【正文】 (25)電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)能夠滿足根據(jù)以上計(jì)算得到的功率。確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)的依據(jù)主要是：1) 動(dòng)力系統(tǒng)的額定功率必須滿足車輛以最高車速行駛； 2) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛加速性的要求；3) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以最大爬坡度爬坡的要求；4) 動(dòng)力系統(tǒng)必須滿足車輛以額定轉(zhuǎn)矩在額定車速行駛的要求； 5) 根據(jù)汽車的動(dòng)力性指標(biāo)選擇最適合的驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)的功率確定(1) 根據(jù)最高車速計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率在計(jì)算最高車速勻速行駛功率時(shí)忽略加速阻力功率與坡度阻力功率。 電機(jī)的參數(shù)設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的功率必須滿足電動(dòng)汽車的最高車速的功率要求，以保證電動(dòng)汽車在良好路面情況下，能夠獲得較高的行駛車速。綜合市面上的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，參考現(xiàn)有車型的選擇的電動(dòng)機(jī)，我們?nèi)max=60 N (20)其中：Famax=mgcosαf+mgsinα =800 (17)其中：f=，r=，則 (18)綜合市面上的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，參考現(xiàn)有車型的選擇的電動(dòng)機(jī)，我們選擇最大轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)矩T＇max= (15)其中，類比其他車型，我們確定最大轉(zhuǎn)速nmax=4000。現(xiàn)在進(jìn)行改減速比的可行性驗(yàn)證。n—電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速(rpm)。車輛運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率有滾動(dòng)阻力功率Pf，空氣阻力功率Pw,坡度阻力功率Pi以及加速阻力功率Pj。即：在車輛行駛的每一時(shí)刻，電動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率Pe總是等于機(jī)械傳動(dòng)損失的功率與全部運(yùn)動(dòng)阻力所消耗的功率之和。m—車輛質(zhì)量； 　　 —行駛加速度。一般道路的坡度均較小，此時(shí)sinα=tanα=i。在無(wú)風(fēng)條件下汽車的運(yùn)動(dòng)，ｕｒ即為汽車的行駛速度ua。(2) 空氣阻力： (7)式中：ＣＤ—空氣阻力系數(shù)；Ａ—迎風(fēng)面積，即車輛行駛方向的投影面積；ρ—空氣密度，一般ρ＝。因此汽車行駛過(guò)程中的總阻力為： (5)式中：Ff—滾動(dòng)阻力Fw—空氣阻力Fi—坡度阻力Fj—加速阻力其中：(1) 滾動(dòng)阻力：Ff可以等效的表示為： (6)式中：W—作用于車輛上的法向載荷；ｆ—滾動(dòng)阻力系數(shù)，與路面種類，行駛車速以及輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、氣壓等有關(guān)。當(dāng)汽車在坡道上上坡行駛時(shí)，還必須克服坡度阻力。令傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比為i，傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率為ηt。其數(shù)值為： (2)式中：Tt—作用與驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩；r—車輪半徑。這兩個(gè)力大小相等方向相反，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生的反作用力Ft與驅(qū)動(dòng)輪前進(jìn)方向一致，是推動(dòng)汽車前進(jìn)的外力，這個(gè)反作用力就是驅(qū)動(dòng)汽車行駛的外力，即驅(qū)動(dòng)力。圖6 汽車行駛過(guò)程中受力示意圖車輛行駛的驅(qū)動(dòng)力是路面作用在車輛驅(qū)動(dòng)輪上的，電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過(guò)車輛傳動(dòng)系傳遞到驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力矩為T(mén)t，使驅(qū)動(dòng)輪與地面之間產(chǎn)生相互作用，車輪與地面作用一圓周力F0。車輛行駛過(guò)程中力的平衡關(guān)系如圖27。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出應(yīng)該滿足車輛的動(dòng)力性要求。從分析電動(dòng)汽車行駛時(shí)的受力狀況出發(fā)，建立行駛方程式，這是分析電動(dòng)汽車行駛性能的基礎(chǔ)。第四章 參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì) 概述在純電動(dòng)汽車行駛時(shí)，電池為電機(jī)提供運(yùn)行能量，電機(jī)動(dòng)力輸出經(jīng)傳動(dòng)系而到達(dá)車輪。