纯电动汽车动力系统参数匹配及性能分析(2)

引 言

本文涉及Cruise仿真软件建立纯电动汽车的传动系及全车主要参数，可以模拟电动汽车在不同的工况下运行的状态，分析所设计的传动系统的性能优劣，便于改进设计，优化传动系统和整车相关参数，相对传统的动力系统参数设计方法，具有系统建模更精确，分析结果更准确有效的优点，而且效率大大提高。

第一章 绪 论

1.1 电动汽车研发的意义

众所周知，当今社会已经成为了“轮子上的社会”，人类越来越依赖于各种各样的交通工具。其中，汽车无疑是应用最广泛，人类依赖程度最高的交通方式。

据估计，到2010年底，世界汽车保有量将达到10亿辆。据有关媒体报道，中国的机动车保有量在2007年就已经突破1.5亿辆，而在2009年，我们国家更是成为世界第一大汽车市场，产销量分别为1379.1万辆和1364.5万辆。

面对如此巨大的汽车保有量，我们不得不面临随之而来的资源和环境压力。众所周知，汽车普遍依赖石油资源，而石油资源是不可再生的，一旦石油资源枯竭，世界的车轮将停转。不仅如此，汽车尾气和汽车噪声带来的巨大污染也越来越受到人们的重视。在一些大城市，交通高峰时期的城市环境已经令人无法忍受。据报道，墨西哥城由于三面环山且位于海平面以上7400英尺（合2220米），这所城市的煤烟和来自城区400万辆汽车的尾气全部被高空的云彩捕获，导致每年有300天出现过高的臭氧含量水平。

不仅如此，由于资源和环境压力所产生的燃料价格的上涨也是关乎我们生活的重要方面。从1998年到2008年，我国的汽油价格经历了40次调整，价格也从2.32元/升上涨到了6.20元/升，上涨幅度达到了267%。具体价格一览，详见下表所列。而从2008年到2010年4月，发改委又多次调整油价，最新一次调整后国内汽柴油最高零售价均价分别为8220元/吨和7480元/吨。

面对如此严峻的形势，我们不得不寻找一个可以解决的方案。毫无疑问，寻找一种可再生的并且清洁的能源是我们解决这一矛盾的切实方法。

就目前的情况来说，新能源汽车的研究主要集中在混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。 而相对于其他新能源汽车，只有纯电动汽车能够做到零污染、零排放，低噪声，无疑是最为理想的新能源汽车。

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表 1 1998-2008年汽油价格一览。

调整次数 调整日期 调整后价格

调整次数 调整日期 调整后价格

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1998-6 1999-6 2000-2 2000-5 2000-6 2000-7 2000-8 2000-9 2000-9 2000-9 2000-9 2001-1 2001-2 2001-3 2001-4 2001-5 2001-6 2001-7 2001-8 2001-9

2.32 2.38 2.47 2.67 2.92 3.06 3.19 3.28 3.13 3.08 3.06 2.96 2.82 3.00 3.02 3.10 3.24 2.80 2.61 2.91

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

2001-9 2002-3 2002-4 2002-5 2003-1 2003-2 2003-5 2003-7 2004-1 2004-3 2004-8 2005-3 20055 2005-6 2005-7 2006-3 2006-5 2007-1 2008-2 2008-6

2.40 2.50 2.73 2.94 3.12 3.29 3.03 3.02 3.20 3.46 3.66 3.92 3.79 3.96 4.26 4.65 5.09 4.92 5.34 6.20

世界上很多国家把发展电动汽车作为其发展新能源战略的重要组成部分。西班牙首相萨帕特罗日前表示，欧盟计划启动一项全新的项目，来支持电动汽车的发展。冰岛政府则计划到 2012年将全国所有汽车都更换为电动汽车，成为世界上首个推行该政策的国家。波兰政府如今也在加速发展充电设备，还得到了欧盟的资金支持。葡萄牙政府则与雷诺及日产达成了协议，一起打造全国性的充电网络。此外，遍布欧洲的50家电力公司及能源企业于去年表示，将早于国际社会制定出汽车充电标准。

目前，日本的丰田和本田两家汽车公司已批量生产销售混合动力汽车。丰田的PRIUS

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混合动力轿车已于2000年开始出口北美、欧洲等20多个国家，该车综合节油率达40.5％。全球混合动力车的销量已达11.5万辆．丰田汽车公司已占有全球混合动力汽车市场90％的份额。丰田汽车公司还相继推出了ESTIMA混合动力汽车和搭载软混合动力系统的CROWN轿车。在普及混合动力系统的低燃耗、低排放和改善行驶性方面走在了世界前列，并在美国市场占了主导地位。本田汽车公司开发的混合动力汽车也投放市场，供不应求。13产汽车公司也已经于2006年向美国市场销售混合动力汽车。日本还设定了在2010年之前在国内普及5万辆燃料电池汽车的目标。

美国的三大汽车公司在电动汽车产业化方面和日本有一定差距，只是小批量生产和销售纯电动汽车。通用、福特和克莱斯勒汽车公司分别投入1.48亿、1.38亿和8480万美元进行为期5年的电动汽车研发，已推出3款混合动力汽车概念车。

