毕业设计（论文）-面向对象的汽车模型体系框架及性能计算.docx

中北大学信息商务学院毕业设计说明书面向对象的汽车模型体系框架及性能计算全套图纸加153893706面向对象的汽车模型体系框架及性能计算摘要：随着人类对城市环境保护意识的增强以及汽车工业的不断发展，纯电动汽车由于具有节能、对环境友好、结构简单等特点逐渐成为新时代汽车产业化的标志。该论文经由面对非燃料车辆的行驶受力情况研究，和非燃料车辆的动力系统相关数据进行相应的对应，然后使绘图工具创造车辆全部结构的仿真。根据整车对动力性和经济性的双重需求，利用整车控制器建立纯电动汽车整车动力系统之间的关系，确定整车控制的目标，以完成对整质量的减小，完成对纯电动汽车动力电池的参数优化。通过动力电池参数对纯电动汽车整车性能的影响分析，得到动力系统与整车控制性能的关系，为纯电动汽车整车的设计与控制奠定重要的基础。关键词：纯电动汽车；动力系统；整车控制器；性能优化全套图纸加153893706IIObject - Oriented Vehicle Model System Framework and Performance Calculation Abstract: Pure electric vehicles has become a symbol of the new era of automobile industry because of energy-saving, environmentally friendly and simple structure, with the increase of human consciousness of urban environmental protection and the development of the automobile industry. Vehicle technology and improvement of the performance of the pure electric vehicle has become one of the major hot spots. Through the make an assay of the mechanical properties of non fuel vehicle, the dynamic system arguments of non fuel vehicle are matched, and the automobile simulation model is established by software. According to the vehicle on the duality of power and economy, using the vehicle controller to establish the relationship between the power system in pure electric vehicle to determine the vehicle control objectives and in order to complete the reduction of the whole quality, the pure electric vehicle power battery parameters optimization. Through the analysis of the influence of power battery parameters on the performance of pure electric vehicle, the relationship between power system and vehicle control performance is obtained, which lays an