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文献综述 文献综述题 目 纯电动汽车动力传动 系统匹配设计 专 业 班 级 学 生 指导教师 文献综述引言本毕业论文题目为纯电动汽车动力传动系统匹配设计。为了很好进行毕业论文,本论文试图通过研究国内外文献,考察纯电动汽车动力传动系统匹配设计的主要内容、方法等。力争为写作论文寻求一种合理的方法,提供一条明确、清晰的思路。近年来,随着汽车工业对于节能、环保等方面的需求,纯电动汽车的发展速度加快,各大汽车企业都在加大投入研发力度。纯电动汽车技术也在不断的创新和进步。但不少技术还有待提高,不少问题有待解决。而在纯电动汽车的设计过程中,纯电动汽车动力传动系统参数匹配设计对于整车的动力性影响最大。因此,对纯电动汽车动力传动系统的设计方法和内容作一个综述是十分必要的,能为本毕业论文打下坚实基础。现将所阅读文献综述如下:1.纯电动汽车国内研究现状姬芬竹等1分析了纯电动汽车传动系参数的选择对电动汽车性能的影响,指出电动机额定功率,转矩必须与传动系参数相匹配,对电动汽车传动系传动比与挡位数的确定原则进行了探讨。以某一型号纯电动汽车为研究对象,分析了采用手动五挡变速器时两个挡位的驱动力图,提出去掉机械齿轮变速器而代之以固定速比的传动系是行之有效的,理论上可以提高传动系效率,减小能量消耗。本文为我们设计纯电动汽车传动系统传动比提供了一种参考,为固定传动比的设计提供了一种思路。在参考文献2中,姜辉指出随着环保和能源问题的日益突出,电动汽车以其零排放、低噪声等优点而倍受关注,世界各国都把电动汽车作为汽车工业的发展方向。近年来,虽然许多国家都投入大量资金人力研究电动汽车,但目前为止动力电池和其它一些关键性技术还没有取得有效地突破,动力电池的续驶里程和充电时间大大制约了电动汽车的发展和普及。因此,在电池问题解决之前,如何合理地选择这些部件及有关参数,使匹配达到最优,在相同蓄电池条件下,更好地满足动力性要求和最大地增加续驶里程,一直是研究者们追求的目标,也是本论文研究的主要目的。本论文以某种型号的电动汽车作为研究对象,在对其动力传动系统的参数设计进行分析研究的基础上,对电动汽车动力传动系统的参数进行了较为合理的、简洁的选择和匹配。本论文还对电动汽车的核心部件牵引电机三相异步交流电动机以及蓄电池的数学模型进行了研究分析;基于电动汽车的专用仿真软件ADVISOR(Advanced Vehicle Simulator,高级车辆仿真器)建立了电动汽车的蓄电池、电动机、传动系、车身以及电动汽车的整车仿真模型,并用ADVISOR对模型进行了仿真试验,仿真结果验证了匹配参数和仿真模型的合理性。本论文还针对仿真结果以及动力性能要求和续驶里程要求,应用基于遗传算法的汽车动力传动系统设计优化方法和ADVISOR中的自动尺寸设计(Auto-size)对电动机效率、蓄电池容量、传动系传动比等主要参数进行了优化处理。同时,对于得到的优化结果予以仿真计算,得到了一些反映电动汽车性能的曲线,验证了优化结果的合理性及优化方法的有效性。可见,该参考文献对电动汽车的传动系统研究较为深入和全面,很具有参考价值。夏青松3的论文主要研究了纯电动汽车动力系统的参数计算及其前向仿真方法,以实现驱动系统各个部件参数的匹配,达到纯电动汽车整体性能要求。其论文基于国家科技部“863”电动汽车重大专项课题“纯电动汽车的开发”作相关的研究,主要围绕纯电动汽车仿真模型及仿真软件开展工作。其论文首先对纯电动汽车的基本结构及相关的动力电池技术、电动机及其控制技术和能量管理技术进行了探讨。纯电动汽车与燃油汽车的主要区别在于它们的驱动系统不同,虽然纯电动汽车是从发展成熟的燃油汽车体系中借鉴的,但是纯电动汽车的结构和许多性能与技术参数有它本身的特征。通过比较几种常见的驱动系统布置方案,对蓄电池、电机等动力元件进行选型。