【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”的電動汽車越來越受到人們的青睞，世界各國都把電動汽車作為汽車工業(yè)的發(fā)展方向。動系統(tǒng)參數(shù)，在滿足動力性指標(biāo)的前提下，延長電動汽車的續(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，并對本文設(shè)計(jì)的電動汽車動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。應(yīng)用遺傳算法對傳動系統(tǒng)的傳動比進(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 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 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 15 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 驅(qū)動電機(jī)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 驅(qū)動電機(jī)功率分析 電動汽車在運(yùn)動過程中，驅(qū)動電機(jī)提供的動力需要克服汽車的行駛阻力，包括滾動阻力、空氣阻力、坡道阻力和加速阻力等。因此驅(qū)動電機(jī)的輸出功率應(yīng)滿足行駛阻力功率之和，即電動汽車的功率平衡方程式如下： 式中 為機(jī)械傳動系統(tǒng)效率； 為整車質(zhì)量（ kg）； 為滾動阻力系數(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)動質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，對電動汽車其計(jì)算式為 [5]： 式中 為車輪轉(zhuǎn)動慣量（ kgm2）； 為電機(jī)輸出軸和傳動軸的轉(zhuǎn)動慣量（ kgm2）； 為車輪滾動半徑（ m）； 為主減速器傳動比； 為變速器傳動比。 電動機(jī)的功率包括額定功率和峰值功率。電動機(jī)的功率越大，則電動機(jī)的后備功率越大，加速性、爬坡性能必然越好，但電動機(jī)的體積和質(zhì)量也會迅速增加，而且電動機(jī)并不經(jīng)常工作在峰值功率附近，使電動機(jī)的效率下降。因此，電動機(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)該依照電動汽車的動力性（最高車速、爬坡性能和加速性能）來確定。因此，驅(qū)動電機(jī)的峰值功率必須滿足電動汽車最高車速、加速和爬坡時(shí)的功率需求 [9]，即： 式中 為驅(qū)動電機(jī)的峰值功率（ kw）； 為最高車速行駛時(shí)驅(qū)動電機(jī)的輸出功率（ kw）； 為滿足爬坡度要求時(shí)驅(qū)動電機(jī)的輸出功率（ kw）； 為滿足加速性要求時(shí)驅(qū)動電機(jī)的輸出功率（ kw）。 最高車速需求 電動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)動電機(jī)在最高車速行駛時(shí)的輸出功率為： 式中 為電動汽車的最高車速（ km/h）。 爬坡度需求 電動汽車以某一車速爬上一定坡度時(shí)，加速度 ，驅(qū)動電機(jī)的對應(yīng)輸出功率為： 加速性需求 在水平良好路面上，電動汽車行駛加速度計(jì)算式為： （ 23） （ 24） （ 26） （ 25） 2 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 17 式中 為 車輛行駛驅(qū)動力（ N）； 為車輛行駛空氣阻力（ N）； 為車輛行駛滾動阻力（ N）。 因此加速時(shí)間為 因?yàn)?和傳動系統(tǒng)參數(shù)相關(guān)，在傳動系參數(shù)確定以后可以用加速時(shí)間來校驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果是否符合電動汽車加速性要求。 動力電池參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 動力電池組數(shù)量的選擇主要考慮電動汽車行駛時(shí)所需的最大輸出功率和最大輸出能量，以保證電動汽車的動力性和續(xù)駛里程 [10]。所以電動汽車動力電池組數(shù)量要由驅(qū)動電機(jī)最大輸出功率和電動汽車?yán)m(xù)駛里程來決定，即： 式中 為動力電池組數(shù)量； 為由驅(qū)動電機(jī)最大輸出功率確定的動力電池組數(shù)量； 為由電動汽車?yán)m(xù)駛里程確定的動力電池組數(shù)量。 根據(jù)驅(qū)動電機(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汽車的最大能耗，如 此才能保證電動汽車的行駛要求。因此要求電池組數(shù)目為： 式中 為驅(qū)動電機(jī)工作效率； 為驅(qū)動電機(jī)控制器效率； 為驅(qū)動電機(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?）； 為電池電動勢（ V）。 根據(jù)電動汽車?yán)m(xù)駛里程選擇電池組數(shù)目 在電動汽車充電前，蓄電池所攜帶的能量必須保證電動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）； 單個電池的額定容量（ Ah）； 單節(jié)電池電壓（ V）。 動力傳動系傳動比參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 傳動系傳動比的分配是傳動裝置設(shè)計(jì)中的一個重要問題。動力傳動系傳動比包括變速器傳動比和主減速器傳動比，電動汽車在最高車速行駛時(shí)，以最小傳動比檔位行駛，在爬坡和加速時(shí)以最大傳動比檔位行駛。電動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)動電機(jī)工作特性一定時(shí)，動力傳動系傳動比的選擇，依賴于整車的動力性指標(biāo)要求，即電動汽車傳動比的選擇應(yīng)該滿足汽車最高車速、最大爬坡度以及對加速時(shí)間的要求 [5]。 動力傳動系傳動比的上限 動力傳動系傳動比的上限由驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最高行駛車速確定： （ 211） （ 212） 2 電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì) 19 式中 為驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（ r/min）； 為車輪滾動半徑（ m）； 為最高車速（ km/h）。 動力傳動系傳動比的下限 動力傳動系傳動比下限由下述兩種方法算出的傳動系傳動比的最大值確定。 方法一：由驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大行駛車速對應(yīng)的行駛阻力確定傳動系傳動比下限： 式中 為驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為最高車速對應(yīng)的行駛阻力（ N），其計(jì)算式為： 方法二：由驅(qū)動電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度對應(yīng)的行駛阻力確定傳動系傳動比下限： 式中 為驅(qū)動電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為最大爬坡度對應(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)的兩檔自動變速 電動 汽車的任務(wù)需求和已確定的整車參數(shù)和性能指標(biāo) ，對其動力傳動系統(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 單位 數(shù)值 整車質(zhì)量 Kg 3464 滾動阻力系數(shù) — 空氣阻力系數(shù) — 迎風(fēng)面積 m2 車輪滾動半徑 m 主減速器傳動比 — 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)書中對電動汽車整車參數(shù)及動力性、經(jīng)濟(jì)性（續(xù)駛里程）的要求，并結(jié)合前面對動力傳動系統(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、滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積、車輪滾動半徑、主減速器傳動比、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、單位及數(shù)值。 