important foundation for the design and control of pure electric vehicle. Key words: pure electric vehicle; power system; vehicle control unit; performance optimization目 录摘要IAbstractII目 录III1绪论11.1论文研究的背景和意义11.2纯电动汽车的优点11.3纯电动汽车国内外发展现状21.3.1国外发展现状21.3.2国内发展现状51.4研究内容52 纯电动车汽车的结构及设计介绍72.1 纯电动汽车的结构与原理介绍72.2 纯电动汽车的设计112.3本章总结133 动力系统参数匹配143.1电池参数设计和选型143.2电机参数设计和选型153.3整车仿真模型的建立与分析163.4 本章小结214 整车控制系统软件结构分析224.1 整车控制器基本功能及技术要求224.1.1整车控制器基本功能224.1.2 整车控制器的技术要求224.2整车控制目标234.3整车控制系统软件结构244.4本章小结255基于整备质量最小的动力电池匹配优化255.1电池容量及质量计算255.2匹配优化结果对比分析275.3本章小结286 总结28参考文献30致谢31V1绪论1.1论文研究的背景和意义随着科技和经济快速的发展，汽车产品已成为现代文明的重要标志之一，汽车产业也发展成为许多国家的支柱产业，汽车也越来越多地走进平常百姓家，世界汽车保有量呈现逐年递增的趋势。从诞生到现在不断普及的过程之中，汽车对人们而言已不再仅仅是交通工具，而是一种现代人快速、时尚的生活方式。汽车在给人们带来便利的同时也造成了能源的紧缺、环境的污染、严重的交通事故等一系列全球性的问题。2010 年，我国机动车排放污染物总共达到了 5.2 亿吨，这其中，汽车是污染物总量的主要贡献者。现在，汽车的污染气体已经成为各个地方污染的主要原因。除此之外，汽车的污染气体排放对全球形成很大的压力，已经成为全球领先位置。发展新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）以及燃料电池汽车（FCEV）是实现我国能源安全和环境保护以及中国汽车工业健康可持续发展的必然趋势。 表1.1 世界主要国家电动汽车保有量纯电动汽车以车载二次电源作为储能方式，以电动机为动力装置驱动车辆行驶，相比混合动力汽车而言，具有零排放、低噪声且结构简单等特点，而相比燃料电池则在当前更具产业化的基础，因此而受到了世界各国政府及汽车企业的广泛关注。目前纯电动汽车的产业化已成为各汽车企业的重要目标，同时这也对提高纯电动汽车整车技术和性能水平提出了更为急切的需求。1.2纯电动汽车的优点电动汽车将逐渐取代传统汽车成为新世界的主要交通工具之一，不仅是因为其操控方便、噪声小、无污染，更重要的是它代表了人类绿色的生活方式、可持续发展的理念4。电动的车能量的节省状态突出很优秀的特性很顽强的性能，电动汽车的优点如下：（1）电动汽车与传统汽车比能量利用率提高，噪声较低，对周围环境产生的污染小。电动汽车的能量是通过电池组能量提供，然而电池组的能量能用电池设备提供，例太阳能的各种能量，能够降低石油的用量。（2）电动汽车的能量利用效率也远远超过传统汽车。纯电动汽车在行驶的过程中停止运行时不消耗机械能，在纯电动汽车制动的时后能够再循环利用纯电动汽车制动的时候传递回来的能量，给蓄电池充电并二次利用，因此能够提高纯电动汽车的能量转换效率。（3）纯电动汽车与传统车辆相比，结构与原理简单，机械传动所需要的机械部件较少，机械损失小，并且更加有利于驾驶员的操作。并且机械传动系统中部件的减少，使得纯电动汽车在检测维修的时候更加方便，所需要的维修资金也会相应减少。1.3纯电动汽车国内外发展现状纯电动汽车至今已有一百多年的历史，最早的电动汽车甚至于还比内燃机汽车早了十几年，但是由于当时动力电池和驱动控制技术发展一直较缓慢且远远落后于传统内燃机汽车。