6117纯电动客车动力装置参数的匹配开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:4179字

1. 研究目的与意义

选题目的:本论文主要针对6117纯电动汽车,通过相关设计计算完成纯电动汽车电机性能参数、传动系传动比及动力电池参数的匹配设计。

同时,通过本论文的写作,能巩固所学理论知识,在完成毕业论文的过程中能得到全面的训练;对产品开发设计流程能有进一步认识,能学习和掌握一些常用相关仿真软件(如Matlab)。

选题意义:纯电动客车研制过程中,动力装置参数的匹配是保证车辆整车性能的重要环节,决定车辆的动力性和经济性,必须综合考虑电池、电机特性以及整车性能要求。

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2. 国内外研究现状分析

国内研究现状:早在上世纪60年代,我国就开始了纯电动汽车相关的研究工作,并于上世纪90年代掀起了一股研究高潮,国内一些高校、科研单位和企业陆续开始研究纯电动汽车,并取得了一些成果。2006年,我国第一批纯电动轿车取得了产品准入公告,吸引了更多的企业和单位加入了纯电动汽车的研发或试运营阵营。目前,我国政府已经确定把纯电动汽车为汽车产业转型的主要方向,而普通混合动力汽车将作为节能车看待,不享受国家对新能源汽车的支持政策。政策就是导向,这导致汽车企业失去了研发普通混合动力汽车的动力而纷纷转向纯电动汽车。在2013年4月,安徽建筑工业学院学报上就发表了一篇《纯电动城市客车动力系统参数匹配及其仿真研究》,其中就提到了纯电动客车的整车基本参数要求与基础选型,其中介绍了电机主要参数的匹配方法。如何求最高车速约束条件下的电机需求功率,起步加速时间约束条件下的电机功率,当爬坡度为15% 时电机需求扭矩,最高车速下电机需求扭矩,最高车速下电机最大转速以及额定功率基速时确定电机额定转矩等一系列方法。在2018年第15期的《新能源汽车》中由长安大学汽车学院发表的一篇《纯电动城市客车动力系统匹配设计》的一篇期刊中也讲到了一些纯电动城市客车动力参数匹配技术的一些相关方法。本期刊主要以12m大型城市客车为例,通过对其电机,传动系统,电池选型及其参数计算,系统的设计了其动力系统,使其满足车辆动力性最有需求。山东理工大学谭德荣,基于Cruise软件建立了整车模型,设置各个模块的参数,建立模块之间的物理连接与信号连接,并通过添加相关的计算任务,使纯电动车运行于某一设定工况。根据城郊的交通状况,添加了四个计算任务,分别验证设计车辆的爬坡性能、最高车速、加速性能、续驶 里程。完成模型的搭建后运行模型进行任务计算,对仿真结果分析和参数优化。在设计阶段,通过使用Cruise对整车动力传动系统参数进行优化匹配,提高了整车的性能,缩短了设计周期,降低了设计成本,缩短了反馈链。而且,国内研究纯电动汽车主要是以改装的形式进行,围绕改装纯电动汽车整车动力性能和经济性方面做的研究比较多。当然,在目前电池技术没有得到有效突破的情况下,在相同电池条件下,怎样提升整车的动力性和增加续驶里程显得尤为重要。姜辉,余银辉,夏青松,周保华等在纯电动汽车动力传动系统的匹配设计和整车性能仿真方面做了大量草有成效的工作,为国内纯电动汽车的后续研究作出了重要贡献,极具参考价值。

