XII揚(yáng)州大學(xué)碩士學(xué)位論文考慮純電動汽車的車身結(jié)構(gòu)和整車性能的差異，重新定義純電動SUV車型整車參數(shù)，如表3-1所示。純電動汽車動力性能的主要指標(biāo)為最高車速、加速性能、續(xù)駛里程、最大爬坡度，具體要求見表3-2。表3-2動力性能指標(biāo)要求動力性參數(shù)符號單位參數(shù)值最高車速Vmaxkm/h≥150加速性能TS每小時0-50千米的加速時間≤10；每小時50-80千米的加速時間≤10最大爬坡度%25續(xù)駛里程Sm速度相等工況下≥300；循環(huán)工況≥100（1）最高車速Vmax：汽車在條件比較好的路上，能達(dá)到的最高的行駛車速，而一般的城市地區(qū)車輛平均的行駛速度為每小時50千米。（2）汽車的加速能力：純電動汽車的加速性能較好，是由于它的驅(qū)動電機(jī)啟動性能好，和短期過載性能。（3）最大爬坡度：汽車載滿人數(shù)時，在良好的路面上，汽車倒豎掛到一檔能克服的最大坡的度數(shù)，該度數(shù)是爬坡能力的體現(xiàn)，一般來說爬坡的度數(shù)就是地面約坡高之間的角度。1.2純電動汽車動力系統(tǒng)布置動力系統(tǒng)決定著電動汽車的動力性能。如圖3-1所示，從結(jié)構(gòu)圖中可以看出，電力傳輸系統(tǒng)只有兩部分組成，一個是供電系統(tǒng)，一個是電力驅(qū)動系統(tǒng)，電力系統(tǒng)則主要由蓄電池和電子控制系統(tǒng)兩個組成。電子控制系統(tǒng)的主要組成部分是電氣驅(qū)動系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動器和控制器。如圖3-1所示控制系統(tǒng)它具有反饋信號的功能，他能夠反饋很多信號，其中最主要的幾個信號是齒輪電機(jī)傳來的信息，以及當(dāng)方向盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動時這個信息，這些首先會接到信號，從而先進(jìn)行分析，然后將這些分析好的數(shù)據(jù)信息傳給電機(jī)驅(qū)動器，而電機(jī)驅(qū)動性的作用就是將這些信息進(jìn)行分析，具體劃分將指令傳達(dá)到各個部件，從而可以達(dá)到有效的控制對輸出功率，還有有效的管理方向，盤驅(qū)動汽車電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩。圖3-1純電動汽車動力傳動系統(tǒng)基本組成1.3動力電池的數(shù)學(xué)計(jì)算模型電池選擇好型號以后，就需要計(jì)算它的各種性能方面的數(shù)據(jù)。而動力電速度這方面的主要的這個要設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)方面，包括N,U,C,Ub等。確定一組電池的單體數(shù)量電動汽車電池的電壓等級可以根據(jù)電機(jī)的工作電壓和車種來確定，所選電池的額定電壓為320V。為了滿足供電電壓等級的要求，電池組應(yīng)與磷酸鐵鋰(LiFePO4)單芯串聯(lián)，則有： N1=式中（3-1）：N1-一組電池串聯(lián)單體電池個數(shù)，計(jì)算求得NUmUb確定單體電池?cái)?shù)量電池組單體電池?cái)?shù)量N2 N2= Pbmax=2式中（3-2）、（3-3）：N2PmaxPbmaxηmηmcE-單體電池電動勢，為1.2V；Rint計(jì)算求得N2行駛里程確定單體電池?cái)?shù)量電池組總能量應(yīng)滿足純電動汽車的行駛里程要求。本文確定了以60km/h不小于300km等速行駛的純電動汽車單體電池?cái)?shù)量N3電池組總能量數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Wess=N式中（3-4）：WessN3UbCr由式（3-1）得，純電動汽車以速度uc Pc=1則行駛距離L=300km所需能量為： Wc=P電池組提供的總能量應(yīng)滿足純電動汽車等速行駛里程所需的總能量，則有， Wessξsoc式中（3-5）、（3-6）、（3-7）：ξsocηe計(jì)算求得N3綜上所述，單體電池總數(shù)應(yīng)?。?N=maxN1，因此暫時選擇927節(jié)電池，每組串聯(lián)電池個數(shù)為100節(jié)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要并聯(lián)10組。