后来电力电子技术不断发展尤其是动力电池技术水平有了很大的提高，电动汽车有了突飞猛进的发展，技术水平也得到较大提高。尤其这么多年对生态的维持和大气的污染源的制止的多方面的联系，国家越来越对大气污染做出更加严格的指示，车辆的制造公司在以后的发展中遥遥领先的位置。电动汽车最早在19世纪末出现，比燃油汽车略早，但其后来很长一段时间不如燃油汽车发展迅速。到了 20 世纪末，环境污染和能源短缺已发展成为人们面临的严峻的问题，尤其是燃油汽车的尾气排放造成了严重的大气污染，燃油汽车的尾气排放也成为污染大气环境最主要的原因之一。另外。燃油汽车的数量日益剧增，对石油能源的消耗也变得更多，而石油作为不可再生资源，世界各个国家对石油的需求要求也变得更高，所以燃油汽车数量的急剧增加明显会给各个国家的能源战略造成很大的困扰。因此，目前越来越多的国家与汽车企业转向研制更为环保的电动汽车产业，以期来减少环境恶化与石油能源的短缺带给人类社会的巨大困扰。1.3.1国外发展现状美国与世界上其他国家相比，生产汽车最早，也是全世界对污染限制最严格的国家，同时也是研发电动汽车最早的国家之一。美国政府为了做出有关系的内容，用非常的精力来做出非燃油汽车花费更加大大的发展功能和应用。美国政府制定了侧重降低石油依赖、确保能源安全的战略目标，希望通过发展电动汽车能够实现汽车领域摆脱对石油依赖，并以法律法规明确了其战略定位。 1978年，日本电动汽车协会制定了“电动汽车试用制度”，为电动汽车消费者提供一定额度的费用补贴来推动电动汽车的发展。到了20世纪末，日本最大的汽车制造商本田公司、丰田公司也开始致力于研发电动汽车 10。到目前为止，日本已成为世界上电动汽车行业发展最为迅速和成熟的国家。欧洲许多国家，如法国、英国也开始加速研发电动汽车并且注重推广限定使用区域的电动汽车，逐步扩大电动汽车的使用范围。图1.1 2014年底欧洲主要国家电动汽车保有量目前，欧洲、日本、美国的电动汽车产业规划已基本形成，大部分汽车厂商都在全面推进 EV 及 PHEV 的开发，普遍把 20132015 年定为了电动汽车甚至是燃料电池汽车进入市场、实现产业化的重要节点。这不仅是出于环保和油价方面的考虑，而更是在未来汽车行业领域中取得领先地位的一个重要保证。图1.2 欧洲对电动汽车扶持政策图1.3 欧盟未来汽车研发目标1.3.2国内发展现状二十世纪 60 年代我国开始研究电动汽车，并且在1980 年以后得到了迅速发展。国内的电动汽车在世界来看速度较慢，为了能跟上国内外的发展、提供良好的环境和对国内的个饭面的能力增加使我国在世界的汽车行业具有领先的位置重新组成汽车的发展重要机构零件和有关的内容，经过多年的技术攻关和研究开发，我国的纯电动汽车产业在研究原理与技术水平方面有了很大的提高，并逐步缩小了和世界纯电动汽车的先进技术差距，甚至在纯电动汽车的某些技术领域做到了世界领先的地步。当前，我国鼓励汽车产业优先发展纯电动汽车，在纯电动汽车领域投入很大的人力物力来推动纯电动汽车技术的发展，根据纯电动汽车的设计与原理，针对纯电动汽车的特点，特别是整车的经济性能水平以及使用的便利性等来极大地提高纯电动汽车的发展。图1.4 我国政府对电动汽车财政补贴图1.5 2014年我国电动汽车产量1.4研究内容论文针对纯电动汽车整车性能的关键技术进行了对纯电动汽车设计的分析、整车控制系统与动力控制系统的优化等研究工作。主要工作包括：（1）基本了解纯电动汽车的发展概况，查询并学习纯电动汽车的结构与原理，对纯电动汽车的设计流程进行熟悉。（2）结合纯电动汽车的结构与运动力学，对纯电动汽车的动力系统的参数进行选择与匹配。掌握动力系统中电池组与电机等动力系统与整车性能的关系，并利用软件建立整车仿真模型，对动力系统进行分析。（3）通过分析纯电动汽车整车控制系统，完成对纯电动汽车整车控制性能的了解，得到纯电动汽车整车控制的目标，并分析纯电动汽车控制软件结构模式。