在此基础上,对参数选择和参数间的合理匹配进行分析研究,提出一套比较合理的纯电动汽车驱动系统参数的设计原则,并以所设计的纯电动汽车为研究对象,对其驱动系统的参数进行了选择。以PSAT仿真软件为平台,PSAT是一个功能非常强大的仿真软件,最后将在PSAT中完成整车的动态仿真。在PSAT中建立起各个子系统的模型,最后连接、运行,得出具体的结果并对其进行分析,文中在采用不同工况下进行了仿真研究,主要分析了电动汽车的动力性能,以验证匹配的动力系统符合所要求的动力性能指标。最后,介绍了电动汽车动力总成台架试验和整车性能试验。使用交流电机作为动力装置,在电机试验台架上对纯电动轿车动力总成系统各主要部件进行联合调试,测试动力总成系统的通信、管理、控制和协调功能,并对其进行完善,验证了参数匹配的合理性。刘灵芝等4建立了某型纯电动汽车的动力系统结构和控制策略,提出了其动力系统的匹配设计方法。在理论计算和工程分析的基础上,对其电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配,并用计算机对实例进行了仿真研究,结果表明这种方法可行有效。仇建华等5系统地介绍纯电动汽车驱动系统主要部件的选型及根据电动汽车主要性能的要求进行主要参数的设计及匹配,并通过对具体车型的计算进一步探讨纯电动汽车主要参数的确定。并提出目前我国纯电动汽车研究现状,纯电动汽车大都建立在改装车的基础上,其设计是一项机电一体化的综合工程。改装后的纯电动汽车高性能的获得并不是简单地将内燃机汽车的发动机和燃油箱换成电动机和蓄电池便可以实现,它必须对储能装置、动力装置及变速器、减速器等参数进行合理的匹配 。并且,鉴于目前国内对纯电动汽车的研究现状,该文章的研究是建立在传统汽车驱动系统的基础上。最终,我们清楚了纯电动汽车驱动系统主要参数是由汽车行驶时车速、加速度、爬坡度及所消耗的能量出发推导计算得到的,理论上,它的动力性、续驶里程都应该可以满足设计的要求。查鸿山等6针对电动汽车设计动力性能指标,从车辆动力学出发建立了驱动电机功率计算模型,给出了系统传动比、最高车速、加速时间等电动汽车动力性能参数计算一般公式。结合开发实例进行电动汽车动力电池匹配优化,并在 MatlabSimulink下进行系统续驶里程仿真计算,仿真结果表明,系统动力特性满足整车的动力性能设计要求。 琚龙7介绍了纯电动车辆动力系统匹配的理论计算方法,并根据某型纯电动车的特点,兼顾整车动力需求及零部件所能达到的最优组合,对车辆动力系统进行匹配优化。基于MATLAB/ ADVISOR进行建模仿真,通过实车试验进行验证。常绿8对淮安和苏州汽车用户进行问卷调查,确定城市居民家庭用经济型电动汽车的技术参数。根据这些技术参数要求,设计了纯电动微型汽车电动机、传动比、轮胎、电池组的技术参数,计算蓄电池的 SOC值。基于ADVISOR仿真软件建立了电动汽车动力性仿真模型,应用ADVISOR软件仿真计算了整车的动力性,在不同速度时仿真计算续驶里程。计算结果表明,以铅酸电池为能源的电动汽车加速性、爬坡能力、最大车速、续驶里程等动力性指标满足设计要求。张新磊9的论文以哈尔滨工业大学(威海)汽车工程学院正在研发的某电动汽车为对象,研究分析电动汽车系统组成以及常用的驱动系统布置形式,结合当前实际条件和电动汽车开发背景,确定电动汽车性能指标。根据设定的性能指标对电动汽车动力传动部件参数进行设计匹配。并对电动汽车总体布置和结构进行设计分析。论文利用基于MATLAB/Simulink平台的电动汽车仿真软件ADVISOR建立车身、车轮、减速器、电动机、蓄电池以及整车的动力性能仿真模型和整车续驶里程仿真模型。根据所建立模型,对电动汽车的动力性能及续驶里程进行仿真分析。针对性能仿真结果和动力性能要求及续驶里程要求,利用ADVISOR中的自动尺寸设计Auto-size对电动机的功率,主减速器速比、蓄电池组数目等参数进行优化处理。