由于電動(dòng)輪方案必然會(huì)用到電子差速等復(fù)雜技術(shù)，在這些技術(shù)的研發(fā)上，目前的技術(shù)水平很難達(dá)到能夠使這些技術(shù)得到大規(guī)模低成本的應(yīng)用。而且電動(dòng)輪方案由于使用了多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的模式，在這個(gè)方案中應(yīng)用的電機(jī)的性能要求顯然要小于差速半軸方案，便于電機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。差速半軸方案的特點(diǎn)是技術(shù)成熟簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。差速半軸方案類似于傳動(dòng)動(dòng)力汽車的傳動(dòng)系布置方法，即動(dòng)力通過(guò)減速增扭后，經(jīng)由差速器傳遞到左右半軸上。市場(chǎng)上多見(jiàn)此種類型汽車，可見(jiàn)其在成本控制和市場(chǎng)認(rèn)可度上具有優(yōu)勢(shì)，因而我們優(yōu)先選擇這種傳動(dòng)方式。目前的市場(chǎng)上，也很難見(jiàn)到采用電動(dòng)輪技術(shù)的成熟的車型。不過(guò)由于電動(dòng)輪技術(shù)在控制過(guò)程中，是控制兩臺(tái)獨(dú)立工作的電機(jī)配合工作，不僅要有前后向行駛的能力，而且要實(shí)現(xiàn)電子差速。它把電動(dòng)機(jī)直接耦合或者通過(guò)單級(jí)減速裝置耦合到車輪上，不需要車軸和差速裝置。本文第四章的相關(guān)計(jì)算也證明了我們的選擇是切合實(shí)際的，仿真結(jié)果也印證了這個(gè)結(jié)論。即電機(jī)動(dòng)力輸出后，直接到達(dá)減速器，或通過(guò)差速器和車軸，傳送到車輪上。而電機(jī)數(shù)量的增多和控制模塊的復(fù)雜化，也必然增加了制造成本，不利于電動(dòng)汽車的市場(chǎng)表現(xiàn)。但是由于控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，增加了設(shè)計(jì)時(shí)的難度。此方案機(jī)械傳動(dòng)裝置的體積與質(zhì)量大大減小，效率顯著提高，通過(guò)控制模塊對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的控制，而達(dá)到車輪不打滑不抱死的目的，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)差速器的作用。汽車直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角為，兩側(cè)電動(dòng)輪等速旋轉(zhuǎn)。圖5 電動(dòng)輪方案在這樣的設(shè)計(jì)方案中，我們顯然不需要也不可能擁有機(jī)械的差速裝置，取而代之的是電子差速技術(shù)。圖4 差速半軸方案3. 2電動(dòng)輪設(shè)計(jì)方案該設(shè)計(jì)方案比較新穎，因?yàn)樗∠藗鹘y(tǒng)汽車上必然存在的差速器和半軸，取而代之的是將電動(dòng)機(jī)直接和車輪連接，并且是單一驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)單一電動(dòng)機(jī)。而在轉(zhuǎn)向時(shí)，左右兩側(cè)車輪不等速，則是靠差速器和半軸實(shí)現(xiàn)的。采用此種方案的電動(dòng)汽車，其控制方式和傳統(tǒng)汽車是一致的。3. 1差速半軸設(shè)計(jì)方案差速半軸設(shè)計(jì)方案和傳統(tǒng)汽車的傳動(dòng)系是基本類似的。本章對(duì)于電動(dòng)汽車必須的5大系統(tǒng)進(jìn)行了詳盡的闡述，對(duì)于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)研發(fā)，有一定的綜合指導(dǎo)作用。但是電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)和傳統(tǒng)汽車完全不同，其中如電池管理系統(tǒng)這樣的系統(tǒng)，在傳統(tǒng)汽車技術(shù)中是不可能出現(xiàn)的。電動(dòng)汽車主要由5大系統(tǒng)組成，即為車載電源、電池管理系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、車身及底盤(pán)、安全保護(hù)系統(tǒng)。電動(dòng)汽車必須裝備電氣裝置的故障自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和故障報(bào)警系統(tǒng)，在電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)控制電動(dòng)汽車不能啟動(dòng)等，及時(shí)防止事故的發(fā)生。因此必須設(shè)置安全保護(hù)系統(tǒng)，確保駕駛員、乘員和維修人員在駕駛、乘坐和維修時(shí)的安全。在電動(dòng)汽車上采用滾動(dòng)阻力小的子午線輪胎，使得電動(dòng)汽車的滾動(dòng)阻力大大地降低。能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力電池組的整體機(jī)械化裝卸。由于動(dòng)力電池組的質(zhì)量大和動(dòng)力電池組的占據(jù)的空間也很大，為減輕電動(dòng)汽車的整車質(zhì)量和體積，采用輕質(zhì)材料、碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂和復(fù)合材料等制造車身和底盤(pán)部分的總成，并且采用三維擠壓成型工藝，制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量小、強(qiáng)度大和裝卸動(dòng)力電池組方便的車價(jià)，補(bǔ)償因的裝備動(dòng)力電池組而增加的負(fù)載。