【正文】 性）。Cruise具有以下特點：模塊化的概念可進行各種汽車和動力總成配置的分析智能化的司機模型根據(jù)人體反應(yīng)真實地再現(xiàn)車輛的行為發(fā)動機的冷啟動模型考慮了高等摩擦和熱力學(xué)效應(yīng)彈性扭轉(zhuǎn)軸單元可研究傳動系統(tǒng)的低頻振動黑盒子功能可嵌入用戶自定義的模塊和控制算法和一維流體動力學(xué)軟件Flowmaster和KULI有接口和MATLAB/SIMULINK有接口考慮轉(zhuǎn)向時車輪和車輛受力此集成化方案使并行工程在車輛開發(fā)過程中的應(yīng)用成為可能，而這是減少開發(fā)時間和成本的基礎(chǔ)。 對電機模型的建立。通過對可選擇的某型號電機進行轉(zhuǎn)鼓實驗，我們得到了該型號電機的外特性曲線，并把相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及其他相關(guān)數(shù)據(jù)輸入Cruise之中，建立電機模型。通過比對相似電機，我們也獲得了一些其他的必須數(shù)據(jù)。電機的工作電壓是80V，最大轉(zhuǎn)速為3100rpm/min，m2，最大轉(zhuǎn)速的扭矩時0Nm。電機質(zhì)量為10kg，初始工作溫度為50℃，比熱容為1000J/kgK，達(dá)到最大功率轉(zhuǎn)速時間為10s，最大溫度為160℃。在設(shè)置過程中，電機的效率被設(shè)為恒定值，與轉(zhuǎn)速和輸出扭矩大小無關(guān)。電動機外特性曲線在電機設(shè)置界面的第二界面完成輸入。Cruise軟件需要使用者手動輸入外特性曲線的橫縱坐標(biāo)，完成輸入后，點擊“updata”按鈕，軟件可自動繪出電動機外特性曲線圖。也可以獲得3D視圖和等位線視圖。如下圖所示。圖11 電機參數(shù)設(shè)置圖12 電機外特性設(shè)置圖13 電機效率設(shè)置 對電池模型的建立 根據(jù)該型電池說明書等資料，以及相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，可得到該型號電池部分基本參數(shù)。將這些參數(shù)輸入到Cruise軟件中，再將電池的充放電特性曲線輸入到軟件中，即可完成電池模型的建立。本文涉及到的電池參數(shù)設(shè)置為，最大電池容量為576000As，合160Ah。起始容量為90%，額定電壓為80V，最小電壓60V。電池組電池數(shù)量為1，電池組質(zhì)量為56kg。電池充放電特性曲線在電機設(shè)置界面的第二界面完成輸入。Cruise軟件需要使用者手動輸入特性曲線的橫縱坐標(biāo)，完成輸入后，點擊“updata”按鈕，軟件可自動繪電池的充放電特性曲線圖。點擊界面底部標(biāo)簽，也可以獲得3D視圖和等位線視圖。由于牽涉到產(chǎn)品的商業(yè)機密，電池廠商不能提供電池的充放電特性曲線的相關(guān)數(shù)據(jù)，我們也不能獲得在試驗臺架上獲得的測試數(shù)據(jù)。本次仿真過程中的電池充放電特性數(shù)據(jù)是我們通過對電池說明書上曲線的比對畫出的。如下圖所示。圖14 電池參數(shù)設(shè)置圖15 電池充電曲線設(shè)置圖16 電池放電曲線設(shè)置 對整車模型的建立首先，要對整車進行建模。我們選擇的是差速半軸方案，模型上類似于傳統(tǒng)汽車。模型由電池、電機、減速器、差速器、車軸、制動器、及整車模塊等組成。在對每個模塊進行具體的參數(shù)設(shè)置之后，模型即建立完成。