【導(dǎo)讀】出加速發(fā)展的趨勢(shì)，純電動(dòng)汽車作為電動(dòng)汽車家族中的重要一員，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文以純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。其端電壓的數(shù)學(xué)模型。統(tǒng)包括以面向電機(jī)控制的DSP芯片TMS320LF2812為核心的控制單元和由IGBT模塊所組成的逆變單元。了相關(guān)電路的設(shè)計(jì)方案，對(duì)IGBT模塊及其保護(hù)電路中元件參數(shù)進(jìn)行了匹配計(jì)算。

　　

【正文】 PP t o t a l ?? （ ） 整車通過(guò)改型為純電動(dòng)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(dòng)機(jī)質(zhì)量一變速器質(zhì)量一發(fā)動(dòng)機(jī)附件質(zhì)量 +電池質(zhì)量十電機(jī)質(zhì)量 +乘員質(zhì)量 通過(guò)計(jì)算新車質(zhì)量估計(jì)為 6000kg。 根據(jù)最高車速指標(biāo) maxv =100km/h，帶入公式 ()，計(jì)算有 1maxP =60kw。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 65 頁(yè) 根據(jù)爬坡性能指標(biāo) iv =15km/h,i =30%帶入式 ()得 2maxP =83kw。 根據(jù)加速性能指標(biāo) iv =050km/h， iT =15s，帶入式 ()()()，并考慮后備余量約 20%后，得3maxP =60kw。 因此，綜合考慮以上動(dòng)力性指標(biāo)要求，該電動(dòng)汽車動(dòng)力源總功率需求確定為 totalP =max( 1maxP , 2maxP , 3maxP )=90kw。 根據(jù)以上計(jì)算確定電機(jī)的具體參數(shù)。 (1)、 電機(jī)功率的確定 對(duì)于純電動(dòng)汽車，整車驅(qū)動(dòng)功率全部來(lái)自主電機(jī)，即上述計(jì)算的總功率 totalP ，即為主電機(jī)的最大功率。 maxP = totalP =90kw。電動(dòng)機(jī)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(guò)載系數(shù)， 額P 為電機(jī)額定功率。 電機(jī)過(guò)載系數(shù)一般 ? =2～ 3 計(jì)算，則 電機(jī)的額定功率 額P =30～ 45kw。 (2)、 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 轉(zhuǎn)速在 6O00r/min 以上的為高速電機(jī)，以下為普通電機(jī)。 前者成本高、制造工藝復(fù)雜而且對(duì)配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用于電動(dòng)轎車或 100kw 以上大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，很少在純電動(dòng)客車上使用。因此應(yīng)采用最高轉(zhuǎn)速不大于 6000r/min 的低速電機(jī)。 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與它的額定轉(zhuǎn)速的比值也稱為電機(jī)擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù) ? ，隨系數(shù) ? 值的增大，電動(dòng)機(jī)可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得更大的轉(zhuǎn)矩，有利于提高車輛的加速性能和爬坡性能。但 ? 值的過(guò)大增加會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī) 工作電流的增大，增大了逆變器的功率損耗和尺寸。因此 ? 值一般取 24，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)在 15003O00r/min 之間。 動(dòng) 力 傳動(dòng)系參數(shù) 確定 汽車傳動(dòng)系的傳動(dòng)比的選擇對(duì)汽車的動(dòng)力性與燃油經(jīng)濟(jì)性有很大影響。純電動(dòng)車也是如此，必須充分考慮到滿足這兩個(gè)基本性能的要求。傳動(dòng)比主要是變速器和主減速器速比的匹配確定。最大傳動(dòng)比主要取決于最大爬坡度，最小傳動(dòng)比主要取決于最高車速。 (1)、 最大傳動(dòng)比的選擇 傳動(dòng)系最大傳動(dòng)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(dòng)機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩和車輛最大爬坡度決定。 TgrfGii???m a xtqm a xm a x01 T s inc o s( ）?? （ ） 式中， f 為滾動(dòng)阻力系數(shù)， max? 為最大爬坡角度， r 為車輪滾動(dòng)半徑，maxtqT為最大驅(qū)動(dòng)力，T? 為傳動(dòng)系總效率。代入原車型數(shù)據(jù) 計(jì)算得 1gi 0i 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 65 頁(yè) 考慮原驅(qū)動(dòng)橋不變，即減速器速比 0i = 不變， 1gi (2)、 最小傳動(dòng)比的選擇 傳動(dòng)系最小傳動(dòng)比 maxi 是變速器最高檔速比 maxgi 與主減速器速比 0i 的乘積，由電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速和車輛最高車速?zèng)Q定。 maxmaxmin v rni ? （ ） 代入數(shù)據(jù)有， max0min giii ? ，所以變速器最高檔速比 maxgi 。 由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性曲線更理想?；陔姍C(jī)的這種特性，從降低整車質(zhì)量的角度出發(fā)純電動(dòng)客車采用兩檔變速器 。 變速器的高速檔用于正常行駛，低速檔用于坡路起步和爬陡坡。根據(jù)以上計(jì)算綜合考慮加工和制造等因素，確定變速器的兩檔速比選擇為 和 。 動(dòng) 力 電池參數(shù) 確定 電池一般具有能量型與功率型兩種，對(duì)于純電動(dòng)車要求采用能量型電池，即匹配時(shí)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。