某款纯电动客车驱动电机设计及仿真分析
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析张琼;高松;王玉成;温延兵;李博【摘要】Matching design of the electric vehicle power system parameters has a great influence on the vehicle performance .According to the basic structural parameters of vehicle and target performance requirements ,we determine the detailed design and calculation method for the pa‐rameters of power transmission system .Through the design of parameters for the motor ,battery and transmission system and rational selection ,w e ensure that the pow er performance and the e‐conomic performance of the vehicle to the optimal value .Then we establish the simulation model of the pure electric bus by Cruise ,evaluate and analyze the performance index parameters by the simulation results .Especially for modeling and simulation of power battery ,we analyze the design and selection of battery parameters w hether meet the requirements by the performance data ob‐tained through simulation . The results show that the design of the power system matching scheme can satisfy the vehicle dynamic performance and economic performance perfectly ,and pro‐vides a new idea for the matching analysis of pure electric bus .It has a certain theoretical guiding significance .%电动汽车动力系统参数匹配设计对整车性能有很大影响，根据整车基本结构参数和目标性能要求，确定动力传动系统各参数的具体设计计算方法，通过对电机、电池及传动系统参数的设计匹配与合理选型来确保整车动力性能和经济性能发挥到最优值。
纯电动汽车驱动系统设计及仿真毕业设计论文
纯电动汽车驱动系统设计及仿真学院专业年级班别学号学生姓名指导教师2015年 6 月摘要随着环境污染的加剧和资源的日益短缺，纯电动汽车（EV）凭借能源利用率高、环境污染小的特点得到广泛关注和快速发展，成为当前研制取代内燃机汽车的首选车型，其发展前景广阔。
作为纯电动汽车核心部件之一，驱动系统直接决定了纯电动汽车整车性能优劣,目前我国的纯电动汽车存在的主要问题是续航里程少和动力能源电池成本高，基于此种情况，对驱动系统进行合理设计，是提高电动汽车的动力性能和增加续航里程的有效手段，所以文章对纯电动汽车驱动系统进行设计研究。
本文首先分析了纯电动汽车的特点，包括无污染、噪声低、结构简单、能源效率高且多样化等。
然后分析了纯电动汽车驱动系统的整体结构和工作原理，并以某普通普及车型为基础，对驱动系统进行设计改善。
先确定相应动力参数目标，然后根据整车参数进行理论计算，参考相应手册和市场上的部件，选择合适的驱动系统结构装置，如电机、蓄电池的类型和相关参数。
最后利用车辆系统仿真软件ADVISOR（Advanced Vehicle Simulator）对纯电动汽车进行动力性能仿真实验。
首先建立了仿真模型，包括选择传动系统类型、设置参数、设计控制策略，然后选择仿真工况进行加速性能和爬坡性能的仿真，最后得到仿真性能结果图表,包括仿真参数图、参数仿真报告、能源消耗图、虚拟回放。
基于符合初始设计技术要求的参数，利用ADVISOR里的AUTOSIZE软件模块进行参数优化，然后对得到的优化参数值进行仿真，进一步分析纯电动汽车驱动系统仿真动力性能，确定最优参数。
关键词：纯电动汽车、驱动系统、结构参数、动力学、仿真AbstractWith the environment pollution increasing and and the growing shortage of resources, and because it’s high availability in energy and mild pollution , Battery Electric Vehicle (BEV) becomes the preferred designed model which might take the place of internal combustion engine cars, it has good development prospect. The drive system is one