纯电动汽车驱动系统设计
新能源汽车传动系统设计与控制
新能源汽车传动系统设计与控制近年来，随着环境问题的不断加剧以及对能源资源的需求增长，新能源汽车的日益受到关注。
新能源汽车利用电能或其他可再生能源进行驱动，成为了解决交通污染和能源短缺问题的重要方向之一。
而新能源汽车的核心技术之一就是传动系统的设计与控制。
传统燃油汽车采用内燃机将燃油燃烧产生的能量转化为机械能驱动车辆，在传动过程中存在能量损失和尾气排放等问题。
而新能源汽车则大幅减少了尾气排放，并且以电动机为主要驱动力。
因此，新能源汽车的传动系统设计与控制需要充分考虑电动机的特性和电池能量的利用率。
在传动系统的设计过程中，需要仔细考虑电动机的选择和匹配。
电动机在不同转速范围内具有不同的效率和输出特性，因此选取合适的电动机对于新能源汽车的性能和能耗都具有重要影响。
同时，电动机和其他驱动组件之间的匹配关系也需要仔细研究，以确保传动系统的整体效率最大化。
传动系统的控制是新能源汽车实现高效能量利用和动力输出的关键。
传统燃油汽车采用机械传动系统，通过变速器来调节输出转矩和车速。
而新能源汽车在传动系统控制上更加灵活，可以通过电子控制单元（ECU）来实现功率分配和驱动模式的调节。
例如，针对不同驾驶场景，可以选择纯电动模式、混合动力模式或者燃油辅助模式，实现最佳能量利用和驾驶舒适性。
除了传统的机械传动方式，新能源汽车还可以采用无级变速器、直驱和多电机驱动等先进的传动技术。
无级变速器具有无级变速比和高效能量转换的特点，可以实现更加平稳的驾驶和高效率的能量利用。
直驱技术将电动机直接连接到车辆轮毂，消除了传统传动系统中的变速器和传动轴，提高了传动效率和能量输出。
而多电机驱动系统则可以根据需要灵活控制各个电机的功率输出，实现各轮独立驱动和动力分配。
新能源汽车传动系统设计与控制还面临多个挑战和难点。
首先，电池的能量密度和续航里程对传动系统设计提出了更高要求。
传动系统需要充分利用电池能量，同时兼顾驾驶性能和续航里程。
其次，传动系统的可靠性和耐久性也是关键问题，特别是在长时间高负载驱动情况下。
新能源电动汽车的车辆电子控制系统设计
提供过压保护、过流保护、过温保护等功能，确保充电过 程的安全性。
充电状态监测
实时监测充电电流、电压、温度等参数，为充电设备的维 护和故障诊断提供依据。
能量回收系统的优化
01
能量回收效率提升
通过改进能量回收电路和控制策略，提高能量回收效率，延长续航里程
。
02
能量回收安全保障
确保能量回收过程中车辆的稳定性和安全性，防止对电池和其他部件造
2023-2026
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新能源电动汽车的车 辆电子控制系统设计
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目 录
• 引言 • 车辆电子控制系统概述 • 新能源电动汽车的特性与需求 • 新能源电动汽车的车辆电子控制系统设计 • 新能源电动汽车的车辆电子控制系统优化 • 新能源电动汽车的车辆电子控制系统实例分析
PART 01
引言
背景介绍
01
02
03
能源危机
随着传统能源的日益枯竭 ，能源危机已成为全球关 注的问题。
环境问题
传统燃油车的尾气排放对 环境造成严重污染，新能 源汽车成为环保需求下的 必然趋势。
技术进步
电子控制技术的不断发展 为新能源汽车的研发提供 了技术支持。
目的和意义
节能减排
新能源电动汽车能够显著 降低碳排放，缓解能源危 机，对环境保护具有重要 意义。
实时监测充电电流、电压、温度等参数，确保充电过程安全可靠。
能量回收系统的设计
能量回收控制
在制动或滑行过程中，控制电机回收车辆动能并转化为电能储存于 电池中。
能量回收效率优化
优化能量回收控制策略，提高能量回收效率和车辆续航里程。
纯电动汽车驱动系统设计及性能仿真
一 一
衄∞ 一 一
Ｐ 。一
＾
．
（ ２）
第三 ， 电动汽 车应具备 持续爬 坡 能力 ， 据最 大爬坡 度确定 电机 额定输 出功 率 根