驅(qū)動循環(huán)整車控制傳動系車身電池組電機時鐘圖17 整車建模電池是電動汽車的動力源，在Cruise軟件中，通過設(shè)置，可以確定電動汽車仿真模型的電池的相關(guān)參數(shù)，如電池重量、電池組電池數(shù)、單體電池電壓、最大電壓、最低電壓、充放電特性曲線等參數(shù)。Cruise軟件的電池模塊可以模擬絕大多數(shù)的電動汽車用電池。電動機模塊可以設(shè)置電動汽車驅(qū)動電機的相關(guān)參數(shù)。注意，Cruise軟件有兩個電動機功能模塊。一個是“electric machine”，這個是汽車內(nèi)電氣系統(tǒng)的電機，如驅(qū)動雨刷、風(fēng)扇等的電機以及起動電機。而另一個“hybrid electric machine”字面意思是混合動力汽車的驅(qū)動電機，而在我們的電動汽車整車仿真模型中，我們也選擇這個功能模塊。因為無論是純電動汽車還是混合動力車，其電機是相同的。在電動機模塊中，通過設(shè)置，可以實現(xiàn)對電動機諸如外特性曲線、重量、大小、最大工作電壓、額定功率、額定扭矩等的輸入，以實現(xiàn)電動汽車驅(qū)動電機在Cruise軟件中的再現(xiàn)。電機模塊之后，需要對減速器模塊進行設(shè)置。減速器模塊的設(shè)置較為簡單，需要設(shè)置減速比、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)。在差速器模塊中，需要設(shè)置差速器是否為自鎖差速器、轉(zhuǎn)動慣量、效率等參數(shù)。制動模塊可以設(shè)置電動汽車的制動器的尺寸、制動器的摩擦系數(shù)、效率及轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)。車輪模塊主要可以設(shè)置車輪靜態(tài)和動態(tài)半徑、車輪轉(zhuǎn)動慣量以及輪胎摩擦力系數(shù)等參數(shù)。在設(shè)置完這些零部件模塊后，需要設(shè)置相關(guān)的整車模塊。首先設(shè)置整車模塊“vehicle”，在這個模塊里，通過設(shè)置如下選項：空載\半載\滿載重量、質(zhì)心位置、車身相關(guān)尺寸參數(shù)、相關(guān)動力參數(shù)、迎風(fēng)面積即汽車行駛方向的投影面積等參數(shù)。然后是“Monitor”模塊，這一模塊主要是管理具體仿真結(jié)果的輸出。通過對Monitor的總線設(shè)置，我們可以在軟件輸出結(jié)果中得到相關(guān)的結(jié)果輸出。在“constant”常數(shù)設(shè)置中，可以添加并設(shè)置仿真試驗中的常量，比如溫度等。Cockpit模塊是比較重要的模塊，Cruise軟件通過這個模塊來模擬駕駛員和駕駛習(xí)慣。在這個模塊中，可以設(shè)置換擋方式、檔位數(shù)、加速踏板及制動踏板的踏板力、踩下踏板的習(xí)慣（一踩到底、點踩或其他形式）等。這個模塊的設(shè)置必須和整車其他模塊的設(shè)置相符合否則系統(tǒng)會出現(xiàn)報錯。具體如下圖所示：圖18 整車模型搭建模型建立之后，需要建立控制信號的連接。然后進行相關(guān)實驗項目的環(huán)境設(shè)置。絕大多數(shù)模塊在完成正確的設(shè)置后可以自動建立控制信號連接，但是依然有一些模塊需要手動設(shè)置連接，或者手動修改連接。控制信號的連接由四個部分組成，即零部件（需求端）、信號輸入（信號源）、路徑、信號輸出。在Cruise環(huán)境中，只需要點擊軟件給出的相應(yīng)選項便可以完成信號的連接，十分的方便而且功能強大。設(shè)置完成后，檢查無錯后即可運行，得到仿真結(jié)果。 本章小結(jié)本章初步介紹了Cruise軟件，并且介紹了在Cruise軟件中的建模過程和軟件的一部分功能。