【正文】 nt machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可劃分：高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 2）控制用電動(dòng)機(jī)又劃分：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。 按用途可劃分：驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。 2）異步電機(jī)可劃分：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。 按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 1） 直流電動(dòng)機(jī) 按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分： 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 和有刷直流電動(dòng)機(jī)。它的主要作用是利用 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，目前最常用的是，利用熱能、水能等推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來(lái)發(fā)電。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源。 具體車(chē)身相關(guān)信息見(jiàn)下表： 長(zhǎng) 4533mm 寬 1705mm 高 1520mm 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 13 of 47 軸距 2600mm 前輪距 1480mm 后輪距 1460mm 最小離地間隙 170mm 整備質(zhì)量 1560kg 滿載質(zhì)量 1935kg 最高車(chē)速 150km/h 最大爬坡度 30% 加速時(shí)間 (0— 100 km/h) 最小轉(zhuǎn) 彎半徑 5m 驅(qū)動(dòng)方式 前輪驅(qū)動(dòng) 乘員人數(shù)（含司機(jī)） 5 車(chē)門(mén)數(shù) 4 車(chē)身型式 三廂 變速箱類型 CVT 無(wú)級(jí)變速 制動(dòng)類型 盤(pán)式 前懸掛類型 麥弗遜式獨(dú)立懸架 前輪胎規(guī)格 195/60 R15 綜合工況油耗 市區(qū)工況油耗 市郊工況油耗 百公里等速油耗 (綜合 ) 表 24 車(chē)身主要參數(shù) 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 14 of 47 第 3 章：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電機(jī)（英文： Electric machinery，俗稱 “ 馬達(dá) ” ）是指依據(jù) 電磁感應(yīng) 定律實(shí)現(xiàn) 電能 轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。 其電池的詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表： 電池類型 ETPOWER 磷酸鋰鐵電池 額定電壓 330V 電池容 量 60Ah 電池質(zhì)量 200kg 電池?cái)?shù)量 100（塊） 循環(huán)充電次數(shù) 4000 次左右 表 23 電池主要參數(shù) ：車(chē)身設(shè)計(jì)匹配 根據(jù)官網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)可以清楚的得到比亞迪 F3DM 車(chē)型車(chē)身的相關(guān)數(shù)據(jù)，該車(chē)配備CVT 無(wú)級(jí)變速，前輪驅(qū)動(dòng)，含司機(jī)在內(nèi) 5 座，三廂 4 門(mén)車(chē)型。充滿電后最長(zhǎng)續(xù)航能力在 100km，最高時(shí)速可達(dá)到 150km/h。 ：電池 該車(chē)型采用的是比亞迪自主研發(fā)的 ETPOWER 磷酸鋰鐵電池，功率達(dá)到 75kw。 電動(dòng)機(jī)部分參數(shù)間下表： 電動(dòng)機(jī)類型 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī) M1 50kw 電動(dòng)機(jī) M2 25kw 電動(dòng)機(jī)總功率 75kw 轉(zhuǎn)速 40004500rpm 轉(zhuǎn)矩 140Nm 表 22 電動(dòng)機(jī)主要參數(shù) 注：為了后續(xù)的簡(jiǎn)化模型，以便其他工作的順利進(jìn)行，電動(dòng)機(jī)總功率暫時(shí)定為兩電動(dòng)機(jī)功率之和。當(dāng)汽車(chē)需要快速提速時(shí)，兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)都協(xié)同工作，動(dòng)力總成為 125kw。轉(zhuǎn)矩為140Nm，轉(zhuǎn)速為 4000 至 4500rpm。 詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)下表： 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) BYD371QA 排量 998mL 燃料類型 油電混合動(dòng)力 供油方式 多點(diǎn)電噴 燃油箱容積 50L 最大功率 — 功率值 50kW 最大功率 — 轉(zhuǎn)速 7500r/min(rpm) 最大扭矩 — 扭矩值 90Nm 最大扭矩 — 轉(zhuǎn)速 4000— 4500r/min(rpm) 氣缸排列型式 L型 發(fā)動(dòng)機(jī)位置 前置 進(jìn)氣型式 自然吸氣 汽缸數(shù) 4 每缸氣門(mén)數(shù) 4 壓縮比 :1 缸體材料 鋁合金 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) 國(guó) 4 最大馬力 68Ps 表 21 發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù) ：電動(dòng)機(jī) 比亞迪 F3DM 配備兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)一為主電動(dòng)機(jī)，輸出功率為 50KW；電動(dòng)機(jī)二為副電動(dòng)機(jī)，輸出功率為 25KW，必要的時(shí)候可以變成發(fā)電機(jī)，以滿足供電需求。除容量高、安全性好外，該款車(chē)的鐵電池還大大降低了材料成本，進(jìn)一步加快其商業(yè)化步伐。據(jù)介紹，搭載鐵電池的比亞迪 DM 雙模電動(dòng)車(chē)純電動(dòng)續(xù) 航里程達(dá) 100 公里。如深圳，國(guó)家補(bǔ)貼 5萬(wàn)，深圳市政府補(bǔ)貼 3萬(wàn)，那么這個(gè)車(chē)就賣(mài) 萬(wàn) 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 11 of 47 ：整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì) 比亞迪 F3DM 輸出功率為 125KW，并達(dá)到排量為 發(fā)動(dòng)機(jī) 的動(dòng)力輸出水平。其實(shí)不然。 從另外一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，價(jià)格也是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 在混合動(dòng)力模式下，其排放優(yōu)于歐 Ⅳ 。而且相關(guān)調(diào)查顯示，超過(guò) 90%的人每天用車(chē)不超過(guò) 100 公里，這意味使用比亞迪 DM 雙模電動(dòng)車(chē)，絕大部分人將遠(yuǎn)離油價(jià)高企的困 擾。 在燃油經(jīng)濟(jì)性方面， F3DM 雙模電動(dòng)車(chē)純電動(dòng)狀態(tài)下百公里耗電僅為 14 度，電費(fèi)按 /kwh計(jì)算，其行使 100 公里的花費(fèi)約為 元人民幣。 比亞迪 F3DM為 F3 所屬系列下的最新車(chē)系 。 作為全球新能源汽車(chē)領(lǐng)導(dǎo)者，比亞迪在電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域動(dòng)作頻頻。綜合各方面的原因考慮，要求出租車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)不僅要滿足人們?nèi)粘５慕煌ㄐ枨?，更要符合?guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，甚至要做到表率作用。 現(xiàn)在，出租車(chē)作為人們出行必不可少的交通工具，在人們的生活中扮演著舉足輕重的地位。廣州市汽車(chē)公司從香港市民 “ 打的 ” 中得到啟發(fā)，毅然決定結(jié)束歷年來(lái)“ 路上空駛的士不載人 ” 的怪現(xiàn)象，在 1978 年 4 月春交會(huì)期間用中英文印制的近萬(wàn)張《告來(lái)賓信》送到了國(guó)內(nèi)外乘客的手中： “ 在沒(méi)有汽車(chē)服務(wù)點(diǎn)的地方需要用車(chē)時(shí)，如遇空車(chē)可招手示意叫車(chē)。上世紀(jì) 70年代 中后期，隨著人民生活水平的逐步改善，市民對(duì)出租車(chē)的需求也日益增長(zhǎng)。上世紀(jì)六七十年代，出租汽車(chē)的經(jīng)營(yíng)方式發(fā)展為定點(diǎn)候客，乘客到站找車(chē)，司機(jī)接單載客。 早 在 20 世紀(jì)四五十年代，出租車(chē)并不是誰(shuí)都可以隨便乘坐的。 在此基礎(chǔ)上利用 ADVISOR 軟件對(duì)混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行整車(chē)性能仿真模擬研究，校驗(yàn)核對(duì)各設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是否符合實(shí)際工況需求，在取得的成果的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 3） 混合電動(dòng)汽車(chē)主要部件的特性分析。 2） 基于 環(huán)境下 advisor 軟件對(duì)整車(chē)主要部件建模。 Fuel Engine Generator Battery Power Converter Motor Transmission Fuel Engine Motor Battery Power Converter Motor Power Converter FT RT 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 9 of 47 ：本課題研究的主要內(nèi)容 本課題以一款混聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行匹配研究，開(kāi)發(fā)一款適合市區(qū)混合電動(dòng)的出租車(chē)。