（ ｇｆ￣ ｍｇｉ ａ ｒ ＋ ） ， （） ３
其 中 ｉ 电动 汽 车爬坡 速 度 ， 为 单位 为 ｋ ｈ 要使 电动 汽 车能 正常 行 驶 ， ｍ／ ． 电机 额定 功 率 Ｐ 必 须 同时 满 足 以上 ３ 条件 ， 个 又考 虑到机 械传递 效率 刁 则 ，
电池组 容量 选择 主要考 虑 电动 汽车行 驶 时的 最大 功 率 和行 驶 一定 距离 所 消耗 的能 量． 在选 定 蓄 电池 型号 的条件 下 ， 电池组 容量 取决于 蓄 电池 数 目． 此 ， 因 根据 电动汽 车 所需 最 大功 率 和续 驶 里程 确 定 蓄 电池
数 目 ｒ ／ ．
其 中 ： Ｖ Ｃ ， 分别 为每块 蓄 电池 的容量 和 电压 ； 为单 位 路 程 （ ｍ） 消耗 能 量 ， 位 为 ｋ ； 为 续驶 里 Ｗ ｋ 所 单 Ｗ Ｌ 程 ， 位为 ｋ 单 ｍ． 根 据 （） （） ７ ，８ 式所列 条件 得到 ７ ， 则 电动汽 车需 要蓄 电池 数 目即为 ｎ Ｔ Ｘ ， ） ＂ ｎ， ／ ｚ ≥Ｉａ ｛ ｚ． Ｉ
作者简介： 树健（９８ ）男 ． 高 １ ８ 一 ， 山东 临 沂 人 ， 安 大 学 硕 士 研究 生 ， 要 从 事 汽 车 新 能 源 研究 ； 丁 跃 （ ９０一 ， ， 长 主 陈 １６ ）男 安 徽 安 庆 人 ， 安 大 学 教 授 ， 士 生 导 师 ， 要从 事新 能 源 车辆 、 制 技 术 和 太 阳 能 汽 车 等 研 究 ． 长 硕 主 控
车动力 性 能和续 驶里程 ．
纯电动车动力系统课件
控制器通过采集车辆和驾驶员的信号， 计算出电机的目标转矩和转速，然后输 出相应的控制信号给电机驱动器，驱动
器再控制电机按照目标值进行工作。
控制器的性能直接影响纯电动车的动力 性能、经济性能和安全性能。
充电设备工作原理
充电设备是纯电动车的重 要辅助设备之一，主要负 责为电池充电。
充电设备主要由充电枪、 充电座、充电控制单元和 电源等组成。
电池工作原理
铅酸电池工作原理
铅酸电池利用化学反应产生电能。正负极之间填充有硫酸铅和电解液，当电池充电 时，正极上的硫酸铅转化为二氧化铅，负极上的硫酸铅转化为海绵状铅。
当电池放电时，正负极上的物质重新转化为硫酸铅，同时释放出电能。
控制器工作原理
控制器是纯电动车动力系统的核心部件 之一，主要负责控制电机的启动、停止、
市场份额逐年增加。
纯电动车的优缺点
优点
零排放、低噪音、低维护成本、高效率、可再生能源利用等。
缺点
续航里程相对较短、充电时间长、电池寿命和成本问题等。
02
纯电动车动力系统组成
电动 机
电动机类型
直流电动机、交流感应电动机、永磁 同步电动机等。
电动机性能
功率、扭矩、转速等参数对车辆性能 的影响。
动力电池
介绍控制器在纯电动车动力系统中的主要 功能，如调速、能量管理、故障诊断等。
控制策略
分析不同控制策略的特点和适用场景，如 PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
硬件与软件架构
介绍控制器的硬件和软件架构，以及它们 对控制器性能的影响。
可靠性与安全性
评估控制器的可靠性和安全性，以及在出 现故障时的应对措施和安全防护措施。
电池类型
纯电动汽车两档式驱动桥设计
纯电动汽车的两档式驱动桥设计通常采用单速和双速两种类型，其中双速驱动桥可以提高车辆的加速性能和能效。
以下是关于纯电动汽车两档式驱动桥设计的基本原理和特点：
单速驱动桥设计：
-工作原理：单速驱动桥设计中只包含一个齿轮组合，通过电机直接驱动车轮。
-特点：
-结构简单，成本较低。
-加速平顺，适用于城市行驶和日常驾驶需求。
-限制了车辆在高速时的加速性能和效率。
双速驱动桥设计：
-工作原理：双速驱动桥设计中包含两个齿轮组合，可以切换不同的齿轮比来实现不同速度范围的工作。
-特点：
-提高了车辆在起步和加速阶段的性能，改善了动力输出曲线。
-在高速行驶时，可选择更高的齿轮比以提高能效和续航里程。
-需要更复杂的传动系统设计，成本和重量可能会增加。
设计考虑因素：
