【正文】 ..................... 24 ：仿真參數(shù)設(shè)置 ............................................................................................................. 29 4. 4：仿真結(jié)果及分析 ........................................................................................................ 34 ....................................................................................................... 34 ............................................................................................. 36 第 5章：總結(jié)與展望 ................................................................................................................... 38 致 謝 .................................................................................................................................... 39 參考文獻 .................................................................................................................................... 40 附錄 A：插圖列表清單 ................................................................................................................ 42 附錄 B：插表列表清單 ................................................................................................................ 43 附錄 C：外文文獻及中文翻譯 ..................................................................................................... 44 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 4 of 47 第 1 章：緒論 自人類發(fā)明汽車以來，汽車在人類身邊已經(jīng)陪著人類度過了一百多年的歷史。 1886年，世界上第一輛汽車在德國誕生，一百多年來，汽車縮短了人們之間的距離，改變了人們的生活方式，提高了生活質(zhì)量。但我們在享受汽車文明的同時，也必須面對汽車帶來的負面影響：環(huán)境污染和能源危機等。近來，以北京的沙塵霧靄為代表的環(huán)境惡化正在逐步惡化。如果仍然采用傳統(tǒng)的內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會給燃油的需求和環(huán)境保護造成巨大壓力。因此，在世界各國，特別在我國進行電動汽車的研究勢在必行，有著深遠的歷史和現(xiàn)實意義。 環(huán)境惡化主要表現(xiàn)為：資源破壞，生態(tài)破壞，土地沙化，物種減少，沙塵暴，水土流失，人類生活環(huán)境惡化，水體污染，酸雨，光化學(xué)污染，等等。 環(huán)境的惡化造成的危害也是不可估量的，其危害主要變現(xiàn)為：生存環(huán)境惡化，大氣污染，水污染，土地污染，固體廢物污染，等等。而我們都要為自己當(dāng)初的工業(yè)文明驕傲而買單，環(huán)境惡化就是給我們的懲罰。 能源危機： 眾所周知，能源危機肯定會造成經(jīng)濟的衰退。 1973年，石油主要輸出國阿拉伯國家因不滿西方國家支持以色列而采取的石油禁運； 1979年，由于伊朗爆發(fā)革命石油短缺； 1990年，又爆發(fā)了波斯灣戰(zhàn)爭，導(dǎo)致石油價格暴漲。 自從三次科技革命以來，能源成為了國家經(jīng)濟的命脈 。 為了爭奪對世界資源與能源的控制權(quán)，導(dǎo)致了兩場 世界大戰(zhàn)的爆發(fā) ： 一戰(zhàn)中 31個國家 15億人口卷入了戰(zhàn)爭，傷亡人數(shù)達 3100萬，其中死亡 1000萬人，軍費支出與戰(zhàn)爭損失共計 3877億美元 ； 二劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 5 of 47 戰(zhàn)中這個數(shù)字成倍增長 ， 年的戰(zhàn)爭中有 60個國家參與，總傷亡人數(shù)達 9000萬人，死亡了5000萬人，直接軍費支出 1117億美元，物質(zhì)損失 近 3萬億美元 。