（4）以整车降重为主要目标，分析动力电池参数的匹配情况，在满足纯电动汽车的动力性要求下，实现整车降重。2 纯电动车汽车的结构及设计介绍2.1 纯电动汽车的结构与原理介绍纯电动汽车的结构组成主要为电力驱动控制系统、机械传动辅助系统、车身、底盘四大部分11。众所周知，在纯电动汽车的四大组成部分中，区别于内燃机汽车的最大不同之处，电力驱动控制系统作为纯电动汽车的唯一核心，是纯电动汽车的动力源输出。电力驱动控制系统主要由电源、驱动电动机及其控制系统辅助控制系统等组成12，纯电动汽车的结构框架如图2.1所示。图2.1 纯电动汽车的结构框架纯电动汽车中汽车的车身、底盘与传统内燃机汽车的结构相似，设计方法与设计材料与传统内燃机汽车相似，在此不再赘述。纯电动汽车的各个能量的控制技术中，电源要对汽车的整个车体提供更多的能量。电源的整个管理系统主要负责的是对锂电池的端电压、电池内阻、电池温度、电解液浓度、电池的充放电时间、电池的剩余电量及使用情况、放电电流及深度等多个电池参数进行监控监测，通过电池的电源温度设定、充放电电流来控制蓄电池的过热情况与过充、过放电等相关情况。做到在蓄电池的有关参数达到预设报警参数值得情况下提醒驾驶员注意车体的安全。图2.2 纯电动汽车中的锂电池输出动力的动力输出装置和操纵机构的核心功能即把能源的源能改变成装置前进要耗费的其他能量。还经由运递设备把他工作需要的能量传送到车辆的作业设备。用来支持车辆的前进改变方向和刹车等核心功能。在早期的纯电动汽车的驱动电机设置上采用的是直流串激电动机，由于其本身所具有的优势特性与汽车十分相吻合，但随着纯电动汽车向更深度的方向发展，直流电动机所存在的比功率较小、效率低、维修工作繁重等缺点被逐渐放弃，目前的驱动电机主要采用交流异步电动机、直流无刷电动机、开关阻力电动机等三种主要电机。 和动力输出装备密切联系的速度改变装置目的让非燃油的车辆速度的改变及方向的改变定下的，其经由操纵动力输出装置传递的能量解决动力输出装置传动力矩和转动目的的操纵。与驱动电动机的选型类似，调速控制系统的控制变换也主要由直流电动机匝数的变化向其他晶体管斩波调速的方向发展，电动汽车的直流逆变技术与旋转交流变换技术将成为目前的优势技术。常见的驱动方式见图2.2所示，图(a)-(c)为电动机中央驱动方式，(d)为双电动机电动轮轴驱动方式，图(e)-(f)为轮毂电动机的驱动方式。图2.3 纯电动汽车中的驱动电动机结构 非燃油车辆的动力运输系统核心组成由动力传递设备、前进设备、改变方向的设备、刹车设备、作业设备。与传统内燃机汽车的工作方式类似，机械传动辅助装置的主要目的是满足汽车的行驶、转向、制动等功能。非燃油车辆的动力传递设备是把输出动力的动力输出装置的动力输出转动力矩送到车辆的动力输出杆，因为动力输出装置自己能够以一定的额外的重量发动，然后非燃油汽车抛弃一般的发动机车辆的分离结合装置。由于采用电动轮驱动方式，电动汽车也可以忽略传统内燃机汽车传动系统中的差速器。动力传输结构的大部分设备在车辆能不关注做到了动力传输的降低。运动设备是把动力输出装置的输出力经由轮胎转换为对行驶路面的相互力，使得汽车前进。纯电动汽车转向装置的原理与传统汽车的转向装置原理相同，通过转动方向盘上来实现转向机构的运行，最终作用在转向轮上进行转弯。纯电动汽车的转向系统的类型主要有液压转向、机械转向以及液压助力转向等。非燃油汽车的刹车设备与普通发动机汽车相同，目的是对设备的降低行驶的速度而刹车的装备，通常关键是为了车辆刹车系统和帮助刹车系统的设备结构。在新能源电动汽车上，还装载着电磁辅助制动系统，电磁辅助制动系统工作的原理是利用驱动电动机控制系统来操作驱动电动机的主要工作运行，以此使得纯电动汽车在减速制动的时候将机械能转换为电流，对蓄电池进行二次充电，实现主要能量的循环使用。