隨后，本章介紹了某型電動汽車在cruise軟件中的建模流程和部分參數(shù)。建模過程需要的參數(shù)，部分是由實驗獲得的，也有一部分是通過比對其他相似車型后獲得的。電池的充放電特性曲線是來自于筆者對說明書中的充放電外特性曲線的再現(xiàn)，僅具有一定的參考價值。文章提供了整車的仿真模型流程圖，提供了在Cruise軟件中控制流程的建立過程以及各個模塊的功用和需求的參數(shù)。這對于掌握cruise軟件的功用，具有一定的幫助。第六章 整車仿真及結(jié)果分析 在Cruise軟件中可以進行多種工況的仿真，而且可以選擇歐盟、美國和日本的不同標(biāo)準(zhǔn)進行仿真。我們選擇比較具有代表性的ECE標(biāo)準(zhǔn)下的循環(huán)工況、最大爬坡度實驗和加速試驗進行仿真。通過在Cruise軟件中進行上述三種仿真實驗，我們得到如下結(jié)果：在循環(huán)工況中，速度—加速度—時間曲線如下圖所示： 圖19 速度（紅）、加速度（藍(lán)）時間曲線在最大爬坡度試驗中，可得到爬坡度—速度曲線，如下圖所示： 圖20 爬坡度（紅）—速度曲線由圖可知，%（6km/h），不符合設(shè)計要求。在加速試驗中，我們得到最大車速和加速時間等相關(guān)仿真實驗結(jié)果，如下圖所示：圖21 加速度（綠）、速度(藍(lán))、距離（紅）—時間關(guān)系曲線 可知，加速到45km/。沒有達(dá)到設(shè)計要求。在最大爬坡度試驗中，我們得到如下圖所示扭矩、功率、轉(zhuǎn)速車速圖線，結(jié)果如下圖所示：圖22 扭矩、功率、轉(zhuǎn)速車速圖線在加速工況仿真實驗中，電機的轉(zhuǎn)矩、功率、轉(zhuǎn)速時間圖線如下圖所示：圖23 轉(zhuǎn)矩、功率、轉(zhuǎn)速時間圖線 可知電機最大扭矩為40Nm，最高轉(zhuǎn)速為3500rpm。：在循環(huán)工況試驗中，我們得到了如下圖所示的電池電壓、電流、充電電量、SOC時間曲線，如下圖所示： 圖24 循環(huán)工況下的電池電壓、電流、充電電量、SOC時間曲線我們可知，該型電動汽車運行時，最大電流可以達(dá)到134A左右，而輸出電壓最大可達(dá)到70V左右。通過計算，該型電動車充滿一次電。在最大爬坡度試驗中，我們得到電壓、充電電量、電流、SOC速度曲線，結(jié)果如下如所示：圖25爬坡工況的電池電壓、電流、充電電量、SOC時間曲線 最大爬坡度試驗中，電池的最大電流可以達(dá)到99A，而最大電壓可以達(dá)到68V左右。在加速試驗中，可得到電壓充電電量電流SOC時間曲線。結(jié)果如下圖所示。圖26 加速工況的電池電壓、電流、充電電量、SOC時間曲線可知最大電流約為113A，最大電壓為68V。仿真實驗結(jié)果，如下表所示：表6 Cruise仿真結(jié)果項目名稱數(shù)值是否合格最大速度,km/h合格爬坡度%不合格45km/h加速時間，s不合格續(xù)駛里程,km 本章小結(jié)本章主要列出了Cruise軟件的仿真結(jié)果，Cruise軟件主要提供各種曲線作為結(jié)果的展現(xiàn)形式。綜上所述，該型電動車加速性能并不能滿足要求。同時，其也不可以滿足最大爬坡度要求，但是和設(shè)計要求差距不是非常大。結(jié)合電機外特性實驗數(shù)據(jù)所得圖線（下圖所示），該型電機的低轉(zhuǎn)區(qū)間轉(zhuǎn)矩比較平穩(wěn)，都能夠保持較高的扭矩。而轉(zhuǎn)速升高之后，電機扭矩有較大下降，在中高轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，電機扭矩不足。