驅(qū)動電機(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 。 考慮到電動汽車的電動機(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)最高車速選擇電動機(jī)的額定功率，完全能夠滿足加速和爬坡運(yùn)動時(shí)的動力性能要求。參考電工手冊選擇驅(qū)動電機(jī)參數(shù)如表 24： 表 24 永磁無刷電動機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 2 電動汽車動力傳動系統(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）。總電壓為 240V，總電容為 220 Ah。 動力傳動 系統(tǒng) 傳動比參數(shù) 設(shè)計(jì) 目前，電動汽車主要在市區(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)動電機(jī)的力矩變化不能滿足電動汽車行駛性能要求。因此，在驅(qū)動電機(jī)和驅(qū)動輪之間需要安裝減速器和變速器，一方面使電動汽車滿足行駛性能要求，另一方面使驅(qū)動電機(jī)經(jīng)常保持在高效率范圍內(nèi)工作，減輕驅(qū)動電機(jī)和動力電池的負(fù)荷 [7]。 為了滿足電動汽車行駛阻力的變化范圍，減輕驅(qū)動電機(jī)和動力電池的負(fù)荷，提高工作效率，又使動力傳動系統(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）求得傳動系傳動比上限為 。由公式（ 213）和公式（ 215）分別求得傳動系傳動比下限為 、 。傳動系傳動比下限取兩種計(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 為變速器傳動比。 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)要求可知主減速器傳動比為 因此變速器傳動比分配為： 、 本章小結(jié) 1） 通過分析電動汽車的基本結(jié)構(gòu)和動力傳動系統(tǒng)的幾種布置形式，綜合考慮電動汽車的整車性能和驅(qū)動電機(jī)的高效性，在圖 22（ 1）所示的第一種動力傳動系統(tǒng)布置形式的基礎(chǔ)上，取消離合器，并通過驅(qū)動電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)無離合器自動換擋； 2） 分析了目前應(yīng)用于電動汽車上的各種驅(qū)動電機(jī)、動力電池的性能及其優(yōu)缺點(diǎn)、發(fā)展前景等，為本課題中動力傳動系統(tǒng)使用的驅(qū)動電機(jī)和動力電池進(jìn)行了選型。綜合比較后選擇了永磁無刷電動機(jī)和鋰離子動力電池； 3） 研究了電動汽車動力傳動系統(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)書的要求對電動汽車動力傳動系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)、動力電池及傳動系傳動比的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 3 電動汽車動力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證 23 3 電動汽車動力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證 在動力傳動系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的情況下， 需要對電動汽車的整車性能進(jìn)行初步驗(yàn)證，需要建立其性能評價(jià)方法。對于電動汽車而言，其整車性能主要包括動力性和經(jīng)濟(jì)性。其中動力性的評價(jià)指標(biāo)為車輛最高行駛速度、爬坡度和加速性，車輛續(xù)駛里程反映了電動汽車的經(jīng)濟(jì)性。以下為電動汽車動力性、續(xù)駛里程初步驗(yàn)證的理論分析方法。 驅(qū)動電機(jī)工作特性分析 驅(qū)動電機(jī)像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)動機(jī)一樣是電動汽車的心臟，在電動汽車能量轉(zhuǎn)化的過程中擔(dān)任著把動力電池的電能轉(zhuǎn)化為電動汽車動能的職責(zé)。因此其工作特性對電動汽車的性能有著重要的影響。 驅(qū)動電機(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 為永磁無刷電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率外特性曲線。 0 1000 2020 3000 4000 5000 6000100200300400驅(qū)動電機(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)電動機(jī)的工作特性可知，當(dāng)驅(qū)動電機(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)動電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為驅(qū)動電機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩（ Nm）； 為驅(qū)動電機(jī)最大輸出功率（ kw）； 為驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）。 驅(qū)動電機(jī)的效率外特性曲線相當(dāng)于發(fā)動機(jī)的萬有特性曲線，是反映驅(qū)動電機(jī)工作效率的重要參數(shù)，其定義如下 式中 為驅(qū)動電機(jī)的效率； 為驅(qū)動電機(jī)輸出功率（ kw）； 為輸入驅(qū)動電機(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 永磁無刷電動機(jī)效率外特性曲線 3 電動汽車動力性、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機(jī)效率外特性。從圖中可以看出永磁無刷電動機(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)動電機(jī)工作效率則相對較低。 根據(jù)永磁無刷電動機(jī)的效率外特性曲線可知，驅(qū)動電機(jī)的效率與電動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩有關(guān)，即 ： 式中 為驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min）； 為驅(qū)動電機(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)矩對應(yīng)的驅(qū)動電機(jī)效率，以便在驅(qū)動電機(jī)建模中使用。 電動汽車行駛方程 電動汽車的驅(qū)動力