最后,依据国家试验标准对电动汽车的最高车速和最大加速度进行试验,并将两项试验结果与仿真结果比较,验证仿真模型的正确性和参数匹配设计的合理性。周保华10进行了电动汽车动力传动系统的参数匹配,提出了两挡机械式自动变速器(AMT)方案,通过建立电动汽车模型,优化选择了传动系统速比,对电动汽车采用固定挡减速器和两挡AMT传动系统进行了对比研究,制定了两挡AMT无离合器换挡控制策略,并进行了台架试验验证,其主要研究内容如下:分析了电动汽车动力传动系统的基本构成,根据整车动力性要求,并考虑电动机的工作特性、电池的工作特性及传动系统参数对整车性能的影响,对驱动电机、电池及传动系主要性能参数进行匹配研究。重点分析了传动系速比、挡位数对整车性能及电机参数匹配的影响,并研究了通过优化传动系速比改善电动机工作效率的方法。根据电动汽车纵向动力学理论,建立了电动汽车能耗计算整车模型和动力性计算模型。整车模型包括行驶工况模块、行驶阻力模块、变速器模块、电机模块、再生制动模块、电池模块和能耗计算模块,对电动汽车在工况条件下的能量消耗进行了仿真计算,进而完成了汽车续驶里程的计算;动力性计算模型包括汽车最高车速、加速时间和爬坡度的模型,对采用不同传动系统汽车的动力性进行了对比分析。基于电动汽车的整车仿真模型,分别对固定挡减速器和两挡AMT传动系统进行了传动比优化,根据保证动力性、经济性最优的原则确定了两方案的传动比;并对两方案的动力性和经济性进行了计算,通过对比可知两挡AMT方案要明显优于固定挡减速器方案,最终确定电动汽车的传动系统采用两挡AMT方案。通过两挡AMT换挡过程分析,制定了电动汽车无离合器换挡控制策略,对不同换挡阶段的电机控制进行了研究。搭建了电动汽车两挡AMT台架试验系统,建立了基于MATLAB/Simulink和dSPACE的仿真试验模型,实现了对被测试对象的数据采集及自动控制,对换挡控制策略进行了试验验证。该参考文献对于变速器档位的设计极具参考价值,为变速器的设计指明了思路,并对其提出设计方法的可行性作出了很好的论证。余银辉11在其论文中,从微型电动汽车传动系统的匹配和驱动系统优化来研究提高微型电动汽车效率及性能,从而实现延长电动汽车的续驶里程。根据某公司FA微型电动汽车的动力性要求,从汽车动力学出发,分析了汽车在各种行驶工况下的阻力矩,匹配设计了传动系统的关键参数,包括电机参数、传动比、电池等,使得在一档传动比下实现FA电动汽车的动力性较优指标。并利用ADVISOR仿真软件对匹配设计的传动系统参数进行了动力性仿真,验证了理论匹配计算参数的正确性和实用性。在驱动系统的优化方面,主要是无速度传感器矢量控制算法的条件下优化电机的效率以及提高控制器的性能。从分析异步电机各种损耗的产生出发,通过电机设计要求和整车驱动控制算法使得损耗达到较小值来获得效率的优化。分析了在额定转速内以及高速区内轻载的最小损耗、以及受控制器输出电压、电流限制的磁通选取的方法。并以某电机厂设计的YV112M-4型电动机的参数进行计算,对比了标准矢量控制及基于损耗模型的效率优化算法下的磁通选取及效率曲面,证明了该效率优化算法对轻载下的效率优化效果明显,效率优化的结果与电机设计曲线一致。其论文从驱动系统控制器的器件选型,驱动电路设计等方面研究了采用MOSFET并联方式的电动汽车驱动系统的硬件电路优化设计。采用了“最坏情况分析法”计算需要并联的MOSFET的个数;分析了MOSFET并联在电动汽车驱动系统中可能出现的问题,并用Saber软件针对实际器件建立模型,搭建了仿真电路。该参考文献通过理论分析和仿真、试验,锁定MOSFET炸裂的根本原因是感生电压、电流过冲、电压过冲,而开关损耗的大小取决于密勒区时间的长短,并提出了相关的解决方法。熊明洁等12在理论计算和工程分析的基础上,对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配,分析了纯电动汽车传动系统参数的选择对电动汽车性能的影响。