最后，選擇了10個并聯(lián)和100個串聯(lián)的動力電池組合，共計(jì)1000個單體電池。經(jīng)上述計(jì)算分析后，本文所選取的動力系統(tǒng)參數(shù)如表3-3所示。表3-3動力系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值電機(jī)額定功率（kW）38峰值功率（kW）77額定轉(zhuǎn)速（r/min）3200峰值轉(zhuǎn)速（r/min）8000額定轉(zhuǎn)矩（N·m）113峰值轉(zhuǎn)矩（N·m）230過載系數(shù)2.03傳動系主減速器傳動比6.4傳動效率0.92電池組單體額定電壓（V）1.2單體電池容量（Ah）20電池排數(shù)10并100串電動汽車仿真軟件的特點(diǎn)是通過構(gòu)建內(nèi)阻模型的思路來確定電池模型。我們用這個來建立內(nèi)阻模型。簡化后的內(nèi)阻模型如圖3-2所示:圖3-2等效電路如圖3-2，得到電池的電壓特性方程：（3-9）電動勢E0和電池內(nèi)阻與電池組SOC值均為分段線性函數(shù)。其次，電池組內(nèi)阻的計(jì)算方法不同。這取決于電池是在充電還是放電，它的值總是在變化[11]。1.4電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型1.4.1驅(qū)動電機(jī)的類型選擇純電動汽車在剎車和啟動時它比較靈活，所以說車主經(jīng)常行使這兩種操作，對加速和減速經(jīng)常性的改變，而這就要求驅(qū)動電機(jī)必須要高扭矩響應(yīng)特性以及要設(shè)置不同的速度。驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速和功率-轉(zhuǎn)速特性曲線如圖3-3所示。圖3-3驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速、功率-轉(zhuǎn)速特性曲線如圖3-3所示，驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率和速度之間的關(guān)系如下：驅(qū)動電動機(jī)以額定速度輸出恒定轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生高轉(zhuǎn)矩，可以滿足啟動，加速和爬升的要求；在上述額定速度下，輸出恒定功率以滿足低轉(zhuǎn)矩和高速驅(qū)動的穩(wěn)定性。另外，為了提高車輛動力，即使車輛具有較高的爬坡和加速性能，電動機(jī)也必須在非常短的時間內(nèi)以峰值功率運(yùn)行，并且可以在過載條件下執(zhí)行峰值峰值功率運(yùn)行。目前，電動汽車常用電機(jī)主要有以下四種類型，其性能對比如表3-4所示[12]。表3-4電動汽車常用電機(jī)性能對比電機(jī)類型性能指標(biāo)直流電機(jī)交流感應(yīng)電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)永磁同步電機(jī)功率密度低中較高高轉(zhuǎn)矩性能一般好好好最高轉(zhuǎn)速r/min4000～60009000～15000150004000～10000峰值效率%85～8994～9585～9095～97負(fù)荷效率%80～8790～9278～8685～97過載能力%200300～500300～500300恒功率比例2:52:102:62:4.5可靠性差好好優(yōu)外形尺寸大中小小電機(jī)質(zhì)量重中輕輕控制器成本低高一般高控制操作性能最好好好好綜合性能差一般較好好根據(jù)表3-4中電機(jī)性能的比較，本文選擇將永磁同步電機(jī)作為純電動汽車的驅(qū)動電機(jī)。1.4.2驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)模型設(shè)計(jì)確定電機(jī)功率在滿足車輛所需功率和轉(zhuǎn)矩的前提下，驅(qū)動電機(jī)應(yīng)盡量在高效區(qū)運(yùn)行，如果不這樣的話，那么驅(qū)動電機(jī)，它的使用時間以及它的穩(wěn)定性都會遭到破壞，基于電機(jī)的額定功率偏低一些，再低的話就不行了，否則的話，電機(jī)它運(yùn)行時間肯定會很長，超過了它的負(fù)荷，那么這個電機(jī)的本身就會得到很大的磨損，從而降低使用壽命，同樣峰值功率也可以偏高，但是不能太高，否則的話也會帶來很大的負(fù)荷，最終影響的是整體的功用效率，它的體積和質(zhì)量都會增加，這樣從整體車的情況來看，它的經(jīng)濟(jì)效益大大降低，同時要滿足這個驅(qū)動電機(jī)的功率在各種工況下的功率要求。