of the core part for the Electric Vehicle, it directly decides the vehicle performance of the whole car. At present, the biggest troubles for BEV in China are the limited driving mileage and high cost in power battery. Based on the situation, design and improve the drive system performance is a efficient method for promote the vehicle’s dynamic performance and longer range.This article research and design for the BEV’s drive system. Firstly, the article analyzes BEV’s characteristic, including no air pollution, noiseless, simple construction, highly efficient using and diversity in energy. Secondly, the article analyzes BEV’s fundamental construction and it’s working principle. Then redesign and make improvement based on a common car, be certain with the relative dynamic parameters and calculate theoretically, considering about the parts on the market, choose the suitable structure devices.For instance, the type and relevant parameters of the motor and accumulator battery. Finally, use simulation software ADVISOR to do the test for BEV’s dynamic performance. To begin with, establish the simulated model, includes, picking the driveline type, set relevant parameters, establish control strategy. Then, choose the simulated BEV’s working condition and perform accelerated performance and climbing ability tests simulation. At last, the diagram result of the simulation which consist of simulation parameters diagram, simulation report, energy consuming graph and virtual replay result will come out. Based on the parameters which fit the requirement, the article use the ADVISOR’s part AUTOSIZE to optimize parameter, and simulated again, then ulteriorly analyze the EV drive system dynamic performance and getthe final best parameter.Key words：Pure Electric Vehicle，Drive system，Structure parameters,Dynamic performance，Simulation目录1绪论 (1)1.1 题目背景及目的 (1)1.2 国内外研究状况 (1)1.3 题目研究方法 (2)1.4 论文构成及研究内容 (3)2纯电动汽车的简单分析 (4)2.1 纯电动汽车的特点 (4)2.2 纯电动汽车在我国的发展现状 (5)2.3 驱动系统基本结构形式 (6)2.4 驱动系统工作原理 (7)3驱动系统参数设计 (9)3.1 电动机类型和性能参数的选择 (12)3.2 蓄电池类型、数量、容量的选择 (16)3.3 传动系统参数的选择 (19)4利用ADVISOR驱动系统性能仿真 (21)4.1 仿真软件ADVISOR简介 (21)4.2 定义车辆的仿真参数 (22)4.2.1 选择传动系统类型 (22)4.2.2 设置部件的仿真参数 (23)4.2.3 设计控制策略 (23)4.3 运行仿真 (23)4.3.1 选择仿真工况 (23)4.3.2 加速性能仿真和爬坡性能仿真 (24)4.4 仿真结果及分析 (25)4.4.1 仿真参数图 (25)4.4.2 参数仿真报告 (25)4.4.3 能源消耗图 (26)4.4.4 仿真结果总结 (27)4.5 本章小结 (27)5电动汽车驱动系统参数优化匹配 (28)5.1 参数优化和仿真结果分析 (28)5.2 本章小结 (31)6总结和展望 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1 绪论1.1题目背景及目的汽车给人们的生活带来了很多的便利，但同时也给人们带来了“能源消耗，环境污染”两个大问题。
