电动汽车驱动方式与驱动电机研究毕业论文.doc
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1、电动汽车驱动方式与驱动电机研究摘 要随着中国日益严重的大气污染和石油资源的愈加紧缺,发展电动汽车已经成为国家战略。国内众多大学、研究所和汽车企业纷纷投入巨大精力参与电动汽车研发,目前已取得多项突破。相较于传统内燃机汽车,轮毂电机驱动型电动汽车拥有无可比拟的优势:大大简化的机械传动机构、优秀的传动效率、多样的驱动方式等。本文顺应潮流,以轮毂电机驱动型电动汽车为研究对象,着力于电动汽车动力系统的匹配研究。首先本文概述了选题意义和国内外电动汽车技术的发展状况;接着描述了电动汽车组成结构和各类电动汽车驱动形式,并选取了外转子式轮毂电机驱动方式;然后对电动汽车各类专用电机进行了充分的研究讨论,将电机按直
2、流与交流分成两大类,逐项说明,并选取了永磁无刷直流电动机作为轮毂电机;在选取了驱动形式和电机种类后,以在售的知豆小型电动车为原型,设计计算轮毂电机参数;最后,运用时下最流行的电动汽车仿真软件ADVISOR 2002进行电动车的模拟仿真,验证了设计的合理性。关键词:轮毂电机;永磁无刷直流电机;电动汽车;ADVISOR2002Research on electric vehicle driving mode and driving motorAbstract With Chinas growing air pollution and the serious shortage of oil reso
3、urces,the development of electric vehicles has become a national strategy. Many domestic universities, research institutes and automotive companies have invested great efforts to participate in the development of electric vehicles and has made a number of breakthroughs. Compared with the traditional
4、 Internal-combustion engine Vehicle, the wheel motor electric vehicle has a great advantage:greatly simplified mechanical drive,excellent drive efficiency and diverse drive mode.In this paper, the research object is the wheel motor and the matching of the electric vehicle drive system is important.
5、Firstly, this paper outlines the significance of the topic and the development of electric vehicle technology at home and abroad.Secondly, the electric vehicle structure and the driving mode of the electric vehicle are described, and the outer rotor wheel motor is selected.Then all kinds of motors o
6、f electric vehicle are studied and discussed.The motor is divided into two types according to DC and AC, and the permanent magnet brush-less DC motor is chosen as the wheel motor.After selecting the drive mode and the type of motor, the motor parameters of the wheel motor are designed by Zhidou elec
7、tric vehicles.At last, the simulation of electric vehicle is carried out by using the most popular electric vehicle simulation software ADVISOR 2002.The rationality of the design is verified.Keywords: Wheel motor; Permanent magnet brush-less DC motor; Electric vehicle; ADVISOR2002目 录1 绪论11.1 选题意义11.
