混联式电动汽车整车匹配与直流电机驱动系统设计(编辑修改稿)

混联式电动汽车整车匹配与直流电机驱动系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

图 12 并 联式混合动力 电动 汽车 驱动系统结构示意图 注：各符号代表的意思 Fuel:油箱， Engine：内燃机， Battery：蓄电池， Power Converter：功率转换器， Motor：驱动电机， Transmission：传动装置（离合器，变速箱等） 3） 混联式（串、并联式）混合动力电动汽车 (PSHEV) 混联式混合动力利用电动机和发动机来驱动车轮，并可用发电机来发电及自行充电。 混联式混合动力利用电动机和发动机这两个动力来驱动车轮，同时电动机在行驶当中还可以发电。 根据行驶条件的不同，可以仅靠电动机驱动力来行驶，或者利用发动机和电动机驱动行驶。 另外还安装有发电机，所以可以一边行驶，一边给 HV蓄电池充电。 基本结构由电动机 、发动机、 HV蓄电池、发电机、动力分离装置、电子控制单元 (变压器、转换器 )组成。 利用动力分离装置将发动机的动力分成两份，一部分用来直接驱动车轮，另一部分用来发电，给电动机供应电力和 HV蓄电池充电。 电动机擅长从低速带开始发挥威力，而发动机则在高速带大显身手。 本系统通过理想地控制二者，可在所有条件下提供高效率的行驶。 混合动力电动汽车的动力系统主要由控制系统、驱动系统、辅助动力系统和电池组等部分构成。 Fuel Engine Battery Power Converter Motor Transmission 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 8 of 47 图 13 混 联式混合动力 电动 汽车 驱动系统结构示意图 注：各符号代表的意思 Fuel:油箱， Engine：内燃机， Generator：发电机， Battery：蓄电池， Power Converter：功率转换器， Motor：驱动电机， Transmission：传动装置（离合器，变速箱等） 4)复合式混合电动汽车 复合式混合动力电动汽车的结构更复杂。 其结构与混联式混合动力电动汽车相似，二者主要区别在于复合式中与发动机连接的电机允许功率流双向流动，而混联式中与发动机连接的发电机只允许功率流单向流动。 一般采取双轴驱动的形式，前轴 采用发动机和电动机复合驱动，后轴采用电驱动。 两个电机都即可以驱动汽车行驶，也可以在刹车时再生制动，向电池组充电。 复合式混合动力电动汽车虽然结构复杂、成本高，但驱动系统的质量轻，因此增加了车辆装配的灵活性，而且，同时回收四个车轮的制动动能可以大大提高车辆的燃油利用率和燃油经济性。 图 14 混 联式混合动力 电动 汽车 驱动系统结构示意图 注：各符号代表的意思 Fuel:油箱， Engine：内燃机， Generator：发电机， Battery：蓄电池， Power Converter：功率转换器， Motor：驱动电机， FT:前轮传动装置， RT: 后轮传动装置。 Fuel Engine Generator Battery Power Converter Motor Transmission Fuel Engine Motor Battery Power Converter Motor Power Converter FT RT 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 9 of 47 ：本课题研究的主要内容 本课题以一款混联式混合动力电动汽车进行匹配研究，开发一款适合市区混合电动的出租车。 其主要针对以下问题进行研究讨论： 1）混合电动汽车主要参数的确定，进而根据实际应用适当合适的修改相关数据，以达到相关要求。 2） 基于 环境下 advisor 软件对整车主要部件建模。 包括发动机，蓄电池，电机和变速箱等。 3） 混合电动汽车主要部件的特性分析。 利用 ADVISOR 软件模拟仿真，综合各方面考 车辆的行驶性能，燃油经济性和电池荷电状态等。 