并在ADVISOR中仿真表明,所选计算方法合理,所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性要求。为纯电动汽车动力系统参数选择与匹配提供了参考。王燕燕13以纯电动客车为研究对象,在分析市场上现有纯电动客车相关性能参数的基础上,提出合理的整车基本参数与性能目标参数。对动力传动系统,主要对驱动电机、变速器以及动力电池参数进行合理地计算和设计,为纯电动客车动力传动系统的初步选型提供依据。薛念文等14根据电动汽车动力性能要求,考虑到动力传动系统共振的危害,结合传动系统频率匹配,提出了电动汽车动力传动系统参数匹配计算方法。以某公司电动汽车机电传动系统为例,在ADVISOR软件中建立整车模型,进行循环工况下动力经济性能仿真分析。通过仿真和试验可知,该车动力性和经济性均能满足设计要求且动力传动系统没有共振产生,验证了匹配的可行性。在本文中作者比较独到的地方是利用阶次分析法对其零部件的工作频率进行分析,从而避免共振,使整车在达到动力性和经济性要求的基础上满足舒适性要求。这点很值得参考。付多智等15介绍了电动汽车用电机的基本性能,并从汽车行驶动力学出发建立了纯电动汽车用电动机性能参数的数学模型,探讨总结了对电机基本特性参数的初步确定原则。然后以目前所要开发的一辆纯电动汽车的基本参数及目标性能要求为例 ,按以上原则确定电机参数并绘制符合要求的电机性能曲线,为电机的快速选择和后续车辆动力传动系统匹配优化提供了依据。杨三英等16建立了以锂电池组为动力源,交流异步变频电动机为动力转换装置的纯电动汽车动力系统及整车模型,在matlabsimulink平台上对该模型的车辆速度、加速度、爬坡能力、能耗等动力特性进行了仿真分析,结果表明该模型方案设计合理可行。徐春等17介绍了电动城市客车动力驱动系统中必须包含变速器和主减速器,对其进行速比设计是非常有必要的。该文章中介绍了电动城市客车传动系的结构特点以及可变速比齿轮传动系和固定速比齿轮传动系的传动比的设计方法。为我们在设计传动系统的过程中提供了一种设计传动比的合理方法。陈晓丽等18详细介绍了纯电动汽车用不同驱动电机的优缺点及其选型考虑因素,我国新能源汽车驱动电机达到的性能指标、科技部电动汽车“十二五” 专项规划新能源汽车驱动电机系统的性能要求、驱动电机下一步发展方向以及车辆的动力性为设计目标,介绍了纯电动汽车驱动电机的功率设计、转速设计和扭矩设计过程,最后辅以实例介绍了驱动电机设计过程的正确可行性,能够为纯电动汽车驱动电机的设计提供参考。王峰等19为某纯电动汽车提出一种新型的包括一调速电机和行星减速机构的动力传动装置,对其电机和传动装置的参数进行合理选择和匹配计算,在Matlab/Simulink环境下进行整车动力性能的仿真,对传动装置的参数进行了优化。结果表明,电动汽车动力性与经济性满足实际要求。为纯电动汽车的匹配设计和仿真提供了一种有效方法。黄菊花等20以某轻型客车为研究对象,采用理论设计方法对其动力传动系参数进行合理选型设计,应用电动汽车仿真软件ADVISOR建立该电动汽车的整车模型并进行了动力性能仿真计算。通过将仿真结果与理论计算结果比较表明:电动汽车动力性能主要技术指标的仿真值与理论计算值相比,误差控制在5%以内,从而验证动力传动系参数设计的合理性和整车仿真模型的正确性。2.纯电动汽车国外研究现状在电动汽车的发展进程中,各国和各地区都依据自己的国情和特点选择了不同的技术路线,而处在技术领先位置的仍然是日本、美国和欧洲,他们在电动汽车的车速、续驶里程、加速性能、动力蓄电池、基础设施等方面都有较大的优势。日本的资源贫乏,能源供给大部分得依靠海外,且主要是石油资源,各领域都在寻求更好的对策以便应对能源问题,在日本的能源消费中,运输部门大约占25%(1997年),其中50%以上的石油是用于汽车产业上的,也就是说,电动汽车的发展和促进,对日本能源状况的改善可以说是至关重要的。