【摘 要】本文對大眾桑塔納轎車為例，提出了汽車電動化改裝的整車布置方案，并進行了路面試驗。試驗表明改裝汽車的各項性能指標均滿足設(shè)計要求。這說明電動機、電池的選擇和改裝車整體結(jié)構(gòu)布置合理，改裝方案是具有一定的可行性。

【關(guān)鍵詞】微型汽車；動力系統(tǒng)；改裝

0 引言

微型純電動汽車具有無污染、低噪聲、小體積、低速度和易駕駛等優(yōu)點，是解決能源危機和環(huán)境污染的重要途徑，已成為當(dāng)今研究的熱點[1]。它能夠穿梭于城市的各種道路，最高時速一般為 50km/h，因此微型純電動汽車作為代步或教學(xué)工具是相當(dāng)合適的，不僅適合上班族的快速交通需要，也能為普通人短距離慢速交通提供方便。它的總體開發(fā)主要有兩種方式，即改裝和全新設(shè)計，但由于技術(shù)上的制約，我國對微型電動汽車的研究絕大多數(shù)建立在改裝車的基礎(chǔ)上，并且對電動汽車改裝方面的研究還不夠深入，有些文獻只是從理論上分析，沒有路面試驗，因此，本文在介紹電動汽車改裝理論的基礎(chǔ)上，進行了將大眾桑塔納轎車改裝為純電動轎車的工作，并對改裝車進行了路面性能試驗。

1 微型電動汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

微型純電動汽車已成為國外市場、商業(yè)化的輕型純電動汽車新品種。在日本，微型電動汽車享有不用年檢、不用車位證，還有停車優(yōu)惠的政策，并且日本有一些企業(yè)和社區(qū)內(nèi)還設(shè)置了微型純電動車的停放站，一般會停放著二三十輛微型純電動汽車，使用者打卡就能夠開走車，用完汽車后放回停放站車子就可以充電，因此擁有不錯的市場。在美國，微型純電動汽車電機額定功率一般為3-7.5kw，最高速度為60km/h，續(xù)駛里程為50-80km，只能用作城市內(nèi)街道和社區(qū)交通、高爾夫球場和特殊場合，不能上高速公路[2]；在歐洲，純電動汽車經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已經(jīng)在歐洲各國尤其是在政府部門當(dāng)中擁有大量的用戶。但商業(yè)化進程緩慢，原因是沒有成功地解決續(xù)駛里程問題，而且各大汽車廠商發(fā)展電動汽車的熱情明顯不如日本和美國，其注意力更多地轉(zhuǎn)向了其它新能源車的開發(fā)和發(fā)展。

我國電動汽車的研發(fā)也有一定的歷史，基本與國外處于同一起跑線。“十五”期間，國家設(shè)立“電動汽車重大科技專項”，目的就是通過組織企業(yè)、高等院校和科研院所等方面力量進行聯(lián)合攻關(guān)從而維護我國能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車工業(yè)競爭力。中國加人WTO后，國內(nèi)企業(yè)將面對開放市場和經(jīng)濟全球化的壓力和沖擊，中國汽車工業(yè)更是面臨嚴峻挑戰(zhàn)，要在電動汽車產(chǎn)品上與國外開展競爭，就必須通過技術(shù)創(chuàng)新和組織管理創(chuàng)新，以高新技術(shù)帶動傳統(tǒng)汽車工業(yè)，在新一代汽車技術(shù)上取得突破， 實現(xiàn)我國工業(yè)的跨越式發(fā)展[6，7，8]。目前，我國的部分高校、汽車研究所以及生產(chǎn)企業(yè)正在聯(lián)合開發(fā)充電電池和純電動汽車，已取得了一些成果。根據(jù)國情，我國企業(yè)還開發(fā)了各種形式的微型純電動汽車，如“Micro 哈里”，它是由清華大學(xué)與清能華通共同研發(fā)，采用了自主研發(fā)的新型四輪智能驅(qū)動技術(shù)和高性能鋰離子動力蓄電池，百公里能耗低，續(xù)駛里程大于120km，最高車速 65km/h。2010年7月，清華大學(xué)、常州市政府及潤物控股有限公司簽訂協(xié)議，在常州共建微型純電動汽車試運行示范基地，以推動微型純電動汽車的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2 改裝電動車的總體方案

設(shè)計中將原有大眾桑塔納汽車的發(fā)動機系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電器及控制系統(tǒng)、儀表板及相關(guān)附屬件拆除，保留變速箱、行走、轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)。為減輕車重，將車殼去掉，改敞蓬。電動汽車總體布置如圖1所示。

