两轴全轮驱动纯电动小车动力系统设计开题报告
2020-10-31 09:09:26
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1发展纯电动车的原因
汽车为人们的出行提供了方便，然而传统燃油车辆在使用过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生石油资源的依赖。近年来我国的汽车行业发展迅速，已成为第一大汽车消费国。汽车排放的污染已经成为城市大气污染的重要因素，我国的二氧化碳排放目前已居全球第一、减排二氧化碳的压力将越来越大。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。
1.2纯电动车动力系统研究设计目的
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计基本内容
完成两轴全轮驱动纯电动小车动力系统设计及其布置方案。主要针对电池、电机、控制器和车轮制动的设计、选型、布置。
2.2设计目标
本次设计需要通过计算、仿真、选型，设计出一款两轴全轮驱动电动小车的动力系统部分，该车设计总质量1吨，最高行驶车速80km/h，续航里程80km。
2.3拟采用方案
2.3.1电机
通常，电动汽车的驱动电机应该具有以下几个特点:
(1)为了满足电动汽车的起步和加速过程中对动力性能的要求，驱动电机的起动扭矩应该在较宽的转速范围内有较高的值；
(2)在电动汽车以高速档位巡航时，应该是其尽量在高功率范围内工作，且其范围应该尽可能的大；
(3)电动汽车的质量大小在很大程度上会影响到汽车的动力性能，所以对驱动电机的要求也是尽可能做到重量轻，体积小，这样有利于其动力性能的提升和传动系统的灵活布局；
(4)电动汽车的驱动电机还得要有良好的可控性能，动态性能以及低速高扭矩，高速恒功率的特性，使得电机在较宽的转速范围区间拥有良好的性能。
电动汽车用电动机基本性能比较
| 电机类型 | 直流电动机 | 交流异步电动机 | 永磁电动机 | 开关磁阻电机 |
| 功率密度 | 低 | 中 | 高 | 较高 |
| 过载能力（%） | 200 | 300-500 | 300 | 300-500 |
| 峰值效率（%） | 85-89 | 94-95 | 95-97 | 90 |
| 负荷效率（%） | 80-87 | 90-92 | 85-97 | 78-86 |
| 功率因素（%） | —— | 82-85 | 90-93 | 60-65 |
| 恒功率区（%） | —— | 1:5 | 1:2.25 | 1:3 |
| 最高转速范围(r/min) | 4000-6000 | 12000-20000 | 4000-10000 | ＞15000 |
| 可靠性 | 一般 | 好 | 优 | 好 |
| 结构坚固性 | 差 | 好 | 一般 | 优 |
| 电机外形尺寸 | 大 | 中 | 小 | 小 |
| 电动机重量 | 重 | 中 | 轻 | 轻 |
| 控制操作性能 | 最好 | 好 | 好 | 好 |
| 控制器成本 | 低 | 高 | 高 | 一般 |
由于本次设计车辆整车总质量1t，最高车速80km/h，续航里程80km，属于小型车，对比表中电动汽车驱动电机性能，永磁同步驱动电机具有功率密度高、过载能力比较强、负荷效率高、功率因素高、外形尺寸小、重量轻等特点，因此本次设计初步选用永磁同步驱动电机。
2.3.2电池
电动汽车动力电源的主要要求有比功率高（在大电流工况下可平稳放电，提高加速、爬坡性能）、比能量大（延长续航里程）、循环寿命长、安全可靠、对使用环境温度要求低、能量转换效率高、对环境污染小等。
各类车用电池的性能比较
| 电池类别 | 单体电压/V | 比能量（W·h/kg） | 比功率（W/kg） | 寿命（次） |
| 铅酸蓄电池 | 2.0 | 35-40 | 50 | 400-1000 |
| 锂离子电池 | 3.6 | 110 | 300 | ＞1000 |
| 镍氢蓄电池 | 1.2 | 55-70 | 160-500 | 600 |
| 钠硫蓄电池 | 约2.4 | 109 | 150 | 1000 |
| 钠氯化镍电池 | 约2.58 | 100 | 150 | 1000 |
由上表综合比较发现锂电池具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、安全性能好、自放电小、环保性能好、充电效率高、可实现快速充电、工作范围宽等特点，故本次设计初步选用锂电池。
2.3.3控制器
在国内外的一些车辆控制系统中，控制器通过开关来限制电机的电流，司机可以通过这种方法来调整车辆的状态，以适应某些工况。如果司机需要确保一次充电的续驶里程，微处理器中的续驶里程模块将被启动，从而电机控制器的电流将被控制在一个限值以下，如果限值为100安培，微控制器不允许任何流过电机的电流超过这个值。在这种模式下，加速性能将牺牲掉一部分。如果汽车处于爬坡阶段，加速性能模块将被启动，使动力电机工作在大力矩输出状态下，提高爬坡能力。控制器的这种工作模式对于提高动力型和续驶里程起到重要作用。控制系统包括动力驱动控制、能量管理、控制检测、制动控制和故障诊断功能传感器和开关系统等将输入信号输入动力总集成控制器，动力总集成控制器经信号处理后输出驱动信号和控制单元输出信号。
2.3.4车轮制动
汽车制动系应满足如下要求：
（1）应能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除适应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象所在国家和地区的法规和用户要求；
（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能；
（3）工作可靠；
（4）制动效能的热稳定性好。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施；
（5）制动时不应产生振动和噪声；
（6）能全天候使用。气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时气制动管路不应出现结冰现象；
（7）制动系的机件应使用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。
3. 研究计划与安排
| 序号 | 时间 | 工作安排 |
| 1 | 7 学期第20周 | 确定毕业设计题目、毕业设计任务书(相关参数)、校内资料收集 |
| 2 | 8 学期第1周 | 方案构思、文献检索、完成开题报告 |
| 3 | 8学期第2-3周 | 外文翻译、资料再收集 |
| 4 | 8学期第4-6周 | 设计计算、草图绘制 |
| 5 | 8学期第7-9周 | 图样绘制、编写设计计算说明书（论文）、预答辩 |
| 6 | 8学期第10-12周 | 图样及设计计算说明书整理、资料袋整理，答辩资格审查 |
| 7 | 8学期第13周 | 学生提出答辩申请，并作答辩准备；教师审阅图纸、说明书 |
| 8 | 8学期第14-15周 | 参加答辩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]夏青松.电动汽车动力系统设计及仿真研究[d].武汉:武汉理工大学.2007,32(1):108-111.
[2]郭孔辉，姜辉，张建伟.电动汽车传动系统的匹配及优化[j].科学技术工程.2010,16:3892-3896.
[3]麻友良，严运兵.电动汽车概论[m].北京:机械工业出版社，2012. 1.