因而它是建筑在化石能源基礎(chǔ)之上的一種經(jīng)濟。石油儲量的綜合估算，可支 配的化石能源的極限，大約為 1180 到 1510 億噸，以 1995 年世界石油的年開采量 億噸計算，石油儲量大約在 2050 年左右宣告枯竭。年開采量維持在 2300 兆立方米，將在 57 到 65年內(nèi)枯竭。 1995 年煤炭開采量為 33 億噸，可以供應(yīng) 169 年。核聚變到 2050 年還沒有實現(xiàn)的希望。事實上，近 10 年來，中東及海灣地區(qū)與 非洲 的戰(zhàn)爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)。 總之，能源危機遲早會爆發(fā) ，而且 它的爆發(fā)將 將帶來不可估量的災(zāi)難 ！ ：本課題研究的意義 根據(jù)國家有關(guān)資料顯示，中國石油儲備量僅占全球的 2%，專家預(yù)計全球現(xiàn)有石油儲備量僅可維持 100年左右的消耗，而中國如果按現(xiàn)有消耗量，不到 50年國內(nèi)原油資源將消耗殆盡。近年來，生物能源在國內(nèi)有一定發(fā)展，但是原料、技術(shù)仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 瓶頸，并未普及應(yīng)用，亟需進一步發(fā)展壯大。作為一家專業(yè)從事新型能源及相關(guān)產(chǎn)業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)為一體的綜合型企業(yè)，很多新能源企業(yè)積極響應(yīng)國家號召，在黨和國家能源發(fā)展戰(zhàn)略和科技發(fā)展方針的指導(dǎo)下，不斷深化企業(yè)內(nèi)部體制改革，調(diào)整產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和布局，拓展研究領(lǐng)域，加強科技產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化工作，在生物能源、再生能源利用領(lǐng)域深耕細作，終于取得了突破性的發(fā)展 。作為這其中重要的一個舉措，開發(fā)環(huán)保與低耗的混合動力電動汽車勢在必行。在不同的工況下，發(fā)動機和電動機的工作方式也不同，可以盡最大限度的降低功耗，減少排污從而達到保護環(huán)境的目的。因此，對電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)軟硬件進行研究、以及利用計算機仿真技術(shù)對電動汽車的性能進行研究具有非常重要的意義。這兩種動力源在汽車不同的行駛狀態(tài)（如起步、低中速、勻速，加速，高速，減速或者剎車等）下分別工作，或者一起工作，通過這種組合達到最少的燃油消耗和尾氣排放，從而實現(xiàn)省油和環(huán)保的目的。據(jù)統(tǒng)計，在 1890年在全世界 4200輛汽車中，有 38％為電動汽車， 40％為蒸汽車， 22％為內(nèi)燃機汽車。但由于石油的大量開采和內(nèi)燃機的種種優(yōu)越性，電動汽車漸漸被人們忽視。因此從政治經(jīng)濟方面考慮，才又給了 電動汽車第二次機遇，又一次被人矚目。 由于 70年代燃油短缺問題和 80年代大氣污染問題的沖擊，對電動汽車的研究與 開發(fā)近年又重新受到了人們的關(guān)注。只有電動汽車才能滿足不斷嚴格化的超低排放或零排放的要求，所以從二十世紀晚期開始，世界各國都紛紛將對汽車研究的重點轉(zhuǎn)向電動汽車上，并研制出很多類型及品種的電動汽車。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)利用發(fā)動機動力發(fā)電，從而帶動電動機驅(qū)動車輪。由一個小輸出功率的發(fā)動機進行準穩(wěn)恒性運轉(zhuǎn)來帶動發(fā)電機，直接向電動機供應(yīng)電力，或 一邊給 HV蓄電池充電一邊行駛。 如下圖： 圖 11 串聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 Fuel Engine Generator Battery Power Converter Motor Transmission 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 7 of 47 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Generator：發(fā)電機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， Transmission：傳動裝置（離合器，變速箱等） 2） 并聯(lián)式混合動力電動汽車 (PHEV) 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)使用電動機和發(fā)動機兩種動力來驅(qū)動車輪用發(fā)動機來給 HV 蓄電池充電，其基本結(jié)構(gòu)是由電動機、發(fā)動機、 HV蓄電池、變壓器和變速器組成。