法国是最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国政府、法国电力公司、标致—雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司。法国标致—雪铁龙汽车公司研发的电动货车和4座电动轿车已投人生产，雷诺汽车公司的电动轿车投放在罗切里市试验。1997年，法国电动汽车产量达到2000辆左右。2002年法国政府、电力公司与汽车公司签订协议，在20个城市推广电动汽车，使全国电动汽车保有辆达到10万台。

此外，英国生产和使用电动汽车已有50年之久，目前全国已拥有40万辆电动车。瑞士为防止环境污染，在旅游区只用电动汽车。瑞典的VOLVO公司，意大利的菲亚特公司等都不惜投入巨额资金，研发新一代电动汽车，力争早日实现产业化。丹麦、奥地利、捷克、匈牙利等也都在开展电动汽车的研发工作。

1.2 电动汽车的结构和特点

电动汽车一般由车身、底盘、动力系统等组成。其车身和底盘与传统汽车结构相类似，或者甚至是有所简化。故电动汽车的车身和底盘不是本文讨论的重点。而电动汽车的动力系统和传统汽车有着根本的不同。传统汽车由内燃机提供动力，动力从内燃机输出后，送达飞轮和离合器，再进一步传递到传动系，直至驱动车辆前进。而内燃机消耗化石燃料，燃料储存在油箱之中。

但是电动汽车使用电动机提供动力，动力输出到传动系后，其过程和传统车辆相一致，甚至还因为电动汽车的相关特性而有所简化。电动机的能量来自于动力电池。由此可见，电动汽车的构造相对来说比较简单。电动汽车中的关键技术便是对控制流程中的各个节点和整个系统进行精确有效的控制，目前这一方面，也是电动汽车科研力量的研究重心。

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车轮 制动踏板 控制器 电动机 传动系 车轮 加速踏板 能量管理系统 蓄电池 辅助动力源 动力转向系统 方向盘 充电器 能源系统 冷气和暖气 辅助系统 交流电源 图1 电动汽车的控制流程图

发展纯电动汽车的优点是：它本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易，也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。纯电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高。而且电动汽车结构简单，便于维修，相对于传统汽车来说，有着更大的市场竞争力。因此研发电动汽车不仅有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，而且市场前景也很广阔。正是这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

但是纯电动汽车业面临很多困难。目前蓄电池单位重量储存的能量太少，还因纯电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些使用结果比汽车贵，有些结果仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

对于纯电动车而言，目前最大的障碍就是基础设施建设以及价格影响了产业化的进程，与混合动力相比，纯电动车更需要基础设施的配套，而这不是一家企业能解决的，需

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要各企业联合起来与当地政府部门一起建设，才会有大规模推广的机会。

不仅如此，人们在实践中发现，尽管纯电动汽车的一些基础技术，如电动机技术、电池技术有着上百年的发展历史，而简单原始的电动汽车也有百年左右的发展历程。但是当我们用现代汽车运用眼光审视他们的时候，并且希望把这些技术整合到现代的汽车上时，却表现一切不尽如人意。而传统的汽车设计理念和设计方法，在面对电机和电池技术的掣肘时，也往往一筹莫展。

1.3 研究的关键技术

确定传动系统的参数匹配首先要考虑：电动汽车经常行驶在市区车流密度较大的情况下，行驶速度为30～50km/h左右，故首先考虑去掉传动比小于1的两个挡位(四、五挡) ；另一方面，由于电动汽车经常行驶的路面质量较好，很少有起伏不平或较大坡度， 故去掉原变速器的爬坡挡(一挡)。那么接下来的工作就是从二、三挡中确定一个能够满足整车技术要求的挡位。但如果此两个挡位都不能满足要求,则需要重新设计该传动比。根据电动机转矩可以确定电动汽车的驱动力，然后利用电动机转速与汽车行驶速度之间的关系计算车速，即可得到合适的传动系统设计方案。

1.4 本研究的意义

电动汽车的产生式伴随着当今世界越来越严重的能源问题和环境问题的产生而产生的。一百多年来，以汽车为代表的交通工具加速着人类社会前进的步伐，当今社会的发展需要一种解决人类发展需要和自然环境制约的方法，而以电动汽车作为代表的新能源汽车无疑是最吸引人注意力的途径之一。

笔者通过分析，认为电动汽车的发展是汽车工业必然需求，而电动汽车的设计和研发在许多方面挑战着传统动力汽车的设计和研发方法。对于电动汽车的研发，伴随着计算机技术的飞速发展，计算机的应用必然要起到更加重要的作用。计算机仿真技术是计算机技术在汽车设计领域的重要应用。本章初步讨论了计算机仿真技术在电动汽车设计研发过程中的重要作用，以及它给设计研发带来的重要影响。

1.5 本研究的主要内容

本文结合微型纯电动车项目，主要进行如下工作：

1．论述纯电动汽车的发展背景和概况，明确本文研究的目的和意义；

2．分析纯电动汽车动力传动系统的基本构成和布置形式，并研究传动系统的类型、特

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