由此筆者認(rèn)為，由于該款電機在性能參數(shù)方面和設(shè)計要求差距較大；在外特性曲線上可以看出其高扭矩輸出的區(qū)間，占整個轉(zhuǎn)速區(qū)間的比例太小。綜上所述，選擇的該款電機遠(yuǎn)不能達(dá)到設(shè)計要求，即使是對傳動比進行優(yōu)化（犧牲最大車速），也無法達(dá)到電動汽車的動力性設(shè)計要求。圖27 臺架試驗中電機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速圖線在研究和開發(fā)電動汽車時，為了降低科研經(jīng)費、縮短研發(fā)周期，電動汽車的系統(tǒng)建模和仿真技術(shù)顯得非常重要。通過對Cruise軟件的研究，可使我們更深入地理解電動汽車仿真技術(shù)，更好地利用該軟件進行電動汽車的性能仿真。我們可以在相應(yīng)軟件基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，利用其中現(xiàn)有的大部分車輛模型，僅對少數(shù)不符合使用要求的模型進行改造或重新建模。另外，國外的仿真軟件中的個別部件參數(shù)的單位及標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)還有較大差異，在使用過程中有些困難，如何利用現(xiàn)有的仿真軟件中的電動汽車模型搭建出符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求的電動汽車模型，這也是今后的一個研究方向。第七章 電動汽車未來發(fā)展的展望目前,純電動汽車的電池問題在全球依然是一個難以克服的障礙。國內(nèi)純電動汽車使用的主要是鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池。據(jù)了解,h,充入電動汽車電池, 再釋放出來, 鉛酸電池每提供1kWh電能,鎳氫電池每提供1kWh電能, 元,。采用鉛酸電池比汽油機驅(qū)動有一定價格優(yōu)勢,但是由于它太過笨重,充電時間又長,因此只被用于車速小于50km/h的各種場地車、高校校內(nèi)通行車、高爾夫球車、垃圾車以及送報車上。根據(jù)國內(nèi)實驗表明,鉛酸電池的壽命只可重復(fù)充電300～500次之間。如果以目前每次充電行駛100km計算,一塊鉛酸電池可以行使3～5萬km。而以目前電動轎車一套鉛酸電池售價大概7000～8000元,電動轎車行駛3萬km的使用成本與普通燃料汽車相差無幾。鎳氫電池和鋰離子電池相比鉛酸電池有著循環(huán)壽命長、續(xù)駛里程長的優(yōu)點,但是同樣面臨體積、重量、容量、充電速度及成本無法兼顧的問題。電池成本、一次充電續(xù)駛里程、電池使用壽命、充電時間等技術(shù)尚無法完全滿足市場要求,作為純電動汽車的動力來源,電池性能幾乎決定了整個純電動汽車產(chǎn)業(yè)的命運。在2008年的北京車展上,比亞迪、長城和吉利分別展出了純電動汽車比亞迪E長城歐拉和吉利熊貓,雖然能夠吸引人們一時的關(guān)注,但其續(xù)駛里程、充電時間以及行駕速度等指標(biāo)依然不能令人滿意,能否在正式上市后得到市場的認(rèn)可,現(xiàn)在還不得而知。2008年3月7日,中國國家電網(wǎng)公司“電池電容混合電動汽車應(yīng)用示范系統(tǒng)研究”項目在上海通過專家驗收,這是我國純電動汽車研發(fā)邁出又一大步。在標(biāo)準(zhǔn)工況下,一次充電續(xù)駛里程可達(dá)300km,最高時速100km/h,一次充電時間小于3h, kWh。如何商業(yè)化是該成果下一步的課題。以目前的研發(fā)狀況來看,預(yù)計在未來5～7年內(nèi),純電動汽車的電池問題有望得以解決。