電動機(jī)的額定功率與峰值功率的合理匹配往往是根據(jù)車輛動力學(xué)指標(biāo)來選擇的。根據(jù)車輛功率平衡方程式可得： Pe=根據(jù)車輛功率評價指標(biāo)，電機(jī)的峰值功率應(yīng)滿足： Pmax≥max（式中，Pmax為電機(jī)峰值功率；Pmax1，Pmax2以Pmax1汽車在比較好的，平坦的，沒有坡度的路面上行駛，他受到了兩種阻力，滾動阻力和空氣阻力，我們計(jì)算它的動力平衡方程為: Pmax1=式中（3-12）：ηT為m為滿載質(zhì)量，取1939kg；g為重力加速度，取10m/sf為滾動阻力系數(shù)，取0.02；CD為A為迎風(fēng)面積，取1.97㎡。根據(jù)最高車速指標(biāo)uαmax=140km/h，計(jì)算得P以Pmax2在良好的路面上以恒定的速度爬坡，爬坡過程中保持恒定的速度，不受加速度阻力的影響。能量平衡方程是: Pmax2=式中（3-4）：umax為αmax為計(jì)算得爬坡性能所需功率Pmax2以Pmax3根據(jù)車輛在現(xiàn)場起動時的加速過程計(jì)算功率，表達(dá)式為: Pmax3≥式中（3-14）：Pmax3δ-純電動汽車的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，δ=1.04；ueuαtm-原地起步加速時間，t計(jì)算得原地起步加速時間所需功率Pmax3=76.77kW。在正常的條件下，純電動汽車的連續(xù)高效的工作狀態(tài)，主要是由于驅(qū)動電器的額定功率決定。并不是說驅(qū)動電器的額定功率高，它的工作狀態(tài)就好，而是它的額定功率一定要滿足最高轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行的所要求的功率，而電動機(jī)的最高功率要滿足電機(jī)功率匹配方法Pe≥Pmax1，且式中，Pe另，電機(jī)峰值功率與額定功率有： Pmax=λP式中，λ為電機(jī)的裹在系數(shù)，一般取值2～3。由上可得，最終選取驅(qū)動電機(jī)峰值功率Pmax=77kW，額定功率Pe=38kW，電機(jī)過載系數(shù)計(jì)算求得根據(jù)上述分析，一般的車輛動力性指標(biāo)是確定了發(fā)動機(jī)最高功率的方程，電機(jī)能達(dá)到最多多少功率，主要是由于它的加速性能來決定。確定電機(jī)轉(zhuǎn)速從電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速可以分為低速中速高速三種電機(jī)，低速電機(jī)在3000~6000，中速電機(jī)在6000~1萬，高速電機(jī)在1萬到15,000。在本文中，汽車的最大速度為140千米每小時，再通過對它的電機(jī)性能以及運(yùn)行環(huán)境方面等多方因素的考慮，所以不選用高速電機(jī)，而選用8000轉(zhuǎn)速的中速電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速確定之后，就要選擇額定的轉(zhuǎn)速，首先電機(jī)的這個最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之間是存在聯(lián)系的，可以通過方程式來說明: β=nmax式中（3-17）：β為電機(jī)的擴(kuò)大恒功率區(qū)系數(shù)；nmax取ne為β與驅(qū)動電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩呈曲線變化，β越大，那么電機(jī)在低速區(qū)的恒定轉(zhuǎn)矩變化就會劇烈，汽車在爬坡時和加速時，速度就會更快，效率更高，本文取β為2.5，計(jì)算電機(jī)額定轉(zhuǎn)速ne確定電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩與峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率的關(guān)系如下: Te=9550 