基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析
基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析摘要动力系统参数的选择与匹配对电动汽车的动力性和经济性会产生很大的影响。
文章在理论计算和系统分析的基础上，对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配，分析了纯电动汽车动力系统参数的选择对电动汽车性能的影响。
GT-suite 仿真结果表明，所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求。
为纯电动汽车动力系统参数选择与匹配提供了参考。
关键词电动汽车动力系统参数匹配动力性仿真中图分类号：U463. 23 文献标识码：A电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。
电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。
近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，尤其是在我国，逐步向小批量商业化生产的方向发展。
电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。
考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是很有意义的。
1电动汽车动力系统参数要求电动汽车的动力性主要取决于动力及传动系统参数匹配，包括动力电池、驱动电机及传动系统控制器等部件。
根据设计要求，本电动汽车设计参数为：最高车速150km/h，最大爬坡度》30%，续驶里程》180km。
0100km/h的时间为： < 15s。
相关的车辆参数为：汽车整备质量: 1600kg ;迎风面积：2.19m2;长？卓？赘呤滴？631?? 790??470 m m ；轴距为：2650；滚动阻力为：0.0015；风阻系数：0.296 。
2电机参数匹配电机作为电动汽车主要动力源，电机的匹配对电动汽车性能起着关键作用。
电机匹配主要考虑参数为电机的额定功率、峰值功率，电机的最高转速、额定转速。
2.1电机额定功率、峰值功率的选择电机功率的高低直接决定了汽车动力性的好与坏。
电机额定功率越大，电动汽车的加速性能和最大爬坡度就越好，但是带来的是电机体积与质量的增加，而且此时电机不能保持在较高效率下工作，降低车辆的能量利用效率，缩短了汽车的续驶里程。
某8 m纯电动客车动力系统参数设计及仿真分析
12第4期客车技术与研究BUS &COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH N〇.42017某8 m纯电动客车动力系统参数设计及仿真分析张红，郑泽亮，孟国庆(中通客车控股股份有限公司，山东聊城252000)摘要：以自主研制的某款8 m纯电动客车为对象，对动力传动系统参数进行匹配设计；基于Cruise软件建立其模型并进行仿真分析。
结果表明，设计的8 m纯电动客车满足设计要求。
关键词！纯电动客车；动力系统；参数设计；仿真分析中图分类号:U463.2;U469.72 文献标志码：B文章编号：1006-3331 (2017)0 4-0012-04 Parameters Design and Simulation Analysis of Powertrain System for an 8 m Pure Electric BusZhang H ong,Zheng Zeliang,M eng G uoqing(Zhongtong Bus H olding Co.,Ltd,Liaoeheng252000, China)Abstract:Taking a self- developed8 m pure electric bus as the object,the authors match and design its powertrain parameters,and establish its model as well as carry out simulation analysis based on Cruise software.The results show that the designed8 m pure electric bus meets the design requirements.Key words:pure electric bus;powertrain system;parameter design;simulation analysis电动汽车以其噪声小、零排放等优点成为理想的交 通工具，是21世纪的重要交通工具和清洁汽车技术的 最佳解决方案[1-2]。
纯电动客车驱动电机选型及优化仿真
