微型电动轿车动力传动匹配与结构性能优化的关键技术研究

论文摘要

随着环保与能源问题的日益突出,电动汽车以其零排放、低噪声等优点而备受关注,世界各国都把电动汽车作为汽车工业的发展方向。近年来,虽然许多国家在电动汽车产业中已投入了大量的资金与人力,但是到目前为止,电动汽车的动力核心——电池、电机及其控制的关键技术还没有取得有效地突破,从而导致了续驶里程不足,大大制约了电动汽车的发展与普及。因此,如何进行电动轿车的动力传动系统参数匹配与优化,如何进行车身轻量化,在相同的动力电池及电机技术条件下,更好地满足整车动力性能与最大的续驶里程要求,是电动轿车开发过程中亟待解决的关键问题。本文以扬州某电动汽车生产厂商的TM-12型微型电动汽车为研究对象,围绕该车的动力传动系统匹配和结构性能优化展开研究。主要包括：1、对电动汽车的基本结构及其关键技术进行了详细的探讨,介绍了电动汽车六种传动系的设计,并对比了各种方案的优劣,确定TM-12的传动系设计方案。以设计性能要求与整车参数为基础,结合多种运行工况,对动力与传动系统的核心部件进行了科学的计算,合理的选型,并确定其布置方案。在此基础上提出了一套综合评价电动汽车动力性的指标体系。2、对电动汽车专业仿真软件ADVISOR的功能、特点及程序结构及应用方法进行了研究,详细分析了仿真程序中各个模块的功能与参数设置方法,针对微型电动轿车开发项目,合理地运用ADVISOR的内置模块,结合驱动电机与动力电池的数学模型,建立驱动电机及其控制系统、动力电池组、传动系统等的整车仿真模型,完成了参数及性能的设置、选择与调整,在相应的运行工况下进行仿真,验证TM-12动力传动参数计算与部件选型的合理性。3、在保证电动汽车安全性的前提下,对电动汽车的车架进行有限元分析与优化,以达到轻量化的目的。结合电动汽车在实际过程中的弯曲与弯扭组合工况,分析了各工况下车身骨架的应力和变形状况。并根据汽车的动态性能要求,对车身骨架进行了模态分析,掌握了该车的动态性能。在保证车架刚度、强度的前提下,提出了该车架的改进设计方案,以达到降低车身质量的目的,在提高整车安全性的同时,并使整车的动力性能得到提高,降低车身质量,增加电动汽车的动力性能以及续驶里程,这对于电动汽车的市场化推广具有现实的意义。4、结合驱动电机与动力电池的数学模型,运用ADVISOR软件对TM-12型电动汽车的动力系统、传动系统、车身系统进行仿真优化,验证之前动力参数计算匹配以及优化的合理性。通过上述关键技术的研究,为电动汽车的设计、动力性能预测及优化提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 电动汽车发展的必然性
• 1.2 电动汽车的发展现状
• 1.2.1 国外电动汽车的发展现状
• 1.2.2 国内电动汽车的发展现状
• 1.3 电动汽车开发的关键技术
• 1.4 课题的来源与意义
• 1.5 课题研究的内容
• 1.6 本章小结
• 2 电动汽车驱动系统和传动系的设计
• 2.1 电动汽车的驱动系统
• 2.1.1 驱动电机
• 2.1.2 动力电池
• 2.1.3 电池管理系统
• 2.1.4 能量管理系统
• 2.1.5 控制系统
• 2.2 传动系方案的确定
• 2.2.1 机械传动系统的设计方案
• 2.2.2 机电集成式传动系统的设计方案
• 2.2.3 电动桥传动系设计方案
• 2.2.4 电动轮传动系设计方案
• 2.3 驱动方式的确定
• 2.4 电池的布置
• 2.5 车架与底盘
• 2.6 电动汽车的总体布置
• 2.6.1 总体布置
• 2.6.2 其他电器系统
• 2.7 电动汽车的动力性能指标
• 2.8 本章小结
• 3 电动汽车的动力参数计算与匹配
• 3.1 整车参数与性能要求
• 3.1.1 整车的技术参数
• 3.1.2 动力性能参数
• 3.2 电动汽车的动力学分析
• 3.2.1 滚动阻力
• 3.2.2 空气阻力
• 3.2.3 爬坡阻力
• 3.2.4 加速阻力
• 3.2.5 车辆行驶中功率的平衡
• 3.3 驱动电机的匹配选型
• 3.3.1 驱动电机的峰值功率与额定功率的确定
• 3.3.2 驱动电机额定电压的匹配
• 3.3.3 额定转速的匹配选择
• 3.3.4 驱动电机额定转矩的匹配选择
• 3.4 传动比的确定
• 3.5 电池的参数选择匹配
• 3.5.1 确定动力电池组数量
• 3.5.2 电池的选型
• 3.6 匹配结果
• 3.7 本章小结
• 4 电动汽车驱动系统的仿真优化
• 4.1 电动汽车仿真的意义
• 4.2 电动汽车仿真软件ADVISOR的介绍
• 4.2.1 ADVISOR的特点
• 4.2.2 ADVISOR的仿真策略
• 4.3 整车模型的建立
• 4.3.1 循环工况（drive cycle）的模型
• 4.3.2 驾驶员模型的建立
• 4.3.3 车辆动力学模型
• 4.3.4 传动系统模型
• 4.3.5 驱动电机及控制器模型
• 4.3.6 电池模型
• 4.4 基于ADVISOR的电动汽车仿真模型的建立
• 4.4.1 驱动电机及控制器的仿真模型
• 4.4.2 动力电池仿真模型
• 4.4.3 主减速器的仿真模型
• 4.4.4 车轮/车轴的仿真模型
• 4.4.5 车身仿真模型
• 4.5 仿真模型系统优化的关键技术
• 4.6 ADVISOR参数仿真
• 4.6.1 ADVISOR整车仿真
• 4.6.2 仿真结果的输出
• 4.7 本章小结
• 5 车身骨架结构的有限元分析与优化
• 5.1 车身骨架有限元的意义
• 5.2 有限元分析的主要内容
• 5.3 车身骨架结构性能分析的基本理论与关键技术
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 电动汽车车身骨架结构性能分析中单元的选择
• 5.3.3 车架强度与刚度的计算方法
• 5.3.4 车架模态分析的基本理论
• 5.4 车身骨架有限元模型的建立
• 5.4.1 车架几何模型的建立
• 5.4.2 车架有限元模型的建立
• 5.5 车架的结构刚度分析
• 5.6 模态分析
• 5.7 车架的优化设计
• 5.8 优化的意义
• 5.9 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文