Tmax=9550式中（3-18）、（3-19）：Te為Tmax為Pe為驅(qū)動電機(jī)額定功率，取Pmax為驅(qū)動電機(jī)峰值功率，取ne為驅(qū)動電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，取代入式（3-19）中可得， Tmax=λT即電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩呈系數(shù)λ關(guān)系，電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩Te=113N·m，峰值轉(zhuǎn)矩為T永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下:（1）定子電壓方程：（3-21）（3-22）（2）定子磁連方程：（3-23）（3-24）在集成之后，它變成了一個方程，可以在軟件環(huán)境中構(gòu)建模型，即：id=1L1.5純電動汽車驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)匹配及選型1.5.1功率的匹配選擇1．計(jì)算高速行駛功率最高行駛速度以及最大匝道率的計(jì)算必須要在車輛載滿人的情況下，電動汽車在最高的工況條件下，消耗的功率要小于電機(jī)的最大輸出功率，這樣才能保證車輛的動態(tài)性能。電動汽車的功率為:（3-26）2．計(jì)算爬坡消耗功率（3-27）1.5.2轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的匹配選擇1．轉(zhuǎn)速的計(jì)算暫取永磁同步電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為。驅(qū)動電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下式所示：（3-28）式中取，所以驅(qū)動電機(jī)峰值轉(zhuǎn)速2．轉(zhuǎn)矩的計(jì)算額定轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和額定功率決定。公式如下:（3-29）計(jì)算可得。驅(qū)動電機(jī)的峰值扭矩可以由下式計(jì)算得出（3-30）式中：為驅(qū)動電機(jī)的過載系數(shù)，一般取值，由此可知。1.6純電動汽車動力電池參數(shù)匹配及選型1.6.1動力電池組功率的確定動力電池采用三元鋰電池組作為電池系統(tǒng)的動力源。純電動汽車充滿電時，車輛在平均車速下行駛的行駛里程不小于，所需功率P可由下式[28]計(jì)算:（3-31）式中：為勻速行駛阻力功率，單位；1.6.2動力電池組能量的確定在勻速Ua=60km/h時，滿足S1=300km所需要的能量為：（3-32）動力電池組可釋放的額定能量為：（3-33）由上式可知，滿足續(xù)航距離條件的動力電池組容量為:（3-34）綜上所述，設(shè)計(jì)動力電池組參數(shù)見表3-5。表3-5動力電池組參數(shù)項(xiàng)目基本參數(shù)總能量（kWh）54.38電池組總電壓（V）388模組容量(AH)140單體標(biāo)稱電壓（V）1.7電池排數(shù)20并105串1.7純電動汽車傳動系參數(shù)設(shè)計(jì)車輛傳動比由兩部分組成:傳動比和最終減速器。電動汽車在最高轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)行時，運(yùn)行在齒輪速比最小的齒輪上，運(yùn)行在坡度最大、齒輪速比最大[31]的齒輪上。在以下這種情況下，直齒圓柱齒輪也可以采用，1，最終驅(qū)動提供的傳動比例，對于車輛動力性能提出的要求能夠做到很好的滿足[20]。（1）最大傳動速比:通過比較計(jì)算電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速值和最高轉(zhuǎn)速值來確定參數(shù)。（3-35）（3-36）為主減速的傳動比，為變速器的傳動比，為電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，為最高車速，為車輪有效半徑。（2）最小傳動比:最小傳動比由最大扭矩和相應(yīng)的驅(qū)動阻力來確定，他們的獲得條件都是在最高的電機(jī)轉(zhuǎn)速下。計(jì)算公式為:（3-37）式中為最高車速時所對應(yīng)的行駛阻力，為驅(qū)動電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時的輸出轉(zhuǎn)矩，為傳動效率，計(jì)算公式為：（3-38）此處用的方法是定速比傳動機(jī)構(gòu)，具體來說就是使用剎車器和合適的齒輪把離合器這些傳動齒輪去掉，使得總體的傳動比能夠很好的適用于