1. 电机功率和扭矩输出：双速驱动桥需要更大功率和扭矩输出的电
机来支持不同速度下的加速需求。
2. 变速箱设计：设计合适的变速箱和齿轮组合以满足不同工况下的动力需求。
3. 控制系统：需要智能控制系统来实现齿轮比的切换和协调电机、变速箱等部件的工作。
4. 性能与效率权衡：在设计中需要平衡加速性能、能效和续航里程等方面的需求。
双速驱动桥设计可以优化纯电动汽车的性能表现，提高驾驶体验和整体效率，是未来发展的一个重要趋势。
纯电动汽车动力驱动系统参数优化设计及性能仿真研究
尸＝
一＋
吃
（） １
式 中 ， 为整 车质 量 （ ）厂 滚动 阻力 系数 ； Ｍ ；为 Ｃ 为 迎 风 阻 力 系数 ； 为 迎 风 面积 （ ） Ｄ ｍ ； 最高 行驶 车速 （ｍ／） ｋ ｂ。 为
另 外 ， 电动 汽 车 的 蓄 电 池 所 输 出 的 电 能 和 电 量 应 该 能 够 维 持 电 动汽 车 在 一 定 工 况 下 行 驶 额 定
＋
击 ＋ 击
㈤ 的行 驶 阻力确 定 传动 系速 比下 限为
一 ｆ ≥
ｔ
式 中 ， 为 汽 车 旋 转 质 量 换 算 系 数 ； 为 车 Ｌ
率之 和 。电动汽 车 以最高 车速 行驶 消耗 的功 率为
３ ）以最 高 车 速稳 定 行 驶 的 能 力 。在 电 动 汽 车 上 ， 电动 机 发 出的 功 率 应 该 能 够 维 持 车 辆 以 最 高
车速 行驶 。 ４ 爬 坡 能 力 。 电动 汽 车 能 以 一 定 的速 度 行 驶 ）
务Ｉ
匐 似
纯 电动汽 车动 力驱 动系统参数优化设计及性能 仿真研 究
Ｐｕｒ ｅｃｔ ｉ ｅｈｉ ｅ ｄｒｖｅ ｓ ｔ ｅ ｅｌ ｒｃ ｖ ｃｌ ｉ ｙｓ ｅｍ ｐａｒ ａｍ ｅｔ ｓ ｏｐ ｉ ｉ ａｔ ｏｎ ｄｅｓ ｇｎ ａｎｄ ｅｒ ｔ ｍ ｚ ｉ ｉ ｐｅｒｏｒ ａｎｃｅ ｆ ｍ ｓｉ ｕｌ ｔ ｏｎ ｓ ｕｄｙ ｍ ａ ｉ ｔ
ｌ
１３ 根据电动汽车加速性能确定 电动机功 率 ．
电 ３ Ｚ ＝ ｇ“＋ ｃ Ａ ３＋６ ｄ （） Ｐ ｆ Ｍ
。
訇 化
厶 一≥ ｆ
ｔ 一
（） ９
电动汽车电驱动理论与设计 第2版-电动汽车电驱动理论与设计-03-电动汽车电驱动系统参数匹配
1
1
i
电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 2500
电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 150 100 车 速 V/(Km/h) 1000 50 0 0 500 时 间 t/s 1500
50 车 速 V/(Km/h) 0 500 0
M HEV [(1 HFW ) ice bat HFW em ] T
为蓄电池效 为发动机效率利用指数； HF 式中： 为混合动力系统的动力混合程度； 率； 为电机驱动系统效率利用指数； 为传动系效率。
高效区利用率 基于工况的运行效能 效率利用指数 系统匹配指数
电驱动系统评估方法
电机驱动系统综合性能评价指标
1. 高效区利用率 定义为电机驱动系统效率位于某区间的工作点数量与全部工作点数量的比值，记为 i 高效区利用率定义为效率大于80％的工作点数量与全都工作点数量的比值。 N i i N 以表3-2所示的国内某混合动力汽车参数为例，结合具体行驶工况进行仿真。图3-13 为两种典型行驶工况，图3-14为电机驱动系统工作点分布范围。
由电动机的最大输出转矩和最大爬坡度对于的行驶阻力确定传动系的速比下 限为
电动车辆电驱动系统性能评估方法和标准
汽车行驶工况
按照用途来分，行驶工况可分为标准工况和非标准工况。标准工况是由一个国家或 地区通过法规形式确立的用于认证和检测等用途的行驶工况。非标准工况则属于一 些研究机构和汽车厂商用于特定研究用途的非法规类行驶工况。 按表现形式分，行驶工况可分为瞬态和模态工况。瞬态工况的速度——时间曲线与 车辆实际运行过程非常相似，更符合车辆实际行驶特征；模态工况的车速——时间 曲线主要由一些折线段组成，分别代表匀速、匀加速和匀减速等运行工况.