而電池容量與其功率成正比，容量越大，其輸出的功率越大，使其功率一般均能滿足電系統(tǒng)要求，因此主要是根據(jù)其續(xù)駛里程來(lái)確定電池容量。電池參數(shù)匹配一般要滿足系統(tǒng)的電壓等級(jí)，功率要求、最大充放電電流限制等多方面的因素，對(duì)于純電動(dòng)行駛，需計(jì)算電池的能量要求。 對(duì)于所設(shè)計(jì)的城市中巴客車，電壓等級(jí)選擇 :參考同類純電動(dòng)常用的電系統(tǒng)電壓等級(jí)為 288V。 由于電池的能量計(jì)算公式為 1 0 0 0/CUW essess ?? （ ） 式中， esW 為電池組的實(shí)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)。 汽車以純電動(dòng)行駛里程 S(km)所需的能量，可以通過(guò)式 ()()計(jì)算。假定 汽車以)/( hkmVele 速度行駛， e l ee l ede l e VVACfgmP ????????? ?????? 01 2? （ ） ? ?eleeleeler o a d VSPtPW /???? （ ） eleP 為驅(qū)動(dòng)所需的功率 (kw)。 roadW 為行駛里程是 S（ km）時(shí)所需的負(fù)載能量 (kwh)。 因此需要檢驗(yàn) roadess WW ? ，由此可通過(guò)變化 ，即根據(jù)電池容量與電壓直接求續(xù)駛里程，計(jì)算公式為式 () eleeleso cess PVCUS /???? ? （ ） 式中 : soc? 為電池塊的有效放電容量。 (電池不可能完全 100%放出其額定容量，比如從開(kāi)始的 90%放電到 20%，那么該系數(shù)即為 70%，即可放出其最大容量的 70%。 ) 由上式，按車輛的續(xù)駛里程 230km 指標(biāo)，選擇容量為 300Ah 的電池即能滿足要求。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 65 頁(yè) 純電動(dòng) 客 車匹配結(jié) 果 按照純電動(dòng)客車動(dòng)力性能和續(xù)駛里程的指標(biāo)完成了純電動(dòng)客車動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)確定。依據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以及動(dòng)力電池的容量等要求，項(xiàng)目組選擇了電機(jī)和電池，并對(duì)選擇的電機(jī)和電池性能進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證。驗(yàn)證滿足要求后確定了動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。動(dòng)力總成方案確定后的整車參數(shù)如表 所示 表 純電動(dòng)客車整車參數(shù) 尺寸參數(shù) 外廓尺寸 長(zhǎng)寬高， 6990 2025 2740mm 軸距 3935mm 前輪距 1675mm 后輪距 1520mm 前懸 1135mm 后懸 1920mm 質(zhì)量參數(shù) 滿載總質(zhì)量 5810kg 整備質(zhì)量 4310kg 軸荷分配 前 /后 1980/2330kg（空載） 前 /后 2405/3405kg（滿載） 座位數(shù) 20+1 性能參數(shù) 動(dòng)力性參數(shù) 最高車速 100km/h 加速時(shí)間 15s 上坡能力 30% 通過(guò)性幾何參數(shù) 最小離地間隙 185mm 接近角 28o 離去角 22o 縱向通過(guò)角 27o 電機(jī) 類型 永磁同步 額定電壓 360v 最大轉(zhuǎn)矩 238N﹡ m 峰值功率 90kw 基速 3600rpm 最高轉(zhuǎn)速 6000rpm 電機(jī)質(zhì)量 95kg 控制器質(zhì)量 30kg 變速器 低速檔 6 高速檔 減速器速比 鋰電池 容量 300Ah 單節(jié)電壓 3～ 單體質(zhì)量 177。 200g 體積 363 56 306mm 額定電壓 360V 電池節(jié)數(shù) 100 本章小結(jié) 本章介紹了純電動(dòng)客車動(dòng)力總 成電池和電機(jī)的選型。分別對(duì)電動(dòng)客車應(yīng)用到鐳電池和同步永磁電機(jī)做了詳細(xì)的介紹。有對(duì)純電動(dòng)客車原型燃油車的參數(shù)進(jìn)行介紹。在此基礎(chǔ)上依次對(duì)動(dòng)力總成的電池、電機(jī)和傳動(dòng)系的參數(shù)確定方法做了簡(jiǎn)要的介紹。分別確定了動(dòng)力總成的初步參數(shù)。為以下章節(jié)中的電機(jī)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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 65 頁(yè) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 共 65 頁(yè) 純電動(dòng)客車動(dòng)力總成的控制是基于整車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。純電動(dòng)客車整體上按照電驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)可劃分為由電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等系統(tǒng)組成 。其中電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制單元、機(jī)械傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)車輪等組成 。能源系統(tǒng)由動(dòng)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 。整車控制系統(tǒng)由整車控制器及網(wǎng)絡(luò)通訊等系統(tǒng)組成 。輔助系統(tǒng)是由車載顯示等其它系統(tǒng)組成。整車控制系統(tǒng)除了需要完成動(dòng)力總成的控制之外同時(shí)還需要管理其它附屬部件，并協(xié)調(diào)好各個(gè)部分工作，完成通訊和控制，使它們正?？煽康墓ぷ鳎ＷC車輛獲得較好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。 