王俊倩

晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西省晉中市 030600

能源是不可再生的，環(huán)境污染是不可再恢復(fù)的，隨著能源的日益消耗和環(huán)境的污染，純電動(dòng)汽車因節(jié)約能源和污染小的特點(diǎn)被研發(fā)出來，并且發(fā)展前景廣闊。我國目前的純電動(dòng)汽車多數(shù)是基于改裝，在使用時(shí)主要問題是動(dòng)力電池成本高，行駛里程不理想。需要對(duì)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，以提高純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能，提高行駛里程。

1 純電動(dòng)汽車概述

1.1 純電動(dòng)汽車

純電動(dòng)汽車耗能低、污染小，雖已研發(fā)使用，但并未廣泛使用。目前純電動(dòng)汽車的研發(fā)與推廣瓶頸主要是驅(qū)動(dòng)效率提升、建造充電站、研發(fā)高性能蓄電池。

1.2 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是汽車的核心，決定了汽車的性能，主要包括：主控制器、鉛蓄電池、電機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)等。駕駛員在操作純電動(dòng)汽車時(shí)，主要是通過加速踏板，然后將駕駛員的操作想法傳輸?shù)街骺刂破魃希骺刂破魍ㄟ^PWM信號(hào)將其傳輸?shù)絀GBT上，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的操控。（如圖1）

在對(duì)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足幾個(gè)要求：一是保證汽車有較好的爬坡、起步和加速的能力，通過輕量化的設(shè)計(jì)提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)的負(fù)載能力，增強(qiáng)電機(jī)的使用壽命；二是提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)的電壓，通過縮小電機(jī)的體積，降低電機(jī)工作電流，以保證驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全性；三是降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能量耗損，以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作中制動(dòng)能力的二次回收，目的是增加汽車的繼續(xù)行駛能力；四是簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，目的是降低純電動(dòng)汽車的維修費(fèi)用。

2 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)流程

在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要先根據(jù)汽車的動(dòng)力性，在其最高速的行駛狀況下計(jì)算行駛動(dòng)力，然后對(duì)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，之后再利用CPUISE軟件進(jìn)行模型構(gòu)建，以檢驗(yàn)系統(tǒng)是否滿足純電動(dòng)汽車的爬坡、加速、行駛里程等各種性能要求。（如圖2）

2.2 參數(shù)設(shè)定

首先，電機(jī)參數(shù)設(shè)定。純電動(dòng)汽車在行駛時(shí)的功率由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)提供，電機(jī)功率的選擇決定了純電動(dòng)汽車的爬坡、速度等能力。那么滿足最高速度（P1）和爬坡能力(P2)的參數(shù)公式分別為

其次，減速器參數(shù)設(shè)定。純電動(dòng)汽車在行駛時(shí)一般通過電機(jī)與減速器的連接進(jìn)行控制，純電動(dòng)汽車沒有變速器，主要原因是電機(jī)的性能比發(fā)動(dòng)機(jī)要好，可以在控制下實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車的各種需求；另外在減少成本的基礎(chǔ)上能使駕駛員的操作更簡(jiǎn)便。那么減速器的參數(shù)設(shè)定為t，那么t小于

圖1 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本框架

圖2 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

圖3 加速踏板轉(zhuǎn)動(dòng)角度與輸出電壓的比例曲線圖

再次，動(dòng)力電池參數(shù)設(shè)定。純電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池是由汽車行駛性能和電機(jī)額定電壓決定的，那么在設(shè)計(jì)時(shí)要保障電池的電壓和電機(jī)的電壓一致，以使二者可進(jìn)行通用和互換。在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要按照功率和行駛能量需求進(jìn)行電力電池的參數(shù)設(shè)定，分別為

2.3 模型設(shè)計(jì)

首先，加速踏板模型設(shè)計(jì)。駕駛員在控制純電動(dòng)汽車行駛時(shí)，在對(duì)加速踏板進(jìn)行控制時(shí)，加速踏板主要是通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電的信號(hào)，并將電信號(hào)傳送到主控制器。通過圖3的模擬實(shí)驗(yàn)，可以記錄不同旋轉(zhuǎn)角度下的輸出電壓。

其次，蓄電池模型設(shè)計(jì)。純電動(dòng)汽車在研發(fā)初期，蓄電池的容量小、造價(jià)高，且壽命較短，通過對(duì)不同蓄電池的比較和對(duì)充電放電過程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)（如圖4），發(fā)現(xiàn)選擇鉛酸蓄電池最為理想。

圖4 蓄電池放電充電模型

2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)純電動(dòng)汽車來說，傳動(dòng)比是影響其動(dòng)力性能的關(guān)鍵因素。如果傳動(dòng)比過大，汽車的動(dòng)力性好，但是設(shè)計(jì)成本高，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性能差；如果傳動(dòng)比過小，汽車的動(dòng)力性差，造價(jià)會(huì)便宜。合適的傳動(dòng)比，是純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在傳動(dòng)比設(shè)計(jì)過程中，因減少了變速器等傳動(dòng)部件，進(jìn)而利用減速器及驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行純電動(dòng)汽車的動(dòng)力傳遞。在進(jìn)行傳動(dòng)比計(jì)算時(shí)，要考慮上限的最高速度的影響和下限的最大爬坡阻力影響，最終設(shè)計(jì)最適合的傳動(dòng)比。

總之，純電動(dòng)汽車耗能小、污染小的特點(diǎn)，成為人們未來出行的首先。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為純電動(dòng)汽車的核心，關(guān)系著汽車的整體性能。純電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)者要關(guān)注新科技，不斷提升專業(yè)素養(yǎng)，通過新材料和新技術(shù)對(duì)純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功能，延長(zhǎng)汽車的使用壽命。