也使得電動(dòng)汽車的車身的空氣阻力系數(shù)大大的降低了。為適應(yīng)城市、家庭、學(xué)校和服務(wù)行業(yè)的需要，電動(dòng)汽車的車身造型，特別是微型電動(dòng)轎車，已經(jīng)有了多種多樣、豐富多彩的造型。電動(dòng)汽車除裝備現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)汽車的一些先進(jìn)的電子設(shè)備外，電動(dòng)輪、四輪轉(zhuǎn)向、再生制動(dòng)和太陽(yáng)能的利用等，都可以在電動(dòng)汽車上有其獨(dú)特的作用?，F(xiàn)代化的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和雷達(dá)防撞系統(tǒng)。由于電動(dòng)汽車的高度電氣化，因此更加有條件實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和采用自動(dòng)化的控制系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，一般用中央控制器中的計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行控制和管理。通常采用電壓表、電流表、電功率表、轉(zhuǎn)速表和溫度表等儀表來(lái)顯示。電動(dòng)汽車的控制系統(tǒng)主要是對(duì)于動(dòng)力電池組的管理和對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，隨著車輛行駛工況的變化。 控制技術(shù)對(duì)于廣大汽車使用者來(lái)說(shuō)，加速踏板、方向盤(pán)、制動(dòng)踏板等操縱裝置是非常熟悉的，電動(dòng)汽車也應(yīng)當(dāng)繼承和尊重這一習(xí)慣。輪轂電機(jī)的出現(xiàn)改變了汽車的傳動(dòng)形式，每個(gè)車輪都是由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，這與內(nèi)燃機(jī)汽車有著截然的不同。差速半軸方案采用單電機(jī)系統(tǒng)，其動(dòng)力布置方案和傳統(tǒng)汽車相一致，即電動(dòng)機(jī)輸出扭矩，通過(guò)變速裝置傳輸?shù)讲钏倨魃?，差速器再通過(guò)半軸傳輸?shù)捷喩?。電?dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有電動(dòng)輪方案（輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）和差速半軸方案（集中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）兩種方案。在電動(dòng)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)中，還保留著常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)和ABS，以保證車輛在緊急制動(dòng)時(shí)，有可靠的制動(dòng)性能。再生制動(dòng)能量是電動(dòng)汽車節(jié)能和延長(zhǎng)續(xù)駛里程的重要措施之一?，F(xiàn)代電動(dòng)汽車一般使用的是交流電機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)或者是開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。與此同時(shí)，還應(yīng)該建立蓄電池回收和報(bào)廢工廠，使電動(dòng)汽車廢舊電池對(duì)環(huán)境的污染降到最低。因其是保證電動(dòng)汽車能夠安全穩(wěn)定工作的必要條件，所以其重要性必不亞于電動(dòng)汽車本身。一般常見(jiàn)的充電裝置有地面充電器、車載充電器、接觸式充電器和感應(yīng)式充電器等。由于充放電性能對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的性能表現(xiàn)有著重要的影響，所以電動(dòng)汽車動(dòng)力電池對(duì)充電時(shí)的電壓和電流都有一定的要求。 電池管理系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池組的管理包括：對(duì)動(dòng)力電池組的充電與放電時(shí)的電流、電壓、放電深度、再生制動(dòng)反饋的電流、電池的自放電率、電池溫度等進(jìn)行控制。以上種種裝置都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，但是綜合現(xiàn)有技術(shù)條件以及相關(guān)技術(shù)的成本，現(xiàn)代電動(dòng)汽車普遍使用先進(jìn)的高能電池作為其動(dòng)力源。飛輪儲(chǔ)能器是電能機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換裝置，可以瞬間輸出很高的功率。但是燃料電池的燃料往往有毒有害而且價(jià)格昂貴，需要對(duì)車輛進(jìn)行額外的設(shè)計(jì)，增加了設(shè)計(jì)和制造成本。第三代電池是以燃料電池為主的電池，燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，能量轉(zhuǎn)變的效率高，比能量和比功率高。而且第二代電池在使用一定的次數(shù)后會(huì)出現(xiàn)老化甚至報(bào)廢的情況，幾乎或者完全喪失充放電能力，并且會(huì)造成污染。