毕业设计(论文)-基于ADVISOR核心的电动汽车性能计算和匹配设计实现.docx

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1、基于ADVISOR核心的电动汽车性能计算和匹配计算设计实现卜柏营本文以电动汽车整车性能计算和匹配为主要研究对象，基于ADVISOR软件内核及系统结构和工作原理，对其工作过程中的一些重要模块进行深入细致地分析，以便于优化过程中对系统参数的调整优化，具体包括路况模块、整车模块、齿轮箱模块、主减速器模块、电机控制模块以及电池模块。在了解其工作原理和工作过程的基础上,建立了新的专门针对电动汽车仿真的EVlab平台软件。EVIab软件针对公司电动汽车整车匹配的要求，在基于ADVISoR的内核基础上，对其进行一定的改进和优化，并对一些儿新的功能进行提升。形成自己的特点。关键词：电动汽车汽车性能计算及匹配仿

2、真分析ADVISOREVlab1.概述本文以电动汽车整车性能计算和匹配为主要研究对象，基于ADVISOR软件内核及系统结构和工作原理，对其工作过程中的一些重要模块进行深入细致地分析，以便于优化过程中对系统参数的调整优化，具体包括路况模块、整车模块、齿轮箱模块、主减速器模块、电机控制模块以及电池模块。在了解其工作原理和工作过程的基础上,建立了新的专门针对电动汽车仿真的EVlab平台软件。EVlab软件针对公司电动汽车整车匹配的要求，在基于ADVISOR的内核基础上，对其进行一定的改进和优化，并对一些儿新的功能进行提升。形成自己的特点。2 .纯电动汽车动力系统分析动力传动系统是电动汽车最主要的系统

3、，电动汽车行驶时的行性能主要是由其动力传动系统性能所决定的。纯电动汽车的动力传动系统主要包括电池、电机以及传动比部分。3 .1纯电动汽车的电池工作特性电池为电动汽车的行驶提供能量来源，同时电池的优劣直接影响到电动汽车的续驶里程、行驶效率等。电池的功率密度决定了电动汽车的最高车速和加速能力的高低，而其能量密度则决定了一次充电所能达到的续驶里程。所以说，电池也是决定电动汽车性能的一个关键因素。目前常用的有4种电池模型：第一种模型是最近发展起来的一种模型，被称为RC模型，它包含了电池的动态影响。第二种模型被称为Rint模型，它描述了电池电源电压和内阻的特性。第三种模型是基础的铅酸电池模型。第四种模型

4、为铅酸电池的神经网络模型。在此主要介绍Rint型电池的电池特性，包括电池充放电特性、电池的容量特性、电池端电压特性以及电池的内阻特性。1 .电池充放电特性电池的充放电特性是指在充放电时电池端电压随时间的变化特性。电池充电时端电压随时间变化的曲线被称为电池充电特性曲线；电池放电时端电压随时间变化的曲线被称为电池放电特性曲线。它们之间存在一定的函数关系，即Ucf=f(t)(2-1)式中Ucf一电池充放电电压；t电池充放电时间。因为电池的充放电电压与电池的端电压U有关，而电池的端电压与电池SOC(电池有效荷电量)及周围环境温度T有关，所以电池的充放电特性也与电池工作时的SOC值和工作时的环境温度T有

5、关。2 .电池容量特性电池性能的重要性能指标之一是电池容量，它表示在一定条件下(放电率、温度、终止电压等)电池放出的电量(可用JSJ50D做放电测试)，即电池的容量，通常以安培.小时为单位。电池容量特性是指电池的容量与充放电电流以及电池工作环境的温度之间的函数关系，即C=f(T,ia,t)(2-2)为了便于理解，故定义了电池的荷电状态一SOC。SOC是stateofcharge的缩写，指荷电状态。是当电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。SOC=I即表示为电池充满状态。电池的SOC值也与电池的充放电电流和电池工作的环境温度有关，即，SOC=f(