在此基础上利用 ADVISOR 软件对混联式混合动力电动汽车进行整车性能仿真模拟研究，校验核对各设计数据是否符合实际工况需求，在取得的成果的基础上撰写毕业论文。 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 10 of 47 第 2 章：混合动力电动汽车整车参数匹配 ：混合动力电动汽车整车方案选型 本课题是以某款车型为基础进行研究，通过修改和设计部分部件实现混合电动出租车而出租车由于用途比较特殊，所以选择一款合适且相近的车型尤为重要。 早 在 20 世纪四五十年代，出租车并不是谁都可以随便乘坐的。 当年，出租车专门负责接待来 穗 的外国元首、政府首脑与高级官员、参加交易会的外商、海外华侨、港澳同胞等等，被誉为广州市的 “ 国宾车队 ” ，需要外汇券才能乘坐。 上世纪六七十年代，出租汽车的经营方式发展为定点候客，乘客到站找车，司机接单载客。 而司机完成一趟接待任务后，必须空车赶回服务点等候下一次的出车指示，不得中途载客。 上世纪 70年代 中后期，随着人民生活水平的逐步改善，市民对出租车的需求也日益增长。 1978年春天，毗邻港澳的广州逐步打开对外开放的窗口，一些新的经营观念和服务方式开始冲击南粤大地。 广州市汽车公司从香港市民 “ 打的 ” 中得到启发，毅然决定结束历年来“ 路上空驶的士不载人 ” 的怪现象，在 1978 年 4 月春交会期间用中英文印制的近万张《告来宾信》送到了国内外乘客的手中： “ 在没有汽车服务点的地方需要用车时，如遇空车可招手示意叫车。 ” 这是国内出租汽车行业的第一次改革，打破了历年来传统的封闭型服务方式和经营老格局，随后 “ 扬手即停 ” 服务迅速在全国 铺开。 现在，出租车作为人们出行必不可少的交通工具，在人们的生活中扮演着举足轻重的地位。 众所周知，出租车大部分时间都是在市区里面行驶，又由于市区的路况比较复杂，走走停停是常见的事情，又要响应国家号召，节能减排。 综合各方面的原因考虑，要求出租车发展的趋势不仅要满足人们日常的交通需求，更要符合国家的标准，甚至要做到表率作用。 查询资料并结合导师所给的意见，最终选择比亚迪 F3DM 这款车型。 作为全球新能源汽车领导者，比亚迪在电动车领域动作频频。 继奔驰携手比亚迪之后，比亚迪官方宣布，全新科技的比亚迪 F3DM 低碳版双模 电动车于 2020 年 3月 29日上市。 比亚迪 F3DM为 F3 所属系列下的最新车系。 选择比亚迪 F3DM 不仅因为其动力充裕，另外一个主要原因就是经济环保。 在燃油经济性方面， F3DM 双模电动车纯电动状态下百公里耗电仅为 14 度，电费按 /kwh计算，其行使 100 公里的花费约为 元人民币。 DM 双模动力系统采用的比亚迪最新发动机，使得系统中的发动机在任意工况下的最低燃油消耗率不足 250g/kwh。 而且相关调查显示，超过 90%的人每天用车不超过 100 公里，这意味使用比亚迪 DM 双模电动车，绝大部分人将远离油价高企的困 扰。 因为用电的成本仅为使用燃油的 1/5，对消费者来说，这无疑是一种绝对经济的选择。 在混合动力模式下，其排放优于欧 Ⅳ。 F3DM 双模电动车的上市及普及，一方面能够有效减轻人类对石油资源的依赖，另一方面，将在很大程度上缓解全球气候恶化的情况。 从另外一个方面来说，价格也是一个优势。 混合电动汽车总给人一种很贵的感觉。 其实不然。 F3DM 现已售两款车型，分别是 万与 万，但是一旦国家补贴与城市补贴政策落实以后，将会在 10万以下了。 如深圳，国家补贴 5万，深圳市政府补贴 3万，那么这个车就卖 万 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 11 of 47 ：整车动力系统匹配设计 比亚迪 F3DM 输出功率为 125KW，并达到排量为 发动机 的动力输出水平。 在起步阶段，比亚迪 DM 双模 电动车 的瞬间加速性能，远超过 级别的发动机所能达到的水平。 据介绍，搭载铁电池的比亚迪 DM 双模电动车纯电动续 航里程达 100 公里。 而该公司研发的铁电池在极端高低温和碰撞实验中也 “ 岿然不动 ” ，体现出较高的安全指数。 除容量高、安全性好外，该款车的铁电池还大大降低了材料成本，进一步加快其商业化步伐。 ：发动机 比亚迪 F3DM采用的发动机型号为 BYD371QA,全铝发动机的排量为 ,输出功率为50KW，最大转速为 7500rpm，最大扭矩为 90Nm。 详细参数见下表： 发动机型号 BYD371QA 排量 998mL 燃料类型 油电混合动力 供油方式 多点电喷 燃油箱容积 50L 最大功率 — 功率值 50kW 最大功率 — 转速 7500r/min(rpm) 最大扭矩 — 扭矩值 90Nm 最大扭矩 — 转速 4000— 4500r/min(rpm) 气缸排列型式 L型 发动机位置 前置 进气型式 自然吸气 汽缸数 4 每缸气门数 4 压缩比 :1 缸体材料 铝合金 环保标准 国 4 最大马力 68Ps 表 21 发动机主要参数 ：电动机 比亚迪 F3DM 配备两台电动机，电动机一为主电动机，输出功率为 50KW；电动机二为副电动机，输出功率为 25KW，必要的时候可以变成发电机，以满足供电需求。 在纯电动（ EV）工作情况下，两电动机都运作，动力总成为两者之和 75kw。 转矩为140Nm，转速为 4000 至 4500rpm。 在一般情况下，电量充足是，只有电动机运行，发动机不工作，动力和 75kw；当电量消耗到一定程度时，汽油发动机就会介入工作，副电动刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 12 of 47 机就会变成发电机对电池等 充电，此时动力为 100kw。 当汽车需要快速提速时，两台电动机和汽油发动机都协同工作，动力总成为 125kw。 在刹车或者其他需要的工况时，副电动机也可以对电池进行充电。 电动机部分参数间下表： 电动机类型 无刷直流电动机 电动机 M1 50kw 电动机 M2 25kw 电动机总功率 75kw 转速 40004500rpm 转矩 140Nm 表 22 电动机主要参数 注：为了后续的简化模型，以便其他工作的顺利进行，电动机总功率暂时定为两电动机功率之和。 默认把两个电机模型简化成一个电机模 型。 ：电池 该车型采用的是比亚迪自主研发的 ETPOWER 磷酸锂铁电池，功率达到 75kw。 提供两种充电方式，快充 80%左右电量只需要 15 到 20 分钟；普通充电也仅仅只需要 1 到 2个小时。 充满电后最长续航能力在 100km，最高时速可达到 150km/h。 此外，铁电池的原材料广泛，无污染，可回收利用，其耐热性和抗压性等都已经通过了国家的相关测试，而且电池循环充电可达到 4000 此，甚至更多。 其电池的详细参数见下表： 电池类型 ETPOWER 磷酸锂铁电池 额定电压 330V 电池容 量 60Ah 电池质量 200kg 电池数量 100（块） 循环充电次数 4000 次左右 表 23 电池主要参数 ：车身设计匹配 根据官网提供的数据可以清楚的得到比亚迪 F3DM 车型车身的相关数据，该车配备CVT 无级变速，前轮驱动，含司机在内 5 座，三厢 4 门车型。 官方给出的综合油耗为，市区油耗 ，百公里等速综合油耗。 具体车身相关信息见下表： 长 4533mm 宽 1705mm 高 1520mm 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 13 of 47 轴距 2600mm 前轮距 1480mm 后轮距 1460mm 最小离地间隙 170mm 整备质量 1560kg 满载质量 1935kg 最高车速 150km/h 最大爬坡度 30% 加速时间 (0— 100 km/h) 最小转 弯半径 5m 驱动方式 前轮驱动 乘员人数（含司机） 5 车门数 4 车身型式 三厢 变速箱类型 CVT 无级变速 制动类型 盘式 前悬挂类型 麦弗逊式独立悬架 前轮胎规格 195/60 R15 综合工况油耗 市区工况油耗 市郊工况油耗 百公里等速油耗 (综合 ) 表 24 车身主要参数 刘文 庆：混联式电动汽车整车匹配与无刷直流电机驱动该系统设计 Page 14 of 47 第 3 章：混合动力电动汽车无刷直流电机驱动系统设计 电机（英文： Electric machinery，俗称 “ 马达 ” ）是指。