纯电动汽车两档式驱动桥设计
纯电动汽车两档式驱动桥设计介绍纯电动汽车作为一种环保、高效的交通工具，越来越受到人们的关注和青睐。
在纯电动汽车的设计中，驱动系统起着至关重要的作用。
其中，驱动桥作为传递电能到汽车轮胎的关键组件，其设计与性能将直接影响到整车的动力性能、行驶稳定性和能耗。
近年来，随着技术的不断发展和创新，越来越多的纯电动汽车采用了两档式驱动桥的设计。
相较于传统的单档式驱动桥，两档式驱动桥在提供更强劲动力和更高效能耗之间找到了更好的平衡点。
本文将对纯电动汽车两档式驱动桥的设计进行详细介绍。
两档式驱动桥的原理两档式驱动桥是指具有两个不同传动比的转向齿轮，通过控制两个齿轮的配比和驱动电机的输出转速，实现对汽车轮胎的转速和扭矩的调节。
基本原理是通过在驱动桥上增加一个或多个齿轮组来实现传动比的改变，从而提供两个不同的挡位，以适应不同的驾驶需求。
两档式驱动桥的优势两档式驱动桥相较于单档式驱动桥有以下几个明显的优势：1. 提供更大的起动扭矩两档式驱动桥通过改变传动比，可以在起步时提供更大的扭矩输出。
相对于单档式驱动桥，两档式驱动桥可以更好地满足驾驶者在起步时所需的动力输出。
2. 提高电池使用效率通过调节传动比，两档式驱动桥可以将电能转换为机械能的效率最大化。
在低速行驶时，采用较大的传动比，可以使电动机在低速区域运行，更接近其最高效区。
而在高速行驶时，采用较小的传动比，则可以提高整车的传动效率。
3. 提升行驶性能和节能效果由于两档式驱动桥可以根据不同的驾驶条件和需要调整传动比，因此可以实现更好的行驶性能和更高的整车燃料效率。
在高速行驶时，采用较小的传动比，可以降低马达的转速和电能消耗，从而达到节能的效果。
4. 提高驾驶体验两档式驱动桥提供了两个不同的挡位选择，驾驶者可以根据自己的驾驶习惯和道路条件来选择合适的挡位。
这不仅可以提高驾驶者的驾驶体验，还可以提升汽车的操控性和稳定性。
实现两档式驱动桥的关键技术要实现两档式驱动桥，需要解决以下几个关键技术问题：1. 齿轮传动系统设计齿轮传动系统是两档式驱动桥的核心组成部分。
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第四节 纯电动汽车驱动系统设计
二、蓄电池数量和容量的选择 3.蓄电池容量的选择 动力电池的容量主要由纯电动汽车的续驶里程决定的
式中Cb—动力电池组的容量（A·h）；s—续驶里程 （km）；e—单位行驶里程消耗的能量（KJ/m）； Ub—动力电池组的工作电压（V）。
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
二、蓄电池数量和容量的选择 3.蓄电池容量的选择
图8-10配置有x=2的牵引电动机和三挡传动装置的纯电动汽车的驱动力曲线
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择
配置有x =4的牵引电动机和两挡传动装置的纯 电动汽车的驱动力曲线
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择
配置有x =6的牵引电动机和单挡传动 装置的纯电动汽车的驱动力曲线
高车速的要求，就可以直接采用固定速比的减速器。 这样不仅可以减轻纯电动汽车的质量，而且驾驶时无需
换挡，驾驶更为轻松。
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择
1.传动系统的传动比 传动系统的最小传动比就是主减速器的传动比i0。最 小传动比应满足车辆最高行驶速度的要求，设传动系 统的最小传动比为imin，则由最高车速Vmax(单位为 km/h)与电动机最高转速Nmax(单位为r/min)可确定最 小传动比，即
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 (1)辅助电源法辅助电源法
在漏电检测装置中，使用一个电压为110V的检测用 辅助蓄电池，并使辅助蓄电池的正极与待测直流电源 的负极相连，使辅助蓄电池的负极与车辆底盘连接。 绝缘性能良好的情况下，漏电电流为零; 绝缘下降情况下，产生漏电电流，此时检测装置根据 漏电电流的大小进行报警，并关断待测系统的电源。
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 （2）电流传感器
电流传感器是采用霍尔式电流传感器进行漏电检测。将待 测系统中电源的正极和负极一起同方向穿过电流传感器， 当没有漏电电流时，电流传感器输出电压为零。 当发生漏电现象时，电流传感器输出电压不为零。