8、2 国内外电动汽车发展现状与发展趋势21.2.1 国外电动汽车发展现状21.2.2 国内电动汽车发展现状41.3 本文主要内容62 电动汽车结构与驱动方式72.1 电动汽车结构及运行原理72.1.1 各系统组成及作用72.1.2 电动汽车运行原理82.2 驱动形式与轮毂电机简介82.2.1 驱动形式82.2.2 轮毂电机简介113 电动汽车驱动电机研究143.1 电动汽车驱动电机要求143.2 电动汽车驱动电机分类143.2.1直流电动机153.2.2 交流电动机194 轮毂电机的参数匹配254.1轮毂电机功率254.2 轮毂电机转速264.3 轮毂电机转矩264.3.1 轮毂电机额定转矩26
9、4.3.2 轮毂电机最大转矩274.4 确定电机参数275 轮毂电机驱动型电动汽车仿真295.1 ADVISOR软件简介295.2 定义车辆295.2.1 定义整车(Vehicle)295.2.2 定义电机(Motor)295.2.3 定义电池(Energy Storage)305.2.4 定义变速器(Transmission)305.2.5定义车轮(Wheel/Axle)305.3 选择循环工况315.4 仿真结果326 结论34参考文献35致 谢36V1 绪论1.1 选题意义进入21世纪,中国经济不断飞速发展,每年需要消耗数量惊人的化石能源,直接导致的恶果就是中国的天空雾霾千里,而其中汽车
10、尾气已经成为空气污染的重要来源。十八大后,国家提出要建设橄榄型社会,扩大中产阶级规模,加快城镇化步伐。展望未来中国汽车产量有望再翻一番,汽车人均保有量也将大幅增加,再加上日益严格的城市机动车污染物排放标准,新能源汽车尤其是电动汽车,凭借其零排放、低噪音和低使用成本的巨大优势,势必受到新型中产阶级的热烈欢迎。从产业发展方面来看,当下中国汽车产业产销两旺,双双突破两千万辆,排名世界第一,可谓名副其实的汽车大国。但大而不强!在传统内燃机汽车技术方面,中国与世界汽车强国差距甚远,几乎不可能超越。但现在中国汽车产业面临一个弯道超车的好机遇,就是新能源汽车的普及,在这方面我们的技术储备与汽车强国差距不过十
11、年。除此之外,我国正大力发展诸如太阳能、风能等清洁能源,努力减少对化石能源的依赖,实现环境的可持续发展。但光伏发电和风电,功率不稳,属“垃圾电”;加之目前我国严重的夜间“窝电”现象,所以需要更加完善的电网峰谷负荷平衡和储能技术。不过到2020年中国将有五百万辆的电动汽车,而它们的电池将能起到极好的蓄能效果,为这些技术提供充分的硬件保障。目前,新能源汽车划分为电动汽车(PEV)、燃料电池汽车(FCEV)和混合动力汽车(HEV)三种类型。燃料电池汽车以氢气为燃料,利用氢气与大气中氧气发生氧化还原反应,并通过电极将化学能转化为电能,从而驱动汽车前进。但由于多方面技术障碍,燃料电池汽车普及还为时尚早。
12、混合动力汽车可谓是一种过渡车型,其动力系统既有内燃机又有电动机,从而有效延长续航里程,并减少油耗。目前此类车型由于丰田普锐斯的大卖,已具有一定的商业化基础,但它终究不是我们的最终目标,我们需要的是零排放车!因此,电动汽车必将是未来汽车产业的主流,具有极大的发展潜力,值得我们持续投入。本文的研究对象即为电动汽车。1.2 国内外电动汽车发展现状与发展趋势 日益严峻的全球能源危机,正在枯竭的石油资源,加上可怕的大气污染,使各国政府和汽车企业都认识到清洁的新能源汽车是未来汽车技术发展的必然方向。汽车厂商、电池生产商、电力公司、各个大学和研究所都在不断研究电动汽车新技术。1.2.1 国外电动汽车发展现状
13、 美国的电动汽车研究以三大汽车公司:福特、通用和克莱斯勒为首,利用大企业雄厚的资金和技术实力,开发出多种类型的电动汽车。同时,美国还充分利用其在汽车、电子信息、机电一体化、控制工程和材料等行业的优势,模块式地分别发展电动汽车各总成技术,因此其电动汽车技术得以迅速发展,尤其是动力电池方面。美国以下列几项计划支持电动汽车技术发展:Freedom CAR计划(自有车计划)、PNGV(新一代汽车伙伴计划)、EV电池利用研究项目。除了底特律的三大汽车公司之外,出身硅谷的特斯拉正展现出越来越非凡的竞争力,其最新推出的Model S P85D电动跑车,百公里加速达到惊人的3.3秒,代表着世界电动汽车技术的最
14、前沿,如图1.1所示。图1.1 特斯拉Model S P85D 日本很早时就已着手发展电动汽车。相较于其他国家,日本国土狭小、工业发达、人口密度大、又是个标准的石油贫国,因此日本政府历来重视电动汽车的研究和开发。早在1965年,日本通产省就正式把电动汽车列入国家项目,积极促进电动汽车行业发展。在日本,几乎所有的汽车公司:丰田、尼桑、本田、马自达、三菱、铃木等汽车公司都制定了自己的电动汽车商业推广计划。其中尤其以汽车巨头丰田最为成功,旗下混合动力汽车Prius因极佳的低油耗深受世界各国消费者的亲睐,实现了销量的井喷,目前已达三百万辆,如图1.2。图1.2 丰田Prius 德国作为老牌的工业强国和
15、汽车强国,也十分重视环境保护,积极组织电动汽车的研究与开发,为此政府指定奔驰和大众合资建立了德国汽车工业有限公司的科技开发机构。德国把目标锁定为:2020年前后成为电动汽车的主要供应商和主导市场,并把实现这一目标视为能否“在工业、经济、科学和工艺技术上继续扩大德国领先地位的机会与挑战”。如果实现这一目标,就意味着长远地保障了德国人的就业,并创造新的价值。由此可以看出,德国把推动电动汽车的发展看作是提升整个国民经济的战略机会。奔驰作为德国三大汽车巨头之一,又是著名的豪华汽车品牌,在新能源汽车方面耕耘颇深。旗下知名的S级轿车将推出插电混动版;另外,全新“Ecoluxe”是奔驰专为未来旗下全新电动汽