我国目前的能源消耗情况和日本类似,但随着汽车保有量的快速增长,形势会比日本更加严峻。1967年,日本为了促进本国电动汽车产业的发展成立了日本电动汽车协会在之后的20年间,日本制定了电动汽车的开发计划和第三届电动汽车普及计划,并制定了汽车生产和保有量目标。本田公司作为日本主要的汽车制造商之一在电动汽车方面的研究主要集中在混合动力和燃料电池汽车两个方向。在1999年推出Insight、2004年推出Accord Hybrid、2006年推出Civice Hybrid都显示了本田公司在混合动力电动汽车上做的努力。燃料电动汽车方面也于2006年试行FCX,该车由交流同步电动机驱动,最高车速为160km/h,可以连续行使570km。与本田相比,丰田公司在电动汽车领域也取得了更大的成功,只是丰田主要把研究的重点放在了混合电动汽车,自上世纪80年代开始,丰田公司就研制了EV10-EV40的一系列电动汽车。1995年普锐斯研制成功并于1997年投放市场并取得很大成功。普锐斯2005属于重度混合动力电动汽车,它采用永磁同步电动机和四缸发动机共同驱动,使得该车的节能与续航能力更加突出,因此更具有实用性,截至2010年年底,全球销量已经超过140万辆,是当前最成功的混合动力电动汽车。日本另外的一个著名的汽车品牌日产,也致力于发展电动汽车,日产公司设计的电动汽车主要是纯电动汽车和混合动力电动汽车,同时也将燃料电池电动汽车上升到一定战略地位。比较成熟的产品有Altra、Nissan Tino以及Altima Hybrid,日产在燃料电动汽车的主要作品是FCV2005,它集中了日产公司的核心技术,如锂电池技术、高压电子技术和Tino Hybrid的控制技术等21-25。美国采用政府和企业双作用力的方式,加速电动汽车产业发展。美国汽车工业十分发达,汽车产量大,保有量最多,石油消耗量和汽车排放污染物均居世界首位。为保持汽车产业的可持续发展,美国制定了非常严格的汽车尾气排放标准,并较早地大力鼓励发展电动汽车,先后推出了PNGV、Freedom CAR、AVP计划。在美国能源部的大力支持下,汽车厂商在电动汽车的开发研制中投入大量的人力物力,并且取得了很大的研究成果26-27。表1-1列出了美国部分纯电动汽车的技术性能参数。表1-1 美国部分纯电动汽车的技术性能参数车 型通用EV1通用S10福特Rangar克莱斯勒EPIC整车参数整备质量:1350Kg满载质量:1550Kg整备质量:1350Kg满载质量:1550Kg整备质量:2125Kg满载质量:2455Kg整备质量:2318Kg满载质量:2682kg动力电池类型镍氢(Ni-H)铅酸(Pb-acid)铅酸(Pb-acid)锂离子(Li-ion)性能电池容量:55A.h额定电压:312V电池容量:55A.h额定电压:312V电池容量:74A.h额定电压:312V额定电压:360V驱动电机类型交流感应电机交流感应电机交流感应电机交流感应电机最大功率(Kw)10267性能参数最高速:128Km/h0-96加速:9s续驶里程:144Km最高速:50Km/h续驶里程:80Km最高速:120Km/h0-96加速:12.5s续驶里程:80Km最高速:128Km/h续驶里程:200Km欧洲地区延续其一贯的纯电动汽车与清洁柴油等替代能源汽车的技术研发优势。特别是欧盟委员会又颁布了更为严格的二氧化碳排放标准,更多欧洲国家政府和跨国汽车公司将零排放的纯电动汽车作为产品研发主要方向,纷纷推出纯电动汽车。雪铁龙C-Zero的动力系统为一台永磁同步电动机,当转速在3200-6200rpm时,最大功率为48kw,最大扭矩为182N.m,0100km/h加速时间为15s,最高车速约为130km/h。