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 3）变阻抗网络法
当开关S1闭合，S2断开时，则在正母线与电底盘之间接 入了标准偏置电阻Rc1，测量正、负母线与电底盘之间的 电压分别为Up2、Un2，同样可得
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 由上面两式可得
两个方面： 选择的蓄电池容量越大，蓄电池组所储存的电能就越 多，续驶里程也相应越长； 但蓄电池组的质量增加，整车的整备质量增加，导致 行驶阻力也增加，反过来又影响纯电动汽车的续驶里 程。
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择 在选择变速器传动比的时候，存在单挡或多挡两种方案。 如果所选电动机的调速范围足够宽，能够达到动力性和最
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择 汽车变速器各挡的传动比应该按等比级数分配，一般 比值不大于1. 7一1. 8。根据最大传动比与最小传动比 之间的比值，由各挡之间的公比今可以确定挡位数n， 即
式中q—各挡之间的公比。
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择 在分配各挡传动比时，为充分利用牵引电动机的功率， 应保证各挡的功率曲线互相衔接。电动汽车功率平衡 曲线如图4-13所示。图4-13 a中I挡和II挡的功率曲线 较好衔接。
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择 （2）最大传动比的选择
对于配备多档变速器的纯电动汽车传动系统，其最大 传动比itmax为变速器I档传动比ig1与主减速器传动比i0 的乘积。确定传动系统最大传动比就是确定变速器I档 传动比ig1. 1）最大爬坡度。汽车爬坡时车速低，可不计空气阻力， 汽车的最大驱动力应为
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的选择
2）附着条件。确定最大传动比后应验证是否满足附着 条件，即
式中Fz—驱动轮受到的地面垂直反力。验算时，附着系 数职可取0. 5一0. 6 0
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
三、传动系统参数的 选择
2.传动系统挡位数 单挡或多挡传动装 置的应用主要取决 于电动机的转速一 转矩特性。
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 3）变阻抗网络法
在一些电动汽车上，常 采用变阻抗网络法来测 量蓄电池对底盘的绝缘 电阻系统
一、蓄电池组的绝缘检测 2.绝缘检测的方法 3）变阻抗网络法
当开关S1、S2全部断开时，测量正、负母线与电底盘之 间的电压分别Up1、Ua1，由电路定律得到：
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
二、蓄电池数量和容量的选择
2.蓄电池数量的选择 蓄电池组需要向电动机提供足够的功率以满足电动机的 峰值功率要求，故蓄电池组动力电池模块数量的最大值 为
式中Nbmax—动力电池模块的最大数量；Pmmin—电动机的 最大功率（kW）；Dpower—动力电池的功率密度；ηmc— 电动机及其控制系统的效率；Mmod—动力电池模块的质 量（kg）。
电动汽车功率平衡曲线
第五节 纯电动汽车蓄电池管理系统
一、蓄电池组的绝缘检测 1.绝缘检测的意义
在较高的电压下，电缆线绝缘介质容易老化，受潮湿 环境的影响及其他因素的影响，容易导致高压系统线 路和车辆底盘之间的绝缘性能下降，致使蓄电池组通 过不良的绝缘层漏电，使底盘电位升高。
这不仅会危及车上乘员的人身安全，而且还会影响 低压电器和车辆电子控制器的正常工作。
纯电动汽车驱动系统设计
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
二、蓄电池数量和容量的选择 1.纯电动汽车蓄电池的类型
第四节 纯电动汽车驱动系统设计
二、蓄电池数量和容量的选择 2.蓄电池数量的选择 蓄电池得要串联起来为电动机供电
式中Nbmin—动力电池模块的最小数量；Ummin—电动 机的最小工作电压（V）；Ubmin—动力电池模块的最 小电压（V）。