6、T,ia,t)(2-3)式中C一电池容量(Ah)；T电池工作温度()；ia电池充电或放点电流（八）。3,电池端电压特性电池的端电压是指电池充电或放电结束静置一段时间后量取电池正负极获得的电压。电池在开路状态下的端电压被称为开路电压。开路电压是关于电池点亮状态SOC和电池工作温度的函数，即U=f(T,SOC)(2-4)式中U电池开路电压(V)；T电池工作温度()；SoC电池电量状态。4.电池内阻特性电池内阻特性又称为电池效率特性，是指电池的效率与电池的SOC值和电池工作温度的函数关系，通常用能量效率和容量效率表示。能量效率是指电池放电时输出的能量和充电时输入的能量之比。容量效率是指电池放电时输出

7、的容量和充电时输入的容量之比。因此，电池的内阻特性是电池等效内阻和电池的SOC值与电池工作温度之间的函数关系，即R=f(T,SOC)(2-5)2.2纯电动汽车的电机工作特性作为电动汽车中的驱动部分，电机系统的类型和驱动性能直接决定了电动汽车的动力性能。它通过驱动控制器将电池的能量转变为汽车运行所需要的机械能，同时保证使汽车处要求的运行的最佳状态。电动汽车的性能直接受电机性能的影响。纯电动汽车的工作特性主要包括，功率外特性、转矩外特性和效率特性。功率外特性为电机功率随电机转速变化的情况，转矩外特性即电机转矩随电机转速变化的情况。如图2-1为电动机在调速状态下的转矩外特性图和功率外特性图，从图中我

8、们可以看出，交流异步电机在一定速度下恒扭矩输出，当超过这一速度后变为恒功率输出。P图27电动机调速状态下的转矩外特性图和功率外特性图在电动汽车的行驶过程中，由于在起步、等速、加速、爬坡、下坡、制动等不同行驶状态下，电机的输出状态是不同的，为了保证电动汽车以最理想的状态行驶，这便对电机在对应工作状态下的性能提出了要求。从图2-1中可以看出，电机的功率外特性分为额定功率外特性和峰值功率外特性，电机的转矩外特性分为额定转矩外特性和峰值转矩外特性。在汽车的起步、加速以及爬坡的时候，电机大部分时间工作在恒扭矩区域。这时候，为了能够将汽车的加速性和爬坡性提高，同时能够使电机在峰值扭矩区域内短时间工作。不过

9、，为了保证汽车动力系统的安全，电机在这段区域的工作时间不能够太长。而当汽车在平稳行驶过程，速度变化较小时，电机的转矩能够减小，但需保证能够克服行驶过程中的阻力，这时候电机大部分时间都工作在额定特性区域的恒功率区域部分。一般，电机过载能力用电机过载系数p表示，定义为：电机峰值转矩和额定转矩的比值。Tn=3（2-6）PTe式中、一载系数，通常取23；Tmaar一电机最大转矩（Nm）;T电机额定转矩（Nm）O从图2-1还可看出，电机能够两象限运行，即能够在转速方向不变的情况下，除了输出正转矩还能改输出制动的负转矩，而且正负转矩的两象限特性对称，这对于电动汽车制动时能量的回收有着重大的意义。(2-7)

10、电机的效率特性与发动机的万有特性相同，这一参数能够反映系统的工作效率，其定义为：电机输出的机械效率与电机输入的电功率的比值。clcPrin式中九一电机及控制器的效率；Poin一电机输出的机械效率（KW）;七一电机输入的电功率（KW）。图2-2电机效率特性图图2-2为本文所选用电机的特效特性图，从图中可看出，电机比传统的汽车发动机效率要高，其最大运行效率可高达90%,最低运行效率也为70%,并且其高效率区域主要分布在中等转矩和中等转速的较大范围内，而在一定速度下，其低转速和低转矩区域内，电机的效率则相对较低。通过上面的分析，我们可以看出，电机的工作特性为：1）在理想的工作状态下，其工作区域可分为

