开题报告-纯电动垃圾车动力系统匹配和动力性经济性研究.doc

纯电动垃圾车动力系统匹配和动力性经济性研究一、课题的内容和要求：本设计题目主要针对某纯电动汽车，通过相关计算完成纯电动汽车电机性能参数、传动系参数及动力电池参数的匹配设计，并绘制出纯电动汽车动力传动系统的总布置图和关键零部件图。其主要内容如下：1分析纯电动汽车动力传动系统功能总成，提出动力传动系统总布置设计方案；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. 研究“纯电动乘用车动力系统匹配及其动力性和经济性分析”这个课题除了需要对所设计的电池与电机的匹配方案进行计算分析，另外还需要使用的工具是AVL Cruise软件，因此，该课题的内容应学习并掌握AVL Cruise的整车建模分析方法。5. 该课题的内容应包括电机选型的相关参数的计算过程，以及选择电池种类的相关描述和电池组的串并联个数的计算。6. 设计电机和电池的匹配方案，并建立对应的整车模型进行仿真分析。7. 整车模型仿真结果进行分析，分析电机或电池组的变化对纯电动汽车的动力性、经济性的影响。对比分析找出最佳的动力性和经济性方案。8撰写设计说明书，总结设计方法和步骤。本设计课题所需的计算机和AVL Cruise软件已经具备，并具备相关的参考书籍、参考手册，可以满足设计需要。二、课题任务要求：1. 课题的主要纯电动汽车的的整车参数如下：参数数值轴距（mm）5960.0质心到前轴的距离（mm）4500.0车辆质心高度（mm）1500.0车辆整备质量（kg）12000.0车辆总重（kg）25000.0迎风面积（m2）6.7688风阻系数0.67车轮静态半径（mm）537.0车轮动态半径（mm）547.0总传动效率0.9101旋转质量转换系数1.49主减速比6.058车辆满载质量（kg）25000.0长宽高（mm）9490248532052. 课题提出的动力性、经济性设计要求如下表。内容目标最高车速（km/h）120市区常规车速（km/h）60加速时间t（s）0-50km/h t=10s 50-100km/h t=30%综合工况续航里程（L）=300等速60km/h续驶里程（L）=3503. 根据文献和设计要求，计算适合本款电动汽车的电机和电池主要相关参数，如电机转速范围、功率或转矩，以及电池种类和电池组的串并联个数。4. 根据设计目标选出目标范围的三款电机和三款电池，设计电机和电池的匹配试验方案，并建立对应的整车模型进行动力性、经济性仿真分析。5. 整车模型仿真结果进行分析，对比分析找出动力性和经济性最佳的电池电机匹配方案。三、设计（论文）工作起始日期：自 2019 年 1 月 15 日起，至 2019 年5 月 20 日止。四、进度计划与应完成的工作：12019年1月4日至2019年2月24日，学习Cruise软件，针对已有的Cruise纯电动汽车模型进行相关的建立仿真任务练习。22019年2月26日至2019年3月26日，翻译外文参考文献，查阅毕业设计相关资料。32019年2月24日至2019年3月21日，进行相关的实践实习，在实习工作中参考现有的电机与电池的匹配模式，并选取目标的动力性，经济性设计目标。4. 2019年3月11日至2019年5月15日，对电机与电池的相关参数进行计算选取，设计匹配方案，仿真分析方案结果，提交初稿。5. 2019年5月15日至2019年5月20日，查重修改，定稿。五、主要参考文献、资料：1 熊明洁, 胡国强, 闵建平. 纯电动汽车动力系统参数选择与匹配J. 汽车工程师, 2010, 5: 38-40.2 Aden Seaman, John Mcphee. Symbolic Math-based Battery Modeling for Electric Vehicle Simulation C. Proceedings of the ASME 2010 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference, August 15-18, 2010, Canada, DETC 2010-28814: 1-9.3 王峰, 方宗德, 祝小元. 纯电动汽车新型动力传动装置的匹配仿真与优化J. 汽车工程, 2011, 33(9): 71-74.4 查鸿山, 宗志坚, 刘忠途. 纯电动汽车动力匹配计算与仿真J. 中山大学学报, 2010, 5: 52-56.5 姬芬竹, 高峰, 周荣. 纯电动汽车传动系参数匹配的研究J. 汽车科技, 2005, 6: 26-29.6 黄菊花, 徐仕华, 刘淑琴. 电动汽车动力参数匹配及性能仿真J. 南昌大学学报, 2011, 4: 89-92.7 杜发荣, 姬芬竹. 电动汽车动力传动系统评价体系参数J. 辽宁工程技术大学学报, 2008, 2: 116-119.8 姜辉. 电动汽车传动系统的匹配及优化D. 重庆: 重庆大学, 2006.9 张新磊. 电动汽车总体设计及性能仿真优化D. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.10 周保华. 电动汽车传动系统参数设计及换挡控制研究D. 重庆: 重庆大学, 2010.11 余银辉. 微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化研究D. 重庆: 重庆大学, 2010. 12 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.