16、车所打造的平台,该平台未来将打造四款新能源车。同样作为德国汽车品牌,宝马公司已经推出多款i系列电动汽车。其中电动跑车BMW i8,造型、动力各方面都相当出色,如图1.3所示。图1.3 BMW i81.2.2 国内电动汽车发展现状 前面已经说过,在电动汽车领域,我国与国外的技术水平和产业化程度差距相对较小,极有机会借此实现汽车产业的弯道超车。我国早在“八五”期间就起动了电动汽车的研究和开发工作,并在2006年,科技部启动了“863”计划新能源汽车重大项目。最新的中国制造2025把节能与新能源汽车列为重点项目。规划称将继续支持电动汽车、燃料电池汽车发展,掌握汽车低碳化、信息化、智能化核心技术,提升
17、动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术的工程化和产业化能力,形成从关键零部件到整车的完整工业体系和创新体系,推动自主品牌节能与新能源汽车同国际先进水平接轨。基于强有力的政策支持,国内的众多高校、科研院所和汽车公司投入大量的人力、物力和财力参与研发电动汽车的研发,并取得了众多的科研成果。东风公司是国内最早从事电动汽车研发的汽车企业之一,在电动汽车领域开创多项国家记录:研制了第一台纯电动客车,第一台纯电动概念轿车等。众泰2008E是国内首款能批量生产、销售的纯电动乘用车,被誉为国内纯电动第一车,也是国内首款挂牌上路的纯电动乘用车,其主要指标在国内纯电动乘用车领域
18、具有明显的优势,它的诞生表明我国电动汽车技术步入实用的阶段。位于中国深圳的著名汽车厂商比亚迪拥有世界前沿的动力电池与电机技术,多年来深耕电动汽车,已经推出多款新能源汽车。旗下最新的混合动力汽车唐,百公里加速达到4.9秒,号称世界最快suv。还有旗下豪华纯电动客车K9,采用先进的轮边电机驱动技术,实现了一级踏步的低地板工艺,极大方便乘客上下车,目前已经销往美国,堪称国人骄傲,如图1.4。图1.4 比亚迪纯电动客车K9 另外值得一提的是,戴姆勒奔驰公司与中国比亚迪共同出资打造DENZA腾势,将致力于发展环保节能、安全舒适、品质卓越的新能源汽车,致力于成为中国最成功的新能源汽车制造商,推动新能源汽车
19、的发展和进步,旗下量产车腾势已经上市,如图1.5。图1.5 腾势电动车1.3 本文主要内容本文主要研究轮毂电机驱动型电动汽车的相关内容,包括汽车驱动形式研究、轮毂电机介绍、各类电机特性的研究、轮毂电机驱动型电动汽车电机参数计算和轮毂电机电动车的仿真运行。本文主要内容如下:(1) 介绍电动汽车组成与结构。重点解释电动汽车三大系统驱动系统、电源系统和辅助系统的组成及功能,以及电动汽车的工作原理。(2) 分析比较各种电动汽车驱动方式,选择外转子式轮毂电机驱动型电动汽车,并采用双前轮驱动。(3) 分析比较各类电动汽车专用电机的结构、原理和机械特性,选择永磁无刷直流电动机作为轮毂电机。(4) 以在售知豆
20、小型电动车整车参数为基础,计算所要设计的轮毂电机参数。(5) 运用经典电动汽车仿真软件ADVISOR 2002,对设计的轮毂电机驱动型电动汽车进行仿真,验证参数的合理性。2 电动汽车结构与驱动方式2.1 电动汽车结构及运行原理 电动汽车是机械、计算机、材料化学、电子信息技术等多种高新技术的集成,作为典型的高新技术产品,它的最终目标是要实现数字化、智能化、和轻量化。目前,研发的重点在于电池、驱动电机、控制器及能量管理技术。电动汽车主要由驱动系统、电源系统和辅助系统等三大部分组成,如图2.1所示。2.1.1 各系统组成及作用驱动系统是电动汽车的核心,一般由控制器、功率转换器、驱动电动机、机械传动装
21、置和车轮组成。其功用是将蓄电池组中的化学能以电能为中间媒介高效地转化为车轮动能,进而推动汽车行驶,并能在汽车制动及下坡时,实现再生制动(即将汽车动能吸收并转化为蓄电池化学能储存起来,从而增加续航里程)。驱动电动机的作用是将动力电池的电能转化为机械能,通过传动装置驱动车轮,或由其直接驱动车轮。电子控制器即电动机调速控制装置,其作用是控制电动机的电压或电流,完成电机的转矩和转向的控制,从而实现电动车变速和变向。功率转换器用做DCDC转换(直流直流)和DCAC转换(直流交流)。DCDC转换器又称直流斩波器,其作用是将蓄电池的直流电转换为电压可变的直流电,并将再生制动能量进行反向转换,用于直流电动机驱
22、动系统。DCAC转换器通常称为逆变器,其作用是将蓄电池的直流电转换为频率、电压均可调节的交流电,也能进行双向能量转换,用于交流电动机驱动系统。机械传动装置是将电动机的转矩传给汽车传动轴或直接传给车轮(轮毂电机)。相较于传动内燃机汽车,电动汽车的机械传动装置大大简化,故其机械效率得以有效提高。电源系统包括蓄电池组、充电器和能量管理系统。电源是制约电动汽车发展的主要因素,其应具有高的比能量(即能量密度)和比功率(即功率密度),以满足汽车的续航和动力性的要求。辅助系统包括辅助动力源、动力转向系统、导航、照明、刮水器、收音机和音响等,它们是汽车操纵性和乘员舒适性的保证。图2.1 电动汽车系统组成框图2
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