一次充电后可行驶160公里(日本10-15模式)。雪铁龙C-Zero采用锂电池供电,充电需要6个小时,而快速充电时,只需要半小时就可达到80%的电量。奔驰Smart电动车型配置输出功率为40马力的电机。电机放置在该车的车尾,采用后驱结构。其从060Km/h所需的加速时间为6.5s,最高时速可达100Km/h。Smart电动车的电动机由锂离子电池提供电能,最大可储存14KW的电能,续航里程可达115Km。锂离子电池被安放在车身的中部,凭借每百公里仅消耗12Kw.h电量,Smart电动汽车成为城市交通中最节能、最环保的车型之一28-32。Aden N.Seaman等33提出了一种在MapleSim软件中基于数学建模设计出来的蓄电池电动汽车。利用由Chen和Rincon-Mora建立的蓄电池模型开发了一个基于数学模型的完整蓄电池组,并开发简单控制器,电动机/发电机,地形模型,和驱动循环模型。以此在不同工况下测试电动车性能。由此产生的微分方程是被象征性地简化的,并进行数值模拟来给出物理一致的结果,而且清楚地表明了蓄电池和纵向车辆动力学的紧密耦合关系。在以上参考文献中,主要研究了纯电动汽车动力传动系统的匹配设计与仿真。其中传动系统中的设计内容主要包括电动机、蓄电池以及传动系传动比三项。而其设计依据是根据提出的设计主参数和性能要求按照理论计算设计传动系统,并且将所设计传动系统在计算机中选择合适的软件进行建模仿真,以验证所设计传动系满足整车动力性要求,同时兼顾整车的经济性、舒适性。依此,本毕业论文提出了一条明确的思路:提出设计要求;选择适当的某一车型;进行设计计算,完成动力传动系统主要参数匹配;在Matlab/advisor中进行建模仿真,验证整车动力性是否满足设计要求;得出结论和研究展望。参考文献1 姬芬竹,高峰,周荣. 纯电动汽车传动系参数匹配的研究J.汽车科技,2005,(6).2 姜辉. 电动汽车传动系统的匹配及优化D. 重庆: 重庆大学, 2006.3 夏青松. 电动汽车动力系统设计及仿真研究D. 武汉: 武汉理工大学, 2007.4 刘灵芝,张炳力,汤仁礼. 某型纯电动汽车动力系统参数匹配研究J.合肥工业大学学报,2007,30(5),591-593.5 仇建华,张珍. 纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配J.硅谷,2010.6 查鸿山,宗志坚,刘忠途,伍庆龙. 纯电动汽车动力匹配计算与仿真J.中山大学学报,2010,49(5).7 琚龙. 基于MATLAB仿真的纯电动车动力系统匹配研究J.硅谷,2010.8 常绿. 纯电动微型汽车动力传动系参数设计及动力性仿真J.机械设计与制造,2010,(6).9 张新磊. 电动汽车总体设计及性能仿真优化D. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.10 周保华. 电动汽车传动系统参数设计及换挡控制研究D. 重庆: 重庆大学, 2010.11 余银辉. 微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化研究D. 重庆: 重庆大学, 2010.12 熊明洁,胡国强,闵建平. 纯电动汽车动力系统参数选择与匹配J.汽车工程师,2011,(5).13 王燕燕. 纯电动客车动力系统参数匹配及性能分析J.汽车电器,2011,(10).14 薛念文,高非,徐兴,龚昕. 电动汽车动力传动系统参数的匹配设计J.重庆交通大学学报,2011,30(2).15 付多智,胡毅. 纯电动汽车驱动电机选择方法J.新能源汽车,2011.16 杨三英,周永军,马渊. 基于 matlab的纯电动汽车建模及动力特性仿真分析J. 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