附件2广西大学本科生毕业设计（论文）开题报告学号学院机械工程学院专业年级职称讲师设计（论文）题目纯电动垃圾车动力系统匹配和动力性经济性研究一、选题目的及意义：选题目的：本论文主要针对某一纯电动汽车，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，并绘制出纯电动汽车动力传动系统的总布置图。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；能进一步熟练掌握常用仿真软件（如AVL Cruise等）。选题意义：纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，且满足道路安全法规对汽车的各项要求的车辆。电动汽车能够实现零排放，节能环保，可以解决汽车对环境的污染问题，对保护环境和生态具有重大意义。动力传动系统是电动汽车中最关键的系统，电动汽车的运行性能主要取决于动力系统的类型和性能。参数匹配就是在满足整车动力性能要求的基础上合理选择动力总成中各部件参数，提高整车动力性能，降低改装成本和提高续驶里程。二、国内外研究现状纯电动汽车是由蓄电池(如镍氢电池、锂离子电池、铅酸电池或镍氢电池等)直接释放电能为汽车提供动力的一种电动汽车。随着化石能源的大量消耗，能源危机逼近，各国都将纯电动汽车的发展提升到了战略高度。全球各大汽车制造商也争先研发纯电动汽车，极具战略前瞻性，为能够占领未来汽车市场做足准备。尤其是近两年，陆续有纯电动车型亮相各大国际车展。2.1 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2010年10月的广州国际车展上，比亚迪、长安、江淮、奇瑞等自主品牌就纷纷推出了自主研发的纯电动汽车。如比亚迪公司推出的全球首款批量投放纯电动出租车E6，长安新能源汽车研发团队研发的长安奔奔MINI纯电动汽车就成为车展的亮点。姜辉，余银辉，夏青松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卓有成效的工作，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。2.2 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。目前世界各国的纯电动汽车的应用仍处于示范运行阶段。美国、日本和欧洲现阶段都将纯电动汽车的研究转向了以公交车、社区用车及特定用途的微型电动汽车为主，并开始对车辆运行机制，基础设施建设等方面做了大量的研究工作。世界知名的汽车制造商如戴姆勒克莱斯勒、通用、丰田、福特等，在不断对传统汽车进行研发的同时，也都投入大量的人力、财力和物力，进行对电动汽车的研究与开发，以抢占先机。美国采用政府和企业双作用力的方式，加速电动汽车产业发展。美国汽车工业十分发达，汽车产量大，保有量最多，石油消耗量和汽车排放污染物均居世界首位。为保持汽车产业的可持续发展，美国制定了非常严格的汽车尾气排放标准，并较早地大力鼓励发展电动汽车，先后推出了PNGV、Freedom CAR、AVP计划。在美国能源部的大力支持下，汽车厂商在电动汽车的开发研制中投入大量的人力物力，并且取得了很大的研究成果26-27。日本的资源贫乏，能源供给大部分得依靠海外，且主要是石油资源，各领域都在寻求更好的对策以便应对能源问题，在日本的能源消费中，运输部门大约占25%(1997年)，其中50%以上的石油是用于汽车产业上的，也就是说，电动汽车的发展和促进，对日本能源状况的改善可以说是至关重要的。我国目前的能源消耗情况和日本类似，但随着汽车保有量的快速增长，形势会比日本更加严峻。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。日本另外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Altima Hybrid，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，其己经在电动汽车研发、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。雪铁龙C-Zero的动力系统为一台永磁同步电动机，当转速在3200-6200 r/min时，最大功率为48KW，最大扭矩为182 Nm，0100km/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060Km/h所需的加速时间为6.5s，最高时速可达100Km/h。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115 km。锂离子电池被安放在车身的中部，凭借每百公里仅消耗12kwh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。毕业设计(论文)研究内容、拟解决的主要问题：本文以某电动乘用车作为研究对象，主要开展以下研究：1、了解目前纯电动汽车动力系统的设计和匹配现状。2、根据理论计算和设计目标选出三款电机和三款电池，并确定主减速器传动比。3、设计电池和电机的匹配试验方案，并利用AVL Cruise软件进行整车建模分析。4、分析匹配仿真试验得到的电动汽车动力性和经济性结果，并选择最优方案。拟解决的问题：1. 首先，利用理论知识和已知设计目标，计算分析纯电动乘用车的动力系统组成部件的关键技术指标。2. 然后，根据现有文献中的数据，结合计算得到的技术指标，选择三款电机和电池。3. 其次，设计纯电动汽车的电池、电机匹配实验方案，并在AVL Cruise软件中建立对应模型。4. 最后，通过仿真运算，对比分析不同电机和电池组合方案下整车的动力性和经济性。并从中选取经济性和动力性最优的方案。