屆時純電動汽車將毫無疑問地取代普通燃料汽車成為人們的主要出行工具,普通燃料汽車所帶來的廢氣排放等問題將得以改善,汽車燃料不再單純依賴石油,我國的汽車工業(yè)將進入純電動汽車時代。如果電池問題在10年內(nèi)仍然無法攻克,隨著社會的發(fā)展,我國將迎來人口最高峰,資源緊缺、環(huán)境惡化等問題會逐漸突顯。以汽油和柴油為主要能源的普通燃料汽車將無法適應(yīng)社會發(fā)展需要,人們恐怕不得不放棄曾經(jīng)為之帶來無比的便利和享受的普通燃料汽車,而“無奈”地選擇技術(shù)相對成熟價格相對較低的電動汽車,屆時我國的汽車產(chǎn)業(yè)、交通狀況以及人們的出行生活都將會發(fā)生翻天覆地的變化。(1) 充電站以當(dāng)前國內(nèi)市場上銷售的純電動汽車的水平來看,一次充電續(xù)駛里程只有100 km左右,選擇純電動汽車出行的人基本只能在城區(qū)內(nèi)行駛,充電業(yè)務(wù)將部分取代加油業(yè)務(wù)成為加油站(充電站)的主營業(yè)務(wù)。電動汽車的電池可采用標(biāo)準(zhǔn)化模塊的方式直接進行更換,以節(jié)省車主的充電時間,提高充電效率,同時充電站還負(fù)責(zé)電池的技術(shù)維護和廢舊電池的回收。(2) 出行模式在電動汽車時代到來后初期,一部分習(xí)慣燃油汽車時代出行方式的人們會因為一時無法適應(yīng)而放棄開車選擇城市公交或騎自行車,如此將促進公交事業(yè)快速發(fā)展,城市及城際的公交布局將日趨完善。為避免出行的麻煩,更多的人會把居住點移向市區(qū)中心地帶。長途運輸方面有一部分會仍然留給燃油汽車,但隨著電動汽車的逐步普及,長途公路沿線充電站的增設(shè),燃油汽車在長途方面的份額也會逐漸減少,或成為有益的補充。(3) 消費觀念在我國,汽車并不只是簡單代步工具,更大程度上是一種身份的象征。面臨人口膨脹、資源緊缺、環(huán)境污染的危機,選擇汽車的環(huán)保性、節(jié)能性將成為中產(chǎn)階層購車時更加關(guān)注的指標(biāo)。與此同時,汽車商家也會把節(jié)能和環(huán)保優(yōu)勢作為銷售時的主打宣傳。汽車作為身份象征的這種功效將由顯示豪華富貴轉(zhuǎn)為關(guān)心地球環(huán)生態(tài)的更崇高理念,與之相對應(yīng)的一部分汽車文化也將發(fā)生重大變化。我國在電動汽車方面已經(jīng)開展了大量的研發(fā)工作，國家和有關(guān)部門和單位都投入了相當(dāng)?shù)娜肆ξ锪?，也取得了許多的成果。但迄今為止，電動汽車還未真正實現(xiàn)商業(yè)化運作和服務(wù)于經(jīng)濟增長，電動汽車在公交客車和旅游客車領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展優(yōu)勢還未得到實現(xiàn)。隨著技術(shù)和實際使用中關(guān)鍵問題的解決，電動汽車的產(chǎn)業(yè)化將成為必然。我國能源匱乏，加上出產(chǎn)石油國家地區(qū)政局動蕩和戰(zhàn)火不斷，減少對石化燃料的依賴是我國的當(dāng)務(wù)之急。夜間電力資源的過剩與浪費是我國乃至全世界大中城市的共同問題，電動汽車可以利用夜間充電。是平衡夜間低谷用電的有效途徑，對有效利用電力具有重要意義。因此發(fā)展電動汽車對我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和提高能源系統(tǒng)運行效率具有重要的戰(zhàn)略意義。電動汽車是我們民族汽車工業(yè)振興的希望所在。因此發(fā)展電動汽車將有可能使我國在汽車領(lǐng)域跨越式發(fā)展并趕超汽車發(fā)達(dá)國家，從而促進整個民族汽車工業(yè)的振興?？