第二代動(dòng)力電池的比功率和比能量都要比鉛酸電池高出很多，大大提高了電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)駛里程。第一代電動(dòng)汽車用電池都是鉛酸電池，由于鉛酸電池的比能量和比功率不能滿足電動(dòng)汽車動(dòng)力性能的要求，所以就進(jìn)一步發(fā)展了閥控鉛酸電池、鉛布電池等，使得鉛酸電池的比能量有所提高，仍能夠滿足作為電動(dòng)汽車的電源使用要求。動(dòng)力電池組是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵裝備，它儲(chǔ)存的電能、質(zhì)量和體積，對(duì)電動(dòng)汽車的性能起到?jīng)Q定性的影響。顯然，電動(dòng)車輛和傳統(tǒng)車輛最顯著的區(qū)別就在于動(dòng)力源裝置的不同，電動(dòng)汽車使用蓄電池電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，取代了內(nèi)燃機(jī)汽車采用的汽油機(jī)、柴油機(jī)、轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)。 本研究的主要內(nèi)容本文結(jié)合微型純電動(dòng)車項(xiàng)目，主要進(jìn)行如下工作：1．論述純電動(dòng)汽車的發(fā)展背景和概況，明確本文研究的目的和意義；2．分析純電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成和布置形式，并研究傳動(dòng)系統(tǒng)的類型、特點(diǎn)、工作特性，電池電機(jī)的工作特性及傳動(dòng)系統(tǒng)特性；3．計(jì)算傳動(dòng)系速比和電機(jī)參數(shù)，及其對(duì)整車性能的影響，并選擇一款驅(qū)動(dòng)電機(jī)，建立其仿真模型，獲得傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配在仿真模型中，對(duì)動(dòng)力性的影響結(jié)果；4．對(duì)純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性進(jìn)行分析，在動(dòng)力性分析過(guò)程中，重點(diǎn)分析最高車速、爬坡度和加速性數(shù)據(jù)；以及結(jié)合被選擇電機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析仿真結(jié)果。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要應(yīng)用。筆者通過(guò)分析，認(rèn)為電動(dòng)汽車的發(fā)展是汽車工業(yè)必然需求，而電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)和研發(fā)在許多方面挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)動(dòng)力汽車的設(shè)計(jì)和研發(fā)方法。 本研究的意義電動(dòng)汽車的產(chǎn)生式伴隨著當(dāng)今世界越來(lái)越嚴(yán)重的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。但如果此兩個(gè)擋位都不能滿足要求,則需要重新設(shè)計(jì)該傳動(dòng)比。 研究的關(guān)鍵技術(shù)確定傳動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)匹配首先要考慮：電動(dòng)汽車經(jīng)常行駛在市區(qū)車流密度較大的情況下，行駛速度為30～50km/h左右，故首先考慮去掉傳動(dòng)比小于1的兩個(gè)擋位(四、五擋) ；另一方面，由于電動(dòng)汽車經(jīng)常行駛的路面質(zhì)量較好，很少有起伏不平或較大坡度， 故去掉原變速器的爬坡?lián)?一擋)。但是當(dāng)我們用現(xiàn)代汽車運(yùn)用眼光審視他們的時(shí)候，并且希望把這些技術(shù)整合到現(xiàn)代的汽車上時(shí)，卻表現(xiàn)一切不盡如人意。對(duì)于純電動(dòng)車而言，目前最大的障礙就是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及價(jià)格影響了產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，與混合動(dòng)力相比，純電動(dòng)車更需要基礎(chǔ)設(shè)施的配套，而這不是一家企業(yè)能解決的，需要各企業(yè)聯(lián)合起來(lái)與當(dāng)?shù)卣块T(mén)一起建設(shè)，才會(huì)有大規(guī)模推廣的機(jī)會(huì)?！　〉羌冸妱?dòng)汽車業(yè)面臨很多困難。因此研發(fā)電動(dòng)汽車不僅有利于節(jié)約能源和減少二氧化碳的排量，而且市場(chǎng)前景也很廣闊。有些研究表明，同樣的原油經(jīng)過(guò)粗煉，送至電廠發(fā)電，經(jīng)充入電池，再由電池驅(qū)動(dòng)汽車，其能量利用效率比經(jīng)過(guò)精煉變?yōu)槠?，再?jīng)汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車高。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對(duì)石油資源日見(jiàn)枯竭的擔(dān)心。圖1 電動(dòng)汽車的控制流程圖 控制器電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系能量管理系統(tǒng)蓄電池輔助動(dòng)力源動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冷氣和