毕业设计(论文)研究方法、步骤及措施：本课题通过文献分析法，结合汽车设计的基础知识，对某款纯电动乘用车的动力系统进行设计和选型；然后利用软件建模仿真分析法，得到纯电动汽车的整车模型；最后，研究不同电机和电池的组合对纯电动汽车动力性和经济性的影响，结合汽车理论和汽车试验学所学知识选出最优匹配方案。研究步骤为：（1）进行资料查阅，将资料进行整理，针对课题找到适用的计算方法。（2）学习AVL Cruise软件。（3）依据设定的纯电动汽车的动力性、经济性的目标来对电机的峰值数据进行计算。其计算的依据分别按最大爬坡度、最大加速时间、最大车速这几个所选目标参数，计算公式为汽车功率平衡方程式。（4）分析目前纯电动汽车使用的电池种类之后对电池的种类进行选型。分别找到这些种类的单体电池的具体参数，如单体电池的SOC曲线、单体电池的电压，单体电池的电容等参数，在依据所设定的纯电动汽车的续航里程，根据具体的等速行驶能耗公式，计算出匹配电机额定功率和满足续航里程的三种电池对应的电池包中单体电池串并联的个数。（5）得到数据之后在AVL Cruise中进行三组电池、三组电机的随机匹配建模。共建立9组模型。得到数据之后，运用控制变量法，先分析不同峰值功率的电机对整车的动力性、经济性的影响，再分析不同种类的电池对整车的动力性、经济性的影响。（6）最后设计一个动力性、经济性评价的指标，对总体9组方案的动力经济性进行评价。选出最优的电机与电池的方案。（7）得出相应的结果后，进行论文撰写。采用措施如下：1、进行相关文献资料的查找和学习，了解课题的研究现状和他人研究方法；2、请教指导老师，选择合适的电池和电机，并对试验方案进行设计；3、与课题相近的同学进行讨论、相互学习帮助，完成整车模型的搭建、性能仿真和数据分析。4、与指导老师一起讨论论文结构，完善论文的撰写。主要参考文献：1 姬芬竹,高峰,周荣. 纯电动汽车传动系参数匹配的研究J.汽车科技,2005,(6).2 姜辉. 电动汽车传动系统的匹配及优化D. 重庆: 重庆大学, 2006.3 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, 2007.4 刘灵芝,张炳力,汤仁礼. 某型纯电动汽车动力系统参数匹配研究J.合肥工业大学学报,2007,30(5),591-593.5 仇建华,张珍. 纯电动汽车驱动系统的参数设计及匹配J.硅谷,2010.6 查鸿山,宗志坚,刘忠途,伍庆龙. 纯电动汽车动力匹配计算与仿真J.中山大学学报,2010,49(5).7 琚龙. 基于MATLAB仿真的纯电动车动力系统匹配研究J.硅谷,2010.8 常绿. 纯电动微型汽车动力传动系参数设计及动力性仿真J.机械设计与制造,2010,(6).9 张新磊. 电动汽车总体设计及性能仿真优化D. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2010.10 周保华. 电动汽车传动系统参数设计及换挡控制研究D. 重庆: 重庆大学, 2010.11 余银辉. 微型电动汽车传动系统匹配及驱动优化研究D. 重庆: 重庆大学, 2010.12 熊明洁,胡国强,闵建平. 纯电动汽车动力系统参数选择与匹配J.汽车工程师,2011,(5).13 王燕燕. 纯电动客车动力系统参数匹配及性能分析J.汽车电器,2011,(10).14 薛念文,高非,徐兴,龚昕. 电动汽车动力传动系统参数的匹配设计J.重庆交通大学学报,2011,30(2).15 付多智,胡毅. 纯电动汽车驱动电机选择方法J.新能源汽车,2011.16 杨三英,周永军,马渊. 基于 matlab的纯电动汽车建模及动力特性仿真分析J. Machine Building & Automation,Jun 201,40(3):89-9217 徐春,娄云,李瑞芳. 电动城市客车传动系速比的设计J.客车技术与研究,2011,(2).18 陈晓丽,陈文强,曲毅. 纯电动汽车驱动电机的设计J.汽车与配件,2011,(3).19 王峰, 方宗德, 祝小元. 纯电动汽车新型动力传动装置的匹配仿真与优化J. 汽车工程, 2011, 33(9): 71-74.20 黄菊花, 徐仕华, 刘淑琴. 电动汽车动力参数匹配及性能仿真J. 南昌大学学报, 2011, 4: 89-92.21 曹秉刚. 中国电动汽车技术新进展J.西安交通大学学报,2007.122 林鹰. 我国电动汽车不断提升水准J.交通与运输,2009(l).23 章桐.贾永轩. 电动汽车技术革命M.机械工业出版社,2010.24 Phillips.A.M,Functional. decomposition in a vehicle,control system American control Conference,2002.25 Patil.P.G.Prospects for Electric Vehicles. Aerospace Systems Magazine,1900:15-1926 刘清虎. 纯电动汽车整车能量建模与仿真分析D.湖南:湖南大学,2003.27 Riazenman MJ. Engineering the EV futureJ.IEEE Spectrum,1998,(11):18-2028 Browning,L, Unnaseh.S.Hybrid electric vehicle commercialization issues Applications and Advances.In:Proceedings of the Sixteenth Annual Battery Conference,2001(2),45-50.29 Ng H K Vyas A D,Santini D J. The Prosp