11、恒功率区和恒转速区。在一定速度下，表现的特性为恒转矩，而在超过这一速度时，则变为恒功率输出，这样能够满足电动汽车行驶时的要求。2）为了将电动汽车的性能提高，在汽车起步、加速和爬坡的过程中，电机工作在恒转矩区域的峰值特性区域内，不过在这一区域内电机的运行时间不能过长。而在汽车行驶比较平缓，速度变化较小时，电机工作在恒功率区域中额定功率区域部分。3）电机能够两象限运行的性质使其对于电动汽车行驶过程中能量的制动回收具有重大作用。4）交流异步电机的工作效率较高，其高效率区域主要集中在中等转速和中等转矩等范围较大的区域，这对于提高能量利用的效率意义很大。2.3电动汽车传动系统特性分析对动力传动系统优化是

12、提高纯电动汽车性能的主要手段之一，动力传动系统部件的参数设计和优化，如电机转矩和功率、传动系传动比的大小和各部件相互之间的配合都对电动汽车的动力性、经济性、续驶里程等有着重要影响。而纯电动汽车传动系统，主要指的是主减速器和变速器，因此本文主要针对的便是对它们的传动比进行的优化。传动系的总传动比是传动系中各部件传动比的乘积，即it=igi0ic（2-8）式中ig变速器的传动比；i0一主减速器的传动比；入一分动器或副变速器的传动比。普通汽车没有分动器或副变速器，若装有三轴变速器且以直接挡作为最高挡时，传动系的最小传动比就是主传动比i。；如变速器的最高挡位超速挡,则最小传动比应为变速器最高挡传动比与

13、主传动比的乘积。二轴变速器没有直接挡，最小传动比为最高挡传动比与i0的乘积。就动力性而言，挡位数多，增加了电机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就经济性而言，挡位数多，增加了电机在低消耗区工作的可能性，降低了能量消耗。所以增加挡位数能改善汽车的动力性和经济性。同时，挡位数多还影响到挡与挡之间的传动比比值，比值过大会造成换挡困难。一般认为比值不宜大于1.71.8。因此，如最大传动比与最小传动比比值越大，挡位数也应越多。实际上，对于挡位较少的变速器，各挡传动比之间的比值常常并不正好相等，即并不是正好按等比级数来分配传动比的。这主要是考虑各挡利用率差别很大的缘故。汽车主要是用

14、较高挡位行驶的，所以较高挡位相邻两挡间的传动比的间隔应小些，特别是最高挡与次高挡之间更应小些。3.电动汽车主要性能介绍电动汽车的主要性能包括最高速度、加速能力、爬坡能力和续驶里程,下面针对这四方面分别加以介绍。当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，成为坡度阻力。汽车加速行驶时，还需要克服加速阻力。因此，汽车行驶的总阻力为ZF=Ff+凡+耳+Fj（3-1）式中Ff一汽车滚动阻力（N）；Fw一汽车空气阻力（N）；R一汽车坡度阻力（N）；耳一汽车加速阻力（N）。下面分别对这几种阻力和汽车性能的关系进行介绍。3.1最高速度最高车速是指在水平良好的路面（混凝土或沥青）上汽车所能达到的最高

15、行驶车速。汽车在水平道路上等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。当汽车达到最高车速时，可以通过电动汽车的牵引力一行驶阻力曲线和功率平衡图来获得。1 .滚动阻力车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域与产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形。轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面（混凝土、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的。此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它作的功不能全部回收。在良好路面上行驶时，滚动阻力为式中R电动汽车牵引力G-电动汽车重力(N)；f一滚动阻力系数。轿车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数可用下面的公式(3-3)f=f0+f,(-)+f4(-)0,1004100式中，f。、f1f,分别为SR级、HR级和VR级子午线轮胎的滚动阻力系数。2 .空气阻力汽车支线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。空气阻力分为压力阻力与摩擦阻力两部分。作用在汽车外形表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力，成为压力阻力；摩擦阻力是由于空气的粘性在车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力。在无风条件下汽车在行驶过程中的空气阻力为(3-4)=CDAu；-21.15式中Cd一空气阻力系数；A一