圖1 電動汽車總體布置圖

圖1 為微型純電動汽車的總體布置圖，從圖中可以看出，微型純電動汽車的動力系統(tǒng)主要由電氣系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)兩部分組成，其中電氣系統(tǒng)主要由蓄電池組、電動機及其控制器組成；機械傳動系統(tǒng)主要是由變速傳動裝置以及驅(qū)動車輪構(gòu)成。動力系統(tǒng)的控制器可以根據(jù)制動踏板和加速踏板輸入的信號，發(fā)出相應(yīng)的控制指令來控制功率轉(zhuǎn)換器。功率轉(zhuǎn)換器的功能是調(diào)節(jié)電動機和電源之間的功率流，控制功率電路的功率輸出，實時控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，然后電機輸出的動力再通過變速器傳動裝置，驅(qū)動車輪按駕駛員要求行駛[3]，因此選電動機及控制系統(tǒng)是設(shè)計的關(guān)鍵。

3 微型電動汽車動力系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 電動汽車電動機的選擇

本次設(shè)計選用了三種類型的電動機，即有刷直流電動機、開關(guān)磁阻電動機和永磁無刷直流電動機。

（1）有刷直流電動機。其優(yōu)點是控制簡單、技術(shù)成熟，但其過載能力與轉(zhuǎn)速提升能力不足。如長時間運行，要經(jīng)常維護，更換電刷和換向器，而且轉(zhuǎn)子散熱條件差，限制了電機轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進一步提高。由于上述缺陷，在新研制的電動汽車上已不采用。

（2）開關(guān)磁阻電動機。其結(jié)構(gòu)上省去了轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)、繞組和永磁體等，是一種新型電動機。具有維修容易，可靠性好，易冷卻，調(diào)速范圍寬，控制靈活等特點，而且效率比交流感應(yīng)電動機高，但由于其具有較高的非線性特性，驅(qū)動系統(tǒng)復(fù)雜，輸出轉(zhuǎn)矩波動大，功率變換器的直流電流波動也大，因此需要在直流母線上需裝一很大的濾波電容，不符合本文汽車改裝方案的設(shè)計要求。

（3）永磁無刷直流電動機。由于利用了電子換相器取代了傳統(tǒng)的機械電刷和機械換相器，因此結(jié)構(gòu)簡單、無機械磨損、運行可靠。同時還具有調(diào)速精度高、高效率、高啟動轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點[4]，是一種高性能的電動機，而且永磁無刷直流電動機無換向火花和無線電干擾，壽命長，運行可靠，維修簡便，具有更高的能量密度和效率，在電動汽車中有很好的應(yīng)用前景。

經(jīng)過上述三種電動機優(yōu)缺點的比較以及性能的分析，采用永磁無刷直流電動機作為本次電動汽車改裝的動力機較合適。

3.2 電動汽車用電動機的參數(shù)選擇

（1）電動機的額定功率

由于改裝用于研究或代步工具使用，設(shè)計時速為最高40公里/小時，電機的額定功率，公式為：

根據(jù)上述設(shè)計計算的電動機的額定功率和額定轉(zhuǎn)速，選擇額定電壓96伏，額定功率5kW，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min的永磁直流無刷電動機較為合適。

3.3 對電池的選擇

本次設(shè)計選用鉛酸電池，其可靠性高、原料易得、價格便宜，是電動汽車儲能動力源中較為成熟的一種，而且它的比功率基本上能滿足電動汽車加速和爬坡要求。電池容量的選擇主要考慮最大輸出功率和輸出能量，其中電池單節(jié)容量為150A·h，電壓為12V，尺寸為300×170 ×210mm，電池數(shù)目為8節(jié)，以保證電動汽車的動力性和續(xù)駛里程。

4 結(jié)論與展望

我們對改裝后的微型純電動汽車進行了路面行駛試驗，其最大行駛里程45km，最大爬坡度15%，最大速度大于25km/h，可作日常代步或教學(xué)工具。本次改裝試驗說明利用普通汽油車改微型純電動汽車方案可行，稍加改進就可應(yīng)用于人們的日常需求，實現(xiàn)日常代步，同時也減少了廢氣污染，減輕了能源危機。

但本文的方案設(shè)計還有許多需要改進的地方，如動力系統(tǒng)系統(tǒng)，它是微型純電動汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)，關(guān)乎微型純電動汽車整車的動力性能，詳細敘述如下：

（1）本文只對動力系統(tǒng)的主要部件電動機、蓄電池和改裝車整體結(jié)構(gòu)選型進行了設(shè)計分析，沒有涉及到動力系統(tǒng)的具體部件及電路方面的設(shè)計分析，對動力系統(tǒng)的具體部件和電路加以設(shè)計分析是后續(xù)研究工作的重點。

（2）在微型電動汽車改裝過程中，由于受原車結(jié)構(gòu)及蓄電池性能的影響，電動汽車的整車動力性能仍存在缺陷，以后的工作中應(yīng)繼續(xù)對整車結(jié)構(gòu)和蓄電池的布置進行優(yōu)化，提高整車的動力性能。

（3）本文對微型純電動汽車動力系統(tǒng)只是進行了初步布置設(shè)計，對動力系統(tǒng)在整車上進行詳細的布置設(shè)計，并建模型分析動力系統(tǒng)布置對車架受力的影響，以及對整車舒適性的影響將是下一步應(yīng)該進行的工作。

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[責(zé)任編輯：周娜]