纯电动汽车中的特殊工作装置主要是为工业类别的纯电动汽车为完成工业作业而设置的，例如叉车采用电动装置而设置的升降系统等。图2.4 纯电动汽车驱动方式图2.5 非燃油汽车动力传输机构驱动图纯电动汽车的根本缘由通过电池释放的能量通过整个车身向整个车提供能量，整车控制器通过控制电源控制系统、驱动电动机控制系统、调速控制系统以及辅助装置控制系统等协调整车的工作状态，将电池传送过来的电能充分利用到驱动电机中，最后将电能转化为机械能来驱动机械传动系统，变成汽车前进的牵引力或者汽车停止和减速的制动力。图2.6 纯电动汽车转向系统图2.2 纯电动汽车的设计纯电动汽车的设计主要在于纯电动汽车的结构方案设计，结构方案设计的确定不仅可以结合传统内燃机汽车的结构设计，而且考虑到纯电动汽车的动力总成类型，结合汽车设计理论，通过电源能量控制策略与动力系统总成，设计出所需要的纯电动汽车结构类型。纯电动汽车的设计需要参考设计结构的各项性能指标，利用纯电动汽车结构的尺寸参数，制定合适的电动汽车结构方案选型。达到纯电动汽车的整体设计13。纯电动汽车的整车原理图如图2.3所示。纯电动汽车的设计主要分为驱动系统设计、动力电池系统设计、车身底盘设计三大类。驱动系统作为纯电动汽车的核心之一14，它的设计是纯电动汽车设计的重中之重。驱动系统的各项基本参数选型及匹配必须满足整车的动力性能匹配，通过动力总成计算方法，合理选择动力系统的各部件参数，才能设计出完整的驱动系统。动力电池系统作为纯电动汽车的唯一动力源，是纯电动汽车能够保持整车的动力性。以及高续航的最大保证15。动力电池系统的电池组的类型选择、电压、电流、充放电能力都是需要考虑的主要标准。电池组的数目通过参考整车的性能要求，综合动力电池系统的组合方式、总电量来进行计算选择。图2.7 整车原理图图2.8 纯电动汽车的动力电池组车身底盘设计的设计方案与传统内燃机汽车的设计方案相似但也有区别。车身的设计主要考虑到对整车性能以及美观的影响，国内外有很多针对汽车车身的研究，通过选择合适的设计方案与工艺手段可以设计出实用与美观的汽车车身。纯电动汽车的底盘要考虑到动力系统的安装与架构。通过计算轴荷的分配，对汽车悬架做出相应的改变与调整。2.3本章总结本章通过介绍纯电动汽车的结构原理以及设计方案，了解纯电动汽车的结构与设计流程。3 动力系统参数匹配纯电动汽车的动力性和经济性很大程度上取决于动力系统的参数匹配。动力输出装置和动力源是该非燃油车的重要组成部分，使的动力传输结构的相关数据变化明显。动力输出装置的单位时间内做功的情况的速率能关系到设备的行驶质量，设备做的功太多能造成能量消耗。组合的电池很小会很难来确定大尺寸电动机行驶动能，组合电池会影响汽车的行驶功能。3.1电池参数设计和选型根据电动汽车行驶时的最大输出功率和最小电池容量来选择电池组16。（1） 电池组数目根据最大输出功率选择最大功率行驶经常发生在高速行驶、加速行驶和爬坡的条件下，结合整车参数分别计算这三种情况下实际功率消耗，选择最大的作为最大功率。 np1=PemaxPbmaxe1e2N （3.1）式中np1为电池组数目；Pemax为最大功率需求；Pbmax为最大输出功率，e1为电机工作效率；e2为电机控制器工作效率；N为电池数目。（2） 电池组数目根据行驶里程选择纯电动汽车一般按照速度为60Km/h进行计算。 np2=1000LWCbVbN （3.2）式中np2为池组数量；L为行驶里程；W为电能；Cb为电池电容；Vb为电池电压。电池组数目n：n=maxnp1,np2 （3.3）电动汽车的关键是电池的选择和布置，铅酸电池是目前最为成熟的动力电池，其制造成本低、比功率大、性能稳定，但是能量不足，难以满足汽车续驶里程要求，使用寿命也比较短。镍镉电池充电快、寿命长，但是其成本较高，容易造成重金属对环境的污染。锂材料能源装置有锂离子能源装置、该材料相应的熔盐能源输出装置等，他的长处是单位质量所存在的能量高，可使用的时间长。本文选用锂离子电池。具体的电池参数如下表3.1所示。