照某款緊湊型轎車的基本參數(shù)進行純電動汽車的傳動系統(tǒng)選型、匹配設(shè)計、建模以及動力性仿真等研究。本文主要內(nèi)容如下： 車輛工程（城市軌道交通與車輛） 專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 1) 對純電動汽車的研究背景，國內(nèi)外發(fā)展狀況進行了簡要概述。 2) 介紹了純電動汽車的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 3) 關(guān)于純電動汽車的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式作了簡要 介紹，并選擇了本文所要研究的傳動系統(tǒng)布置形式。 4) 根據(jù)緊湊型轎車動力性能指標，對純電動汽車傳動系統(tǒng)中的主要部件進行了選型和匹配，包括驅(qū)動電機、傳動系統(tǒng)和蓄電池等。 5) 本文在 ADVISOR 中建立了純電動汽車的整車和傳動系統(tǒng)各部分的模型，并進行了整車動力性仿真。 6) 對純電動汽車整車動力性仿真結(jié)果進行分析，驗證了傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計合理性。 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 12 第二章 純電動汽車動力傳動系統(tǒng)匹配設(shè)計 當(dāng)前，在沒有突破動力電池關(guān)鍵技術(shù)的條件下，純電動汽車動力傳動系統(tǒng)的匹配與選型對于純電動汽車整車動力性、經(jīng) 濟性和續(xù)駛里程具有顯著影響。純電動汽車傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)動電機，傳動系統(tǒng)，動力電池和