傊?，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類文明的進步，電動汽車將得到更大的發(fā)展。結(jié) 論本文是筆者對于電動汽車發(fā)展，以及計算機仿真技術(shù)在電動汽車設(shè)計研發(fā)過程中的作用的綜合論述。筆者通過對當(dāng)代電動汽車技術(shù)對人類社會的重要意義，以及它可能帶來的重大影響入手，闡述電動汽車在未來全球汽車工業(yè)中將起到巨大的作用，對于我國汽車工業(yè)的崛起，意味著一次巨大的契機。文章探討了筆者眼中的電動汽車的未來發(fā)展，以及突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸的方法。文章認(rèn)為隨著科學(xué)的發(fā)展人類文明的進步，安全、環(huán)保的電動汽車必將成為人類出行的主要工具，在不久的將來電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽車將成為可能。本文涉及到的研究方法是基于該款電動汽車動力性要求，以及通過比對其他類似的同等級車型的基礎(chǔ)上選擇的固定減速比，通過逆向仿真過程，獲得了符合動力性要求的電機參數(shù)。文章首先根據(jù)跟定的車輛基本參數(shù)，如車身總重、外形參數(shù)，以及一些常量，如空氣阻力系數(shù)，地面摩擦系數(shù)等，通過汽車?yán)碚撓嚓P(guān)計算公式，計算電機的最大扭矩、最大轉(zhuǎn)速時的最大扭矩、最大功率等參數(shù)。通過研究，筆者對于該型號電動汽車的動力系統(tǒng)參數(shù)匹配，得出如下結(jié)論：(1) 傳動系布置形式為差速半軸式，無多擋變速裝置；(2) ；(3) 滿足動力性要求的電機的最大轉(zhuǎn)速為4000r/min，額定功率為5kW，最大扭矩為70Nm，額定扭矩為32Nm，最大轉(zhuǎn)速時的最大扭矩為10Nm；(4) 選擇的電池是160Ah，及其他相關(guān)參數(shù)。(5) 本文選擇的電機能夠滿足最大速度要求，但是無法滿足最大爬坡度和加速性要求。 在本文中，筆者通過對循環(huán)工況、最大爬坡度、全加速三種工況的仿真結(jié)果的分析，比對設(shè)計要求，認(rèn)為研發(fā)小組為該型電動汽車選擇的某型電動機最大扭矩沒有達(dá)到設(shè)計要求。而且其外特性曲線在中低轉(zhuǎn)速時，不能保持在較大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的較高扭矩輸出，所以該型電動汽車的動力性能并不能夠達(dá)到設(shè)計要求，需要重新對電機進行選配，并對原有的設(shè)計方案進行修改。致 謝時光荏苒，我即將告別我的本科學(xué)習(xí)生活。在此論文完成之際，對在我的本科學(xué)習(xí)階段給予我學(xué)習(xí)和生活上關(guān)心和幫助的人表示衷心的感謝。首先，向我尊敬的導(dǎo)師——盤朝奉老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。在學(xué)習(xí)和學(xué)位論文撰寫期間，導(dǎo)師給予了我悉心的指導(dǎo)，傾注了大量的心血和時間。不僅在學(xué)習(xí)上，在生活中盤老師也給予了無微不至的關(guān)懷和無私的幫助。盤老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度使我受益匪淺，成為我今后工作學(xué)習(xí)中的寶貴財富。對此，我再一次向盤老師表示誠摯的感謝。感謝交通運輸系常玉林、于英、孫麗琴、陸穎、李東、李文超、袁