表3.1 电池参数参数名称参数要求电池类型锂离子电池单体电池尺寸（mm)14352222单体电池重量（kg）2.1能量密度（Wh/kg）97单体电池标称电压（V）3.3单体电池充电截至电压（V)3.7单体电池放电截至电压（V）2.1单体电池标称容量（Ah）65电池包数量3电池包联接形式串联单个电池包电池数目36电池系统额定电压（V）3563.2电机参数设计和选型电动汽车比燃油汽车显得更加新颖，而现如今更多的评论技术和和其他地方都是用原来的汽车。选择电机额定功率要考虑汽车的最高行驶车速。 Pu=mgf3600vmax+CdA76140vmax3/e （3.4）式中Pu为最高车速行驶所耗功率；m为整车质量；f为摩擦系数；vmax为最大车速；Cd为空气阻力系数；A为汽车的迎风面积；e为电机传动效率。电机最大功率主要考虑汽车的加速与爬坡性能。一般汽车的加速和爬坡过程发生的时间不长，根据电机的最大功率计算加速性能和大爬坡度。电动汽车爬坡所耗功率： Pi=mgf3600v+CdA76140v3+mgi03600v/e （3.5）式中Pi为爬坡所耗功率；v为速度；i0为坡度。电动汽车加速行驶所消耗的功率为： Pa=mgf3600v+CdA76140v3+jm3600dvdtv/e （3.6）式中Pa为加速行驶所耗功率；j为质量换算系数；t为时间。电机额定功率Pn不小于最高车速行驶所耗功率；最大功率应满足汽车加速和最大爬坡度要求。 PnPu （3.7） PmaxmaxPi,Pa （3.8）纯电动汽车用过电池组从中运过来的能量变成为汽车行驶的能量。促使动力装备是整个装备的最重要的位置，他的办公能力和优缺点更好的是全部设备到达顶峰。车采用的动力传动动力输出装置类型主要有直流能源输出装置、感应输出装置、同步能源输出装置和可控制的磁阻能源输出装置。直流电机具有结构简单、控制方便灵活等优点，最早的电动汽车采用直流电机作为驱动系统的核心部件，目前直流电机仍然应用于城市无轨电车和大型客车上，但是与交流电机相比，直流电机在转速、功率密度和使用寿命等很多方面都存在明显的不足。感应电机也叫异步电机，感应电机结构比较简单、体积小、可调范围宽，但控制系统比较复杂、成本高，而且必须经过逆变器将动力电池输出的直流电转换为交流电后才可用。本文选用的是永磁同步电机。3.3整车仿真模型的建立与分析非燃油汽车全部机构的模型如下图3.1所示。该作用设备关于动力传输动力输出装置机构、动力能量来源机构、传动比力矩改变装置、两侧轮胎转动速度差别机构、汽车速度降低机构、全部车体数据信息机构、汽车操纵人员机构。红色线条表示动力电池与驱动电机之间的电路连接关系；彩色箭头表示信号数据总线连接关系。CRUISE分为几个部分对整车仿真模型进行分析；图3.1 整车仿真模型图针对电动汽车的最高车速、爬坡性能和加速性能进行分析。下表3.2可以看出，从加速性能来看，0-50km/h、50-80km/h、0-100km/h的要求是在10s、15s、25s范围之内，结果显示无论是空载、半载还是满载情况下加速性能都达到设计要求。从爬坡性能来看，实际仿真结果也达到设计要求。由表可知，车辆最大爬坡度随着载荷的增加而迅速递减，主要是由于增加的负载会转化为坡道阻力直接作用于汽车上造成的。从最高车速来看，设计要求是超过100km/h，仿真结果超过110km/h。随着车辆负载的增加最高车速变化稳定、稍有下滑，这说明电机和传动系匹配较为合理。表3.2 动力性能仿真结果测试项目空载半载满载0-50km/h加速时间（s)4.85.66.650-80km/h加速时间（s)4.65.86.30-100km/h加速时间（s)15.618.321.20-400m加速时间（s）20.121.322.6最大爬坡度30%25.60%23.10%最高车速（km/h）115113112电机最大输出功率与车速关系如下图3.3所示。