【導(dǎo)讀】工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。確說明并表示謝意。計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量。復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)。程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬字。2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。方便等優(yōu)點(diǎn)的被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色環(huán)保汽車”的電動(dòng)汽車越來越受到人們的青睞，世界各國都把電動(dòng)汽車作為汽車工業(yè)的發(fā)展方向。動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，在滿足動(dòng)力性指標(biāo)的前提下，延長電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。駛里程進(jìn)行了初步驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。模型，并對(duì)本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。應(yīng)用遺傳算法對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比進(jìn)行了優(yōu)化。

　　

【正文】 考已有鋰離子電池，選用鋰離子單體電池相關(guān)參數(shù)如下： 表 22 鋰離子單體電池參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 型號(hào) LP2770106AB11Ah 標(biāo)稱容量 11 Ah 額定電壓 充電截止電壓 放電截止電壓 內(nèi)阻 11m? 放電深度 質(zhì)量 350~400g 2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 15 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率分析 電動(dòng)汽車在運(yùn)動(dòng)過程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供的動(dòng)力需要克服汽車的行駛阻力，包括滾動(dòng)阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力等。因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率應(yīng)滿足行駛阻力功率之和，即電動(dòng)汽車的功率平衡方程式如下： 式中 為機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效率； 為整車質(zhì)量（ kg）； 為滾動(dòng)阻力系數(shù)； 為坡度角； 為行駛車速（ km/h）； 為空氣阻力系數(shù)； 為迎風(fēng)面積（ m2）； 為轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，對(duì)電動(dòng)汽車其計(jì)算式為 [5]： 式中 為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgm2）； 為電機(jī)輸出軸和傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgm2）； 為車輪滾動(dòng)半徑（ m）； 為主減速器傳動(dòng)比； 為變速器傳動(dòng)比。 電動(dòng)機(jī)的功率包括額定功率和峰值功率。電動(dòng)機(jī)的功率越大，則電動(dòng)機(jī)的后備功率越大，加速性、爬坡性能必然越好，但電動(dòng)機(jī)的體積和質(zhì)量也會(huì)迅速增加，而且電動(dòng)機(jī)并不經(jīng)常工作在峰值功率附近，使電動(dòng)機(jī)的效率下降。因此，電動(dòng)機(jī)（ 21） （ 22） 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 的功率并非越大越好，應(yīng)該依照電動(dòng)汽車的動(dòng)力性（最高車速、爬坡性能和加速性能）來確定。因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率必須滿足電動(dòng)汽車最高車速、加速和爬坡時(shí)的功率需求 [9]，即： 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率（ kw）； 為最高車速行駛時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率（ kw）； 為滿足爬坡度要求時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率（ kw）； 為滿足加速性要求時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率（ kw）。 最高車速需求 電動(dòng)汽車在平坦路面上以最高車速行駛時(shí)，道路坡度 ，加速度，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)在最高車速行駛時(shí)的輸出功率為： 式中 為電動(dòng)汽車的最高車速（ km/h）。 爬坡度需求 電動(dòng)汽車以某一車速爬上一定坡度時(shí)，加速度 ，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的對(duì)應(yīng)輸出功率為： 加速性需求 在水平良好路面上，電動(dòng)汽車行駛加速度計(jì)算式為： （ 23） （ 24） （ 26） （ 25） 2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 17 式中 為 車輛行駛驅(qū)動(dòng)力（ N）； 為車輛行駛空氣阻力（ N）； 為車輛行駛滾動(dòng)阻力（ N）。 因此加速時(shí)間為 因?yàn)?和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)，在傳動(dòng)系參數(shù)確定以后可以用加速時(shí)間來校驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果是否符合電動(dòng)汽車加速性要求。 動(dòng)力電池參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 動(dòng)力電池組數(shù)量的選擇主要考慮電動(dòng)汽車行駛時(shí)所需的最大輸出功率和最大輸出能量，以保證電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程 [10]。所以電動(dòng)汽車動(dòng)力電池組數(shù)量要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出功率和電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程來決定，即： 式中 為動(dòng)力電池組數(shù)量； 為由驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出功率確定的動(dòng)力電池組數(shù)量； 為由電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程確定的動(dòng)力電池組數(shù)量。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出功率選擇電池組數(shù)目 蓄電池的攜帶能量必須大于或等于電動(dòng)汽車的最大能耗，如 此才能保證電動(dòng)汽車的行駛要求。因此要求電池組數(shù)目為： 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作效率； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器效率； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出功率（ kw）； 為單節(jié)電池最大輸出功率（ kw），其計(jì)算式為 [11]： （ 27） （ 28） （ 29） （ 210） 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 式中 為電池的內(nèi)阻（ m?）； 為電池電動(dòng)勢（ V）。 