為了保證整車的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和安全可靠，在對(duì)純電動(dòng)客車動(dòng)力總成控制的設(shè)計(jì)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(dòng)和制動(dòng)等 方面入手?？刂撇呗钥紤]以下因素 :在車輛行駛過(guò)程中，使動(dòng)力電池組避免過(guò)度放電和過(guò)度充電，延長(zhǎng)動(dòng)力電池組的使用壽命 。使電機(jī)避免長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，盡可能的工作在高效區(qū) 。使車輛制動(dòng)時(shí)完成能量回饋，提高車輛的行駛經(jīng)濟(jì)性。 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(dòng)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(dòng)輸出，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)性。 與傳統(tǒng)燃油車相比，純電動(dòng)車使用了更多的控制系統(tǒng)，例如電池組管理 及其控制系統(tǒng)、電機(jī)及其控制系統(tǒng)、電動(dòng)空調(diào)及其控制系統(tǒng)、駕駛員信息顯示和預(yù)警系統(tǒng)等等。為了完成各個(gè)控制系統(tǒng)間信息的傳遞和交換，綜合考慮可靠性、成本等因素，電動(dòng)汽車需要進(jìn)行整車網(wǎng)絡(luò)化綜合控制和管理。 電動(dòng)汽車整車控制系統(tǒng)是由整車控制器、通訊系統(tǒng)、部件控制器以及駕駛員操縱系統(tǒng)構(gòu)成。純電動(dòng)客車整車控制系統(tǒng)以整車控制器為中心，通過(guò) CAN 通信建立起來(lái)的控制通信網(wǎng)絡(luò)。控制系統(tǒng)結(jié)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 共 65 頁(yè) 構(gòu)如圖 所示。 圖 整車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 純電動(dòng)車整車控制系統(tǒng)部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作傳送信息量大。需要整車控制系統(tǒng)從全局的角度協(xié) 調(diào)控制汽車各部件的工作狀態(tài)，從而完成性能設(shè)計(jì)目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的部件都有自己的控制器，為實(shí)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(bǔ)分離和功能分離?？刂破魇窍到y(tǒng)核心，承擔(dān)了數(shù)據(jù)交換、安全管理和能量分配的任務(wù)。純電動(dòng)客車通過(guò)整車控制器與駕駛員進(jìn)行信息的交流。駕駛員的駕駛意圖通過(guò)操縱部件把信息直接發(fā)送給整車控制器。 駕駛員所能控制的是鑰匙開(kāi)關(guān)、加速踏板、制動(dòng)踏板、變速箱擋位等，整車控制器則是將鑰匙開(kāi)關(guān)、加速踏板、制動(dòng)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(diǎn)數(shù)據(jù)、車輛傳感器數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)行狀 態(tài)數(shù)據(jù)等進(jìn)行采集處理，同時(shí)將其處理結(jié)果以控制消息的方式通過(guò) 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(jìn)行相應(yīng)的操作處理。 與此同時(shí)，整車控制器又將必要的信息通過(guò)車輛儀表顯示出來(lái)。這樣，整車控制器就實(shí)現(xiàn)了與駕駛員的溝通和整車的控制。整車控制器需要處理的信號(hào)和數(shù)據(jù)如表 所示。 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(kāi)度、制動(dòng)踏板開(kāi)度、制動(dòng)主缸壓力、車速 開(kāi)關(guān)量 鑰匙開(kāi)關(guān)、充電開(kāi)關(guān)、方向信號(hào)、檔位信號(hào)、前進(jìn)、后退、控制器開(kāi)關(guān)、暖氣開(kāi)關(guān)、氣泵開(kāi)關(guān)、油泵 開(kāi)關(guān)、手制動(dòng)開(kāi)關(guān)等 電機(jī)信息 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫度； 電樞的電流、電壓、報(bào)警信號(hào)等 電池信息 電池的總電壓、總電流、動(dòng)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(jì) 第 22 頁(yè) 共 65 頁(yè) CAN 網(wǎng)絡(luò) 體系 CAN 的全稱是 ContronerAreaNetwork 是控制器局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱。 CAN 總線是德國(guó) Bosch 公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多電控模塊之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線范疇。 CAN總線的設(shè)計(jì)充分考慮了汽車上惡劣工作環(huán)境，可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維。通信距離跟波特率有關(guān)，通 信可靠性較高。 CAN 總線在諸多現(xiàn)場(chǎng)總線中獨(dú)占鰲頭，成為汽車總線的代名詞，現(xiàn)已被列入 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱為 ISO11898。 與一般的通訊總線相比， CAN 總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。其特點(diǎn)可以概括如下 : (l)通信方式靈活，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。 (2)CAN 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 (3)在發(fā)生