图3.2 满载爬坡能力曲线图 图3.3 功率与车速关系图 3.4 本章小结本章详细介绍了电池和电机的设计和选型，电池采用锂离子电池，电机采用永磁同步电机；其次建立了整车仿真模型，依据非燃油车辆行驶最快速度，走上倾斜道路的能力及提高车速的能力考虑研究。结果显示无论是空载、半载还是满载情况下加速性能都达到设计要求；从爬坡性能来看，实际仿真结果也达到设计要求。4 整车控制系统软件结构分析4.1 整车控制器基本功能及技术要求4.1.1整车控制器基本功能整车控制器既然是纯电动汽车驱动系统的最重要的部位，基本上完成了纯电动汽车的驾驶能力，主要有以下功能：（1） 搜索汽车油门反馈以及刹车反馈等开车状态，依靠开车者想法及汽车现如今情况研究考虑，在规定的时间内没有错误的传递操纵信息，完成开车人的的行进目的，该方法是全部汽车操纵装备初始的功能；（2） 通过直接采集信号以及接收CAN总线的数据来获得车辆运行的数据，主要包括车速、转矩、转速、电机的工作模式、总电压、电池温度和电池的剩余电量等，通过CAN总线将这些数据通过车载仪表来显示，当有紧急情况时，通过CAN总线检测在车载仪表显示故障信息，驾驶员可以采取相应的措施进行处理，实现车辆状态的检测和显示。（3） 整车控制器通过分析驾驶员的制动意图、电池组状态及电机状态等信息，结合制动能量回收控制策略，将电机工作在再生制动状态，满足制动能量回收而且使电机工作在发电状态，实现制动能量的回收，这是纯电动汽车区别于传统汽车的重要特征。（4） 整车控制器能够对整车能量进行优化，这是为了延长汽车的续驶里程。4.1.2 整车控制器的技术要求要想突出控制器的潜力，一定要实现控制器的利用潜能和标准。（1） 整车控制器应该有大量方法输入范围能够控制的参考数量以及参数量消息传入连接处、发现问题研究连接处、单位时间的做功传到外部所需要的连接处以及起码2各CAN信号连接处。（2） 全部设备的操纵装置因具备快速的计数功能，这样可以提供根本的的保障用来挑选符合要求的操纵计数方法的汽车的高校操纵。（3） 纯电动汽车含有零件和驱动器等大用电设备，整车控制器要有很优秀的机械特性。4.2整车控制目标纯电动汽车动力系统解雇主要由驱动电机、动力电池和整车控制器（VCU）组成。典型的纯电动汽车动力系统结构如图4.1所示。图4.1 典型的纯电动汽车动力系统结构整车控制器（VCU）是整车的控制中枢，实时搜索驾驶员的操作指令，结合整车各部件的状态信息，通过相应的控制策略来进行控制并输出转矩调节指令，实现整车的监督、控制和管理。满足基本的驾驶需求是纯电动汽车整车控制的最基本的控制目标，节能降耗是纯电动汽车的一个技术特点，整车控制应该注重提高能量利用率。根据纯电动汽车的技术特点和基本性能需求，整车控制目标应如下：1） 具备较强的动力输出能力，体现纯电动汽车驾驶性能良好；2） 在保证基本驾驶性能的前提下应该降低能耗水平，延长汽车的续驶里程；3） 为了保正汽车所有结构可以工作很长的时间，遂即也避免非人为的汽车停止运行情况的出现。4.3整车控制系统软件结构根据整车对动力性和经济性的双重需要，采用单一的控制模式已经很难满足，针对不同的驾驶需求，设置动力模式和经济模式两种基本操作模式，除此之外，还增加了跛行控制模式来提高纯电动汽车整车对一般异常现象的处理和应对能力，具备跛行回家的功能，整车控制系统软件结构如图4.2所示。图4.2 整车控制系统软件结构图输出的能量和节省能源的模式是普通的操纵方法，经由汽车操纵得人经由变速器的人为挑选。而跛行模式主要通过整车控制器根据电池系统和电机状态自动判断。在动力模式中，动力性能表现是很重要的，能够快速的响应驾驶员的踏板操作行为，转矩调节灵敏性更加好，在起步和在有急加速需求时表现更加明显，能够提供足够的动力，减小滑行制动和再生制动力参与的程度，不过多影响整车的动力性水平。经济模式下，注重整车经济性水平，在一定的程度下降低转矩输出能力，降低放电倍率，提高电池能量效率从而延长续驶里程。