復(fù)合式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量輕，因此增加了車(chē)輛裝配的靈活性，而且，同時(shí)回收四個(gè)車(chē)輪的制動(dòng)動(dòng)能可以大大提高車(chē)輛的燃油利用率和燃油經(jīng)濟(jì)性。一般采取雙軸驅(qū)動(dòng)的形式，前軸 采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)復(fù)合驅(qū)動(dòng)，后軸采用電驅(qū)動(dòng)。 Fuel Engine Battery Power Converter Motor Transmission 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 8 of 47 圖 13 混 聯(lián)式混合動(dòng)力 電動(dòng) 汽車(chē) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號(hào)代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機(jī)， Generator：發(fā)電機(jī)， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動(dòng)電機(jī)， Transmission：傳動(dòng)裝置（離合器，變速箱等） 4)復(fù)合式混合電動(dòng)汽車(chē) 復(fù)合式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。本系統(tǒng)通過(guò)理想地控制二者，可在所有條件下提供高效率的行駛。利用動(dòng)力分離裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力分成兩份，一部分用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，另一部分用來(lái)發(fā)電，給電動(dòng)機(jī)供應(yīng)電力和 HV蓄電池充電。另外還安裝有發(fā)電機(jī)，所以可以一邊行駛，一邊給 HV蓄電池充電?；炻?lián)式混合動(dòng)力利用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)這兩個(gè)動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，同時(shí)電動(dòng)機(jī)在行駛當(dāng)中還可以發(fā)電。動(dòng)力的流向?yàn)椴⒙?lián)，所以稱為 “ 并聯(lián)式混合動(dòng)力力系統(tǒng) ” 。并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中利用 HV 蓄電池的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力是以串聯(lián)的方式供應(yīng)到電動(dòng)機(jī)，所以稱為 “ 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng) ” 。其基本結(jié)構(gòu)是由電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、 HV 蓄電池、變壓器組成。 ：混合電動(dòng)汽車(chē)分類 1） 串聯(lián)式混合動(dòng)力 電動(dòng) 汽車(chē) (SHEV) 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，電動(dòng)機(jī)的電力來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)。為了保護(hù)環(huán)境，世界各國(guó)都分別制定了嚴(yán)格的法律、法規(guī)來(lái)限制汽車(chē)尾氣排放．環(huán)境保護(hù)法是開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽 車(chē)最直接的原因。 第三次機(jī)遇開(kāi)始于若干年前，世界上除了已存在的能源問(wèn)題之外，環(huán)境保護(hù)問(wèn)題也逐漸成為了各個(gè)方面所關(guān)心重大課題，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的排放污染，給全球的環(huán)境以災(zāi)難性的影響，因此開(kāi)發(fā)生產(chǎn)零污染交通工具成為各國(guó)所追求的目標(biāo)，電動(dòng)汽車(chē)的無(wú) (低 )污染優(yōu)點(diǎn)，使其成為當(dāng)代汽車(chē)發(fā)展的主要方向”。直到上世紀(jì) 70年代石油危機(jī)的爆發(fā)，給世界各國(guó)政界一次不小的打擊，開(kāi)始考慮替代石油的其他能源，包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、電能等可再生能源。到了 1911年，就已經(jīng)有電動(dòng)出租汽車(chē)在巴黎和倫敦的街頭上運(yùn)營(yíng)，到了 1912年在美國(guó)更有至少 3，4萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行。 ：混合電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展歷史 早在一百多年前，由于當(dāng)時(shí)電池和電機(jī)的發(fā)展較內(nèi)燃機(jī)成熟，而且 石油的運(yùn)用還沒(méi)有普及，使電動(dòng)汽車(chē)在早期的汽車(chē)領(lǐng)域中占有舉足輕重的位置。 ：混合電動(dòng)汽車(chē)簡(jiǎn)介 劉文 慶：混聯(lián)式電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)匹配與無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)該系統(tǒng)設(shè)計(jì) Page 6 of 47 所謂混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)汽車(chē)，是指擁有兩種不同動(dòng)力源的汽車(chē)。同時(shí)，為縮短研究開(kāi)發(fā)時(shí)間，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以降低研究費(fèi)用，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高 該課題研究的可操作性和成功的幾率。 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)采用電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是汽車(chē)的心臟。 而作為 一個(gè)當(dāng)代大學(xué)生，深刻意識(shí)到從全球環(huán)境的減速惡化到國(guó)內(nèi)部分城市的霧靄彌漫，再到我們身邊可利用的自然資源越來(lái)越少，都在直接表明著解決能源短缺與環(huán)境危機(jī)，環(huán)境的保護(hù)和尋求新能源迫在眉睫。 對(duì)此，國(guó)家出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)，對(duì)生物能源產(chǎn)業(yè)給予扶持，同時(shí)號(hào)召企業(yè)參與到相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)之中，借助市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的力量來(lái)幫助生物能源產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。因此，開(kāi)發(fā)新能源成為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的不二選擇，而能以液態(tài)方式替代化石能源的，又非生物能源莫屬。這種軍事沖突今 后還將更猛烈、更頻繁；在國(guó)內(nèi)，也可能出現(xiàn)由于能源基地工人下崗而引發(fā)的許多新的矛盾和沖突。化石能源與原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致 世界經(jīng)濟(jì)危機(jī) 和沖突的加劇，最終葬送現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)。鈾的年開(kāi)采量為每年 6萬(wàn)噸，根據(jù) 1993 年 世界能源委員會(huì) 的估 計(jì)可維持到 21 世紀(jì) 30 年代中期。煤的儲(chǔ)量約為 5600 億噸。天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在 131800 到 152900 兆立方米。然而，這一經(jīng)濟(jì)的資源載體將在 21世紀(jì)上半葉迅速地接近枯竭。 二戰(zhàn)后美蘇兩個(gè)超級(jí)大國(guó)為了爭(zhēng)奪資源與能源展開(kāi)了 40多年的冷戰(zhàn) ， 中東石油， 南非 的黃金和金剛石， 扎伊爾的銅礦 ?? 石油戰(zhàn)爭(zhēng) 永無(wú)寧日！ 世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。然 而地球上的能源是有限的 ，于是在各個(gè)大國(guó)之間引發(fā)了一些與石油有關(guān)或純粹是為了石油的戰(zhàn)爭(zhēng) 。等等。在上個(gè)世紀(jì)出現(xiàn)了幾次比較大規(guī)模的能源危機(jī)。幸于， 人類已經(jīng)開(kāi)始意識(shí)到自己的問(wèn)題，正在著手解決。種種的跡象都在表明，環(huán)境的惡化正在一步一步地吞噬著我們。環(huán)境惡化是工業(yè)文明給人類造成不可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題，亟待解決。 ：本課題研究的背景及意義 ：背景 環(huán)境惡化： 一般來(lái)說(shuō)，造成生態(tài)環(huán)境的惡化的原因是多方面的，主要是全球生態(tài)面臨的問(wèn)題越來(lái)越多，而且例如像中國(guó)這樣的國(guó)家正處于大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)中， 對(duì)環(huán)境和生態(tài)的意識(shí)比較薄弱，環(huán)境惡化的程度要甚于發(fā)達(dá)國(guó)家。研制開(kāi)發(fā)更節(jié)能、更環(huán)保、使用替代能源的新型汽車(chē)，成為當(dāng)務(wù)之急。 上個(gè)世紀(jì)末人們關(guān) 注的是汽車(chē)節(jié)能、排放和安全技術(shù)，而本世紀(jì)初，入們已經(jīng)更多的將目光轉(zhuǎn)向汽車(chē)新能源和環(huán)保技術(shù)。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界上空氣污染最嚴(yán)重的 10個(gè)城市中 7個(gè)在中國(guó)，國(guó)家環(huán)保中心稱，20lO年汽車(chē)尾氣排放將占空氣污染源的 64％。今后 50年，世界人口將由 60億增加到 100億，汽車(chē)數(shù)量也將會(huì)有將由 7千萬(wàn)增加到 2億 5千萬(wàn)。這一百多年在人類悠久的歷史上也許只是彈指一揮間，但是對(duì)于人類的影 響卻是舉足輕重，甚至說(shuō)不可或缺。s demand for energy