因電動機兼用為發(fā)電機，所以不能一邊發(fā)電一邊用來行駛。 圖 12 并 聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， Transmission：傳動裝置（離合器，變速箱等） 3） 混聯(lián)式（串、并聯(lián)式）混合動力電動汽車 (PSHEV) 混聯(lián)式混合動力利用電動機和發(fā)動機來驅(qū)動車輪，并可用發(fā)電機來發(fā)電及自行充電。根據(jù)行駛條件的不同，可以僅靠電動機驅(qū)動力來行駛，或者利用發(fā)動機和電動機驅(qū)動行駛?；窘Y(jié)構(gòu)由電動機 、發(fā)動機、 HV蓄電池、發(fā)電機、動力分離裝置、電子控制單元 (變壓器、轉(zhuǎn)換器 )組成。電動機擅長從低速帶開始發(fā)揮威力，而發(fā)動機則在高速帶大顯身手?；旌蟿恿﹄妱悠嚨膭恿ο到y(tǒng)主要由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)和電池組等部分構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)與混聯(lián)式混合動力電動汽車相似，二者主要區(qū)別在于復(fù)合式中與發(fā)動機連接的電機允許功率流雙向流動，而混聯(lián)式中與發(fā)動機連接的發(fā)電機只允許功率流單向流動。兩個電機都即可以驅(qū)動汽車行駛，也可以在剎車時再生制動，向電池組充電。 圖 14 混 聯(lián)式混合動力 電動 汽車 驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 注：各符號代表的意思 Fuel:油箱， Engine：內(nèi)燃機， Generator：發(fā)電機， Battery：蓄電池， Power Converter：功率轉(zhuǎn)換器， Motor：驅(qū)動電機， FT:前輪傳動裝置， RT: 后輪傳動裝置。其主要針對以下問題進行研究討論： 1）混合電動汽車主要參數(shù)的確定，進而根據(jù)實際應(yīng)用適當(dāng)合適的修改相關(guān)數(shù)據(jù)，以達到相關(guān)要求。包括發(fā)動機，蓄電池，電機和變速箱等。利用 ADVISOR 軟件模擬仿真，綜合各方面考 車輛的行駛性能，燃油經(jīng)濟性和電池荷電狀態(tài)等。 劉文 慶：混聯(lián)式電動汽車整車匹配與無刷直流電機驅(qū)動該系統(tǒng)設(shè)計 Page 10 of 47 第 2 章：混合動力電動汽車整車參數(shù)匹配 ：混合動力電動汽車整車方案選型 本課題是以某款車型為基礎(chǔ)進行研究，通過修改和設(shè)計部分部件實現(xiàn)混合電動出租車而出租車由于用途比較特殊，所以選擇一款合適且相近的車型尤為重要。當(dāng)年，出租車專門負責(zé)接待來 穗 的外國元首、政府首腦與高級官員、參加交易會的外商、海外華僑、港澳同胞等等，被譽為廣州市的 “ 國賓車隊 ” ，需要外匯券才能乘坐。而司機完成一趟接待任務(wù)后，必須空車趕回服務(wù)點等候下一次的出車指示，不得中途載客。 1978年春天，毗鄰港澳的廣州逐步打開對外開放的窗口，一些新的經(jīng)營觀念和服務(wù)方式開始沖擊南粵大地。 ” 這是國內(nèi)出租汽車行業(yè)的第一次改革，打破了歷年來傳統(tǒng)的封閉型服務(wù)方式和經(jīng)營老格局，隨后 “ 揚手即停 ” 服務(wù)迅速在全國 鋪開。眾所周知，出租車大部分時間都是在市區(qū)里面行駛，又由于市區(qū)的路況比較復(fù)雜，走走停停是常見的事情，又要響應(yīng)國家號召，節(jié)能減排。 查詢資料并結(jié)合導(dǎo)師所給的意見，最終選擇比亞迪 F3DM 這款車型。繼奔馳攜手比亞迪之后，比亞迪官方宣布，全新科技的比亞迪 F3DM 低碳版雙模 電動車于 2020 年 3 月 29 日上市。 選擇比亞迪 F3DM 不僅因為其動力充裕，另外一個主要原因就是經(jīng)濟環(huán)保。 DM雙模動力系統(tǒng)采用的比亞迪最新發(fā)動機，使得系統(tǒng)中的發(fā)動機在任意工況下的最低燃油消耗率不足 250g/kwh。因為用電的成本僅為使用燃油的 1/5，對消費者來說，這無疑是一種絕對經(jīng)濟的選擇。 F3DM 雙模電動車的上市及普及，一方面能夠有效減輕人類對石油資源的依賴，另一方面，將在很大程度上緩解全球氣候惡化的情況?；旌想妱悠嚳偨o人一種很貴的感覺。 F3DM 現(xiàn)已售兩款車型，分別是 萬與 萬，但是一旦國家補貼與城市補貼政策落實以后，將會在 10萬以下了。 在起步階段，比亞迪 DM雙模 電動車 的瞬間加速性能，遠超過 級別的發(fā)動機所能達到的水平。而該公司研發(fā)的鐵電池在極端高低溫和碰撞實驗中也 “ 巋然不動 ” ，體現(xiàn)出較高的安全指數(shù)。 ：發(fā)動機 比亞迪 F3DM采用的發(fā)動機型號為 BYD371QA,全鋁發(fā)動機的排量為 ,輸出功率為50KW，最大轉(zhuǎn)速為 7500rpm，最大扭矩為 90Nm。 在純電動（ EV）工作情況下，兩電動機都運作，動力總