根據(jù)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程選擇電池組數(shù)目 在電動(dòng)汽車充電前，蓄電池所攜帶的能量必須保證電動(dòng)汽車能夠行駛一定里程。因此要求電池組數(shù)目為： 式中 為電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程數(shù)（ km）； 為汽車行駛 1km 所消耗的能量（ kwh）； 單個(gè)電池的額定容量（ Ah）； 單節(jié)電池電壓（ V）。 動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系傳動(dòng)比的分配是傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題。動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比包括變速器傳動(dòng)比和主減速器傳動(dòng)比，電動(dòng)汽車在最高車速行駛時(shí)，以最小傳動(dòng)比檔位行駛，在爬坡和加速時(shí)以最大傳動(dòng)比檔位行駛。電動(dòng)汽車可以選擇兩檔變速器來滿足高速行駛和爬坡度的要求。 在驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作特性一定時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比的選擇，依賴于整車的動(dòng)力性指標(biāo)要求，即電動(dòng)汽車傳動(dòng)比的選擇應(yīng)該滿足汽車最高車速、最大爬坡度以及對(duì)加速時(shí)間的要求 [5]。 動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比的上限 動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比的上限由驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定： （ 211） （ 212） 2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 19 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（ r/min）； 為車輪滾動(dòng)半徑（ m）； 為最高車速（ km/h）。 動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比的下限 動(dòng)力傳動(dòng)系傳動(dòng)比下限由下述兩種方法算出的傳動(dòng)系傳動(dòng)比的最大值確定。 方法一：由驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大行駛車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系傳動(dòng)比下限： 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為最高車速對(duì)應(yīng)的行駛阻力（ N），其計(jì)算式為： 方法二：由驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力確定傳動(dòng)系傳動(dòng)比下限： 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為最大爬坡度對(duì)應(yīng)的行駛阻力（ N），其計(jì)算式為： 設(shè)計(jì)實(shí)例 本課題依據(jù) 某公司擬研發(fā)的兩檔自動(dòng)變速 電動(dòng) 汽車的任務(wù)需求和已確定的整車參數(shù)和性能指標(biāo) ，對(duì)其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。 （ 213） （ 214） （ 215） （ 216） 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 整車參數(shù)及 技術(shù) 性能 要求 表 23 整車設(shè)計(jì)技術(shù)性能參數(shù) 技術(shù)性能參數(shù) 符號(hào) 單位 數(shù)值 整車質(zhì)量 Kg 3464 滾動(dòng)阻力系數(shù) — 空氣阻力系數(shù) — 迎風(fēng)面積 m2 車輪滾動(dòng)半徑 m 主減速器傳動(dòng)比 — 最高設(shè)計(jì)車速 km/h 104 加速時(shí)間（ 0~50km/h） t s 最大爬坡度（ 35km/h） i % 27 續(xù)駛里程 km 150 依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書中對(duì)電動(dòng)汽車整車參數(shù)及動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性（續(xù)駛里程）的要求，并結(jié)合前面對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)原理的分析，本次匹配設(shè)計(jì)所需要的整車設(shè)計(jì)技術(shù)性能參數(shù)主要包括整車質(zhì)量、滾動(dòng)阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積、車輪滾動(dòng)半徑、主減速器傳動(dòng)比、最高設(shè)計(jì)車速、加速時(shí)間和最大爬坡度。在表 23 中列出了各技術(shù)性能參數(shù)的符號(hào)、單位及數(shù)值。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù) 設(shè)計(jì) 由公式（ 24）求得滿足最高車速要求的功率為 ； 由公式（ 25）求得 滿足爬坡度要求的功率為 。 考慮到電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)具有較大的過載能力，最大功率可達(dá)到額定功率的 5倍左右 [12]。因此，根據(jù)最高車速選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率，完全能夠滿足加速和爬坡運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力性能要求。參考電工手冊選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)如表 24： 表 24 永磁無刷電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 2 電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 21 項(xiàng) 目 單位 數(shù)值 額定功率 kw 30 最大功率 kw 105 額定轉(zhuǎn)矩 Nm 最大轉(zhuǎn)矩 Nm 額定轉(zhuǎn)速 r/min 3000 最大轉(zhuǎn)速 r/min 6000 重 量 kg 85 動(dòng)力電池參數(shù) 設(shè)計(jì) 由公式（ 29）求得最大輸出功率所需電池組數(shù)目為 ；由公式（ 211）求得續(xù)駛里程所需電池組數(shù)目為 。綜合確定電池組數(shù)目為 （ 20 并 75 串）?？傠妷簽?240V，總電容為 220 Ah。 動(dòng)力傳動(dòng) 系統(tǒng) 傳動(dòng)比參數(shù) 設(shè)計(jì) 目前，電動(dòng)汽車主要在市區(qū)和城市近郊使用，所遇到的工況多種做樣，最低穩(wěn)定車速在 3~6km/h 范圍內(nèi)，最高車速可達(dá) 100km/h，甚至更高。電動(dòng)汽車在行駛過程中所遇到的阻力變化很大，變化范圍在 6 倍以上，而單靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的力矩變化不能滿足電動(dòng)汽車行駛性能要求。因此，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間需要安裝減速器和變速器，一方面使電動(dòng)汽車滿足行駛性能要求，另一方面使驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常保持在高效率范圍內(nèi)工作，減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池的負(fù)荷 [7]。 為了滿足電動(dòng)汽車行駛阻力的變化范圍，減輕驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池的負(fù)荷，提高工作效率，又使動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不過于復(fù)雜，本課題選用二檔變速器。 