国外研究现状:电动汽车的研究最早是从纯电动汽车研究开始的,到目前为止纯电动汽车技术的发展已经相对完善,但是还有一些技术瓶颈有待解决,比如蓄电池的寿命普遍偏短,行驶里程普遍不长等等。除了技术问题,制约纯电动汽车大范围推广应用的还有其他许多因素比如充电基础设施建设落后、资金缺乏和对传统汽车工业的依赖等。车辆动力性能始终是一个重大的问题,如何实现纯电动车的动力参数的匹配也是一个关键。目前世界各国的纯电动汽车的应用仍处于示范运行阶段。法国的本杰明在《Electric vehicle power systems: design approach based onmodeling and simulation》。基于建模与仿真的电动汽车动力系统设计中介绍了一种基于两种不同建模水平的动力系统的设计方法。一是依据功率和能源要求估计功率大小的宏观建模。然后建立一个带有帮助功能的半自动模式微观模型,并通过仿真模型来验证宏观模型。该方法基于一个专门的工业软件平台的开发。宏观模型,这种模式的主要目的是定义系统源头的能量和功率参数。如果使用超过一个能量源则给出能量管理规则的一般思路。目前所有的流程和算法是不完全确定的,所以本课题的V模型和MOF技术是不完善的。这个概念的基本环境已经建立并将完成进一步的发展。下一步是要尽量减少转换步骤中模板的影响。它最有意义的是提出了一种可能,为动力系统匹配适合电机。而Jigao Niu,应用Cruise和Simulink建立联合仿具平台。使用Matlab 的两个模块,(API):应用程序接口,(DLL): 动态链接库。对于API,在Simulink下建立的参数化模型被Cruise调用。对于DLL,Matlab 模型编译出口与实施工作域(Real-Time-Workshop)动态链接。通过联系Simulink和Cruise建立联合仿真实验平台。依据提到的准则和程序,参数匹配可以通过理论和工程分析初步模拟得以实现。实际应用证明该方法是有效的,可以保证设计规范的目标。从模拟的结果,可以推断出以下结论。由于考虑到附件的能量消耗,因此动力参数的设计更为合理。实际速度可以达到目标速度要求,动力传动系参数的设计可以满足整车动力性要求。在1999年推出Insight、2004年推出Accord Hybrid、2006年推出Civice Hybrid也都显示了本田公司在混合动力电动汽车上做的努力。燃料电动汽车方面也于2006年试行FCX,该车由交流同步电动机驱动,最高车速为160km/h,可以连续行使570km。与本田相比,丰田公司在电动汽车领域也取得了更大的成功,只是丰田主要把研究的重点放在了混合电动汽车,自上世纪80年代开始,丰田公司就研制了EV10-EV40 的一系列电动汽车。1995 年普锐斯研制成功并与1997年投放市场并取得很大成功。普锐斯2005属于重度混合动力电动汽车,它采用永磁同步电动机和四缸发动机共同驱动,使得该车的节能与续航能力更加突出,因此更具有实用性,截至2010年年底,全球销量已经超过140万辆,是当前最成功的混合动力电动汽车。日本的一个著名的汽车品牌-日产,也致力于发展电动汽车,日产公司设计的电动汽车主要是纯电动汽车和混合动力电动汽车,同时也将燃料电池电动汽车上升到一定战略地位。比较成熟的产品有Altra、Nissan Tino以及AtimaHybrid,日产在燃料电动汽车的主要作品是FCV2005,它集中了日产公司的核心技术,如理电池技术、高压电子技术和Tino Hybrid的控制技术等。 在欧洲,法国是目前世界上推广纯电动汽车最为成功的国家之一,其已经在电动汽车研发、应用、配套服务设施和政策支持方面,初步形成一套完整的体系。据最新统计数字显示,法国目前拥有超过1.5万辆纯电动汽车,全国建有200多座公共充电站,,欧盟内75%的纯电动汽车来自法国,而且法国最大的汽车制造商标致雪铁龙集团已经是世界最大的电动汽车生产商。雪铁龙C-Zero的动力系统为一台永磁同步电动机,当转速在3200~6200rpm时,最大功率为48kw,最大扭矩为182Nm, 0~100km/h加速时间为15s,最高车速约为130km/h。一次充电后可行驶160公里(日本10-15模式)。雪铁龙C-Zero采用锂电池供电,充电需要6个小时,而快速充电时,只需要半小时就可达到80%的电量。奔驰Smart电动车型配置输出功率为40马力的电机。电机放置在该车的车尾,采用后驱结构。其从0~60Kmh所需的加速时间为6.5s,最高时速可达100Kmh。Smart 电动车的电动机由锂离子电池提供电能,最大可储存14KW的电能,续航里程可115Kma锂离子电池被安放在车身的中部,凭借每百公里仅消耗12Kw.h电量,Smart 电动汽车成为城市交通中最节能、最环保的车型之一。根据不同的纯电动汽车,对于不同的动力参数装置,每个公司都设计出了一套属于他们自己动力匹配装置,使得保证车辆的动力性的同时又能保证其续航能力。对于纯电动客车的动力性在国外也得到了非常迅速的发展,其最高车速,加速时间,最大爬坡度等动力性能指标也有了很大的改善。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容:1.查找并学习文献,分析纯电动客车动力传动系统功能总成,了解相关传动路线;2.确定纯电动汽车的主要技术参数;3.根据整车动力性要求,对驱动电机、电池及传动系主要性能参数进行匹配设计;4.学习Matlab/advisor模块进行建模仿真,从而对纯电动客车动力传动系统的合理性进行验证。

研究计划:(1)2019.1.1-2019.1.20:查阅资料,初步了解研究内容; (2)2019.1.21-2019.3.1:整理文献资料,完成开题报告和文献综述;(3)2019.3.2-2019.3.17:仔细阅读文献,研究纯电动客车动力装置参数的匹配相关内容; (4)2019.3.18-2019.4.16:确定毕业设计所需的6117纯电动客车动力装置参数的匹配的相关方法与仿真软件; (5)2019.4.17-2019.5.2: 学习Matlab软件,了解数学模型建立方法和纯电动客车工况仿真方法;(6)2019.5.3-2019.5.17: 对整车系统进行设计,完成电动客车的整车匹配,并运用软件进行仿真,得出结果;(7)2019.5.18-2019.5.31: 整理建立的仿真模型,分析仿真结论,撰写论文;(8)2019.6.1-2019.6.5: 准备答辩。

4. 研究创新点

根据纯电动客车对动力性的要求,对其进行了动力系统匹配设计。

以6117纯电动客车为例,对其电机、传动系统、电池选型及参数计算。

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