在经济模式下，可以适当提高花型和再生制动力矩，通过不影响传统制动系统来回收更多的能量，提高了汽车的能量利用率。跛行模式主要针对电池电量过低或者在动力系统有故障时，提前采取转矩约束并进行调节，确保安全而且不损坏动力系统使整车具有一定的功率输出能力，实现跛行回家。4.4本章小结本章描述了纯电动汽车整车控制器的基本功能和技术要求，结合纯电动汽车的结构和技术特点，得出了整车控制的目标；根据整车对动力性和经济性的双重需求，得出了整车控制软件结构模式，包括动力模式和经济模式，针对电机温度过高和电池电量过低等异常现象设置了跛行模式。5基于整备质量最小的动力电池匹配优化5.1电池容量及质量计算纯电动汽车由动力电池提供能量，由于动力电池在不同荷电状态下（S0C）时的功率输出能力不同，以SOC为0.6时的电池状态为基准，即当电池荷电状态高于0.6时。电池均能满足整车的最大功率需求。按照20Ah动力电池试验数据，根据式5.1得到20Ah电池在规定SOC下的最大可放功率为 P20Ah=29VSOC2RSOC （5.1）其中P20Ah为20Ah电池在SOC为0.6下的最大放电规律；VSOC为开路电压；RSOC为内阻。动力电池在相同SOC下的开路电压可以认为是一致的，可输出最大功率主要受到电池内阻的影响，内阻与容量成反比例关系，则功率与容量为正比关系，从而可以确定由放电功率所决定的电池容量关系为 Cm20Ah=PmP20Ah （5.2） 其中，Pm为最大需求放电功率；Cm为当前最大功率下的容量需求。考虑电池的单体质量比能量为180Wh/kg，电池包质量比能量为75Wh/kg，并考虑电池相箱体质量20kg的加成修正，则根据电池容量可以计算得到单体电池的质量为 Ms=USEsCm （5.3）电池组总质量为 Mbat=MsSEsSEm+20 （5.4）其中，SEs为单体电池质量比能量；SEm为模块质量比能量；20kg为电池箱及管理系统附件质量修正。根据电机功率确定不同基速下的电池容量需求及电池质量变化关系如图5.1所示。图5.1 最大功率需求下电池容量及质量随基速变化关系图由图5.1可以看出，电池容量和质量随基速增大而增加。经过计算可得在基速为2500rpm时电池质量相对较小，本着参数匹配稍大于理论计算值的原则，确定以3000rpm为基速，电池容量取整为55Ah。5.2匹配优化结果对比分析基于整备质量最小优化匹配之后，电池参数对比如表5.1所示。基于整车降重的设计要求，通过质量最小整定，实现了满足动力性要求的前提下，降低整车整备质量匹配优化，获得了27.31kg的整车降重效果。 表5.1质量最小优化结果与原车电池参数对比项目原车电池质量最小对比差值串联节数1021020容量（Ah）6055-5电池质量（kg）286258.69-27.315.3本章小结本章通过对动力电池进行容量及质量进行计算，基于整车降重的设计要求，通过质量最小整定，获得了27.31kg的整车降重效果，满足了动力性要求。6 总结论文针对纯电动汽车整车性能的关键技术进行了对纯电动汽车设计的分析、整车控制系统与动力控制系统的优化等研究工作。主要完成的工作包括：（1） 首先对纯电动汽车的发展概况进行了基本了解，查询并学习了纯电动汽车的结构与原理，对纯电动汽车的设计流程进行了熟悉。（2） 结合纯电动汽车的结构与运动力学，对纯电动汽车的动力系统的参数进行了选择与匹配。掌握动力系统中电池组与电机等动力系统与整车性能的关系，并利用软件建立整车仿真模型，有助于下一步研究的进行。 （3） 以整车降重为主要目标，分析动力电池参数的匹配情况，在满足纯电动汽车的动力性要求下，实现整车降重27.31kg的目标。本论文在完成上述工作的同时，也存在一些不足之处。动力系统参数匹配的过程中主要考虑了电池组与电机参数的控制，没有考虑把其他参数和这两个大系统联系起来，例如变速比等参数。在整车软件控制过程中，以整车质量降低为目标考虑动力性能匹配略显简单。这都需要论文要更注重于细节。参 考 文 献1 王军方,丁