由公式（ 212）求得傳動(dòng)系傳動(dòng)比上限為 。由公式（ 213）和公式（ 215）分別求得傳動(dòng)系傳動(dòng)比下限為 、 。傳動(dòng)系傳動(dòng)比下限取兩種計(jì)算結(jié)果的最大值為 。 又因?yàn)? 式中 為主減速器傳動(dòng)比； （ 217） 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 為變速器傳動(dòng)比。 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求可知主減速器傳動(dòng)比為 因此變速器傳動(dòng)比分配為： 、 本章小結(jié) 1） 通過分析電動(dòng)汽車的基本結(jié)構(gòu)和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的幾種布置形式，綜合考慮電動(dòng)汽車的整車性能和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高效性，在圖 22（ 1）所示的第一種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)布置形式的基礎(chǔ)上，取消離合器，并通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)無離合器自動(dòng)換擋； 2） 分析了目前應(yīng)用于電動(dòng)汽車上的各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池的性能及其優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)展前景等，為本課題中動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池進(jìn)行了選型。綜合比較后選擇了永磁無刷電動(dòng)機(jī)和鋰離子動(dòng)力電池； 3） 研究了電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)的基本理論，并結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池及傳動(dòng)系傳動(dòng)比的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 3 電動(dòng)汽車動(dòng)力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證 23 3 電動(dòng)汽車動(dòng)力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證 在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的情況下， 需要對(duì)電動(dòng)汽車的整車性能進(jìn)行初步驗(yàn)證，需要建立其性能評(píng)價(jià)方法。對(duì)于電動(dòng)汽車而言，其整車性能主要包括動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。其中動(dòng)力性的評(píng)價(jià)指標(biāo)為車輛最高行駛速度、爬坡度和加速性，車輛續(xù)駛里程反映了電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性。以下為電動(dòng)汽車動(dòng)力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證的理論分析方法。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作特性分析 驅(qū)動(dòng)電機(jī)像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)一樣是電動(dòng)汽車的心臟，在電動(dòng)汽車能量轉(zhuǎn)化的過程中擔(dān)任著把動(dòng)力電池的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車動(dòng)能的職責(zé)。因此其工作特性對(duì)電動(dòng)汽車的性能有著重要的影響。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作特性主要包括轉(zhuǎn)矩外特性、功率外特性以及效率外特性。轉(zhuǎn)矩外特性即驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況，功率外特性即驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況。圖 31 為永磁無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率外特性曲線。 0 1000 2020 3000 4000 5000 6000100200300400驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r / m i n ）最大扭矩（ Nm ）050100150最大功率（ kw ）圖 31 永磁無刷電動(dòng)機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩外特性曲線 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作特性可知，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，恒扭矩輸出；當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速后恒功率輸出 [13]。即： 當(dāng) 時(shí)，有 當(dāng) 時(shí)，有 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大輸出功率（ kw）； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率外特性曲線相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性曲線，是反映驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作效率的重要參數(shù)，其定義如下 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率（ kw）； 為輸入驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率（ kw）。 電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r / m i n ）扭矩（Nm）90%80%70%60%50%40%30%0 1000 2020 3000 4000 5000 6000 3 0 0 2 0 0 1 0 00100200300（ 31） （ 32） （ 33） 圖 32 永磁無刷電動(dòng)機(jī)效率外特性曲線 3 電動(dòng)汽車動(dòng)力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證 25 圖 32 為本課題使用的永磁無刷電動(dòng)機(jī)效率外特性。從圖中可以看出永磁無刷電動(dòng)機(jī)的效率優(yōu)于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車，最大運(yùn)行效率高達(dá) 90%，而且高效區(qū)域集中在中高轉(zhuǎn)速和中高轉(zhuǎn)矩范圍較大的區(qū)域內(nèi)，低轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)矩區(qū)域，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作效率則相對(duì)較低。 根據(jù)永磁無刷電動(dòng)機(jī)的效率外特性曲線可知，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有關(guān)，即 ： 式中 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）； 為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩（ Nm）。 根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，可以通過 MATLAB 編程，插值得到任一轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率，以便在驅(qū)動(dòng)電機(jī)建模中使用。 電動(dòng)汽車行駛方程 電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)力