纯电动客车驱动电机选型及优化仿真孙贵斌;杨云东;王耀;曹竞辉【摘要】To optimize the selection of motors on pure electric buses working in driving cycles in a typical Chinese city, a vehicle module was built using CRUISE software, and vehicle performance simulations were made before and after optimization of the drive motor model. The results show that the motor model is well optimized, with a 4. 1% kilowatt⁃hour decrease and a 4. 6% decrease of fuel⁃range in driving cycles in a typical Chinese city, a decrease of 4. 2% kilowatt⁃hour decrease and a 8. 5% increase of fuel⁃range at uniform speed of 40 km· h-1 .%基于中国典型城市循环工况下对纯电动客车驱动电机进行选型优化，利用CRUISE仿真软件搭建整车模块，对驱动电机选型优化前后分别进行整车性能仿真．结果表明：对纯电动客车驱动电机选型优化较合理，优化后整车在中国典型城市循环工况下百公里耗电量下降4．1％，续驶里程增加4．6％，匀速40 km·h－1工况下百公里耗电量下降4．2％，续驶里程增加8．5％．【期刊名称】《厦门理工学院学报》【年(卷),期】2016(024)003【总页数】6页(P6-11)【关键词】纯电动客车;驱动电机;选型优化;循环工况;续驶里程【作者】孙贵斌;杨云东;王耀;曹竞辉【作者单位】厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024;厦门理工学院机械与汽车工程学院，福建厦门361024【正文语种】中文【中图分类】U469.72新能源汽车作为国家重点发展战略，在我国已得到快速发展[1-3].与传统汽车相比，纯电动汽车在节能环保方面具有较大优势，成为新能源汽车重点发展方向之一.目前，由于电力驱动、动力电池等关键技术方面还未成熟，使得纯电动汽车续驶里程较短，制约了纯电动汽车的发展与普及.续驶里程作为电动汽车首要经济性能指标，如何提高续驶里程成为国内外电动汽车研究的主要目标.为增加纯电动汽车续驶里程，需要提高能量利用率，降低能量损耗.目前，研究者主要从纯电动汽车传动系统合理匹配、驱动电机及最优控制策略、电池能量管理技术和能量回收等方面进行研究[4]，而驱动电机作为纯电动汽车系统关键部件，在整车能量损耗占很大比例，因此，合理匹配驱动电机、提高电机效率，对于提高能量利用率，增加续驶里程具有重要作用.本文基于中国典型城市循环工况下确定某型6.6 m纯电动客车驱动电机所需的额定转速和额定功率，对驱动电机进行选型优化，以合理匹配驱动电机，提高整车性能.电动汽车的性能指标包括整车动力性指标和续驶里程.动力性指标主要包括3个方面:最高车速、加速时间、最大爬坡度[5].针对设计的某型国产6.6 m纯电动客车进行关键部件的选型和匹配.整车基本参数与性能指标设计要求如表1和表2所示.目前，电动汽车驱动电机主要是根据整车的性能指标设计要求并依据理论公式来确定电机的基本参数，从而对驱动电机进行选型匹配.驱动电机的基本参数包括峰值功率、额定功率、额定转速、最高转速、额定转矩以及最大转矩.2.1 峰值功率和额定功率的确定电动汽车以最高设计车速在路况良好的道路上行驶时需要克服滚动阻力和空气阻力，根据最高车速Vmax确定驱动电机所需最大功率Pmax,1，即电动汽车在一定车速下以最大爬坡度爬坡行驶时需要克服坡度阻力、滚动阻力和空气阻力，根据爬坡性能确定驱动电机所需最大功率Pmax,2，即式(2)中：Vp为爬坡速度，15 km·h-1，其它参数见表1.电动汽车在水平良好的路面上加速行驶过程中需要克服滚动阻力、空气阻力和加速阻力，根据加速性能确定驱动电机所需最大功率Pmax,3，即式(3)中：Va为加速过程中任意时刻速度，其它参数见表1.根据表1和表2整车基本参数和性能指标要求，由式(1)(2)可得驱动电机所需要的功率:Pmax,1=70.9 kW,Pmax,2=53.5 kW.在式(3)中，由于电动汽车在加速过程中，车速在不断变化，加速度会不断降低，导致加速阻力减小，空气阻力随着车速增高而不断增大，整车的需求功率也在变化.为了满足整车的加速性能，通常拟合一条加速曲线[6]，在Matlab/Simulink中搭建公式(3)的模块，通过拟合的加速曲线求出加速时所需整车功率.图1为加速需求功率Simulink模型图.查找Scope模块，可知整车需求功率在13 s之前迅速增加，达到118.7 kW,13 s 之后需求功率趋于平衡，可得到纯电动客车在加速行驶过程中所需要的最大功率Pmax,3=118.7 kW.电机所需要的最大功率驱动电机的峰值率必须同时满足上述情况，可以得到驱动电机的峰值功率，峰值功率P max≥Pmax，i(i=1,2,3)，即Pmax≥118.7 kW,取驱动电机的峰值功率Pmax=120 kW.电机的过载系数取值范围为2～3，且该车以100 km·h-1的车速在水平道路上行驶时所需要的功率Pmax,1=70.9 kW,取电机的过载系数为2，电机的额定功率为Pe=60 kW.2.2 最高转速和额定转速的确定驱动电机的最高转速一般由整车性能指标要求中的最高车速确定，即：将表1和表2的相关参数代入式(4)中可以得到，nmax≥ 3 836 r·min-1，取驱动电机的最高转速为nmax=4 000 r·min-1.由电机的扩大恒功率区系数β=nmax/ne的取值范围一般为2～3，且该电动客车常规车速为50 km·h-1时电机转速为1 918 r·min-1,取电机的额定转速为ne=2 000 r·min-1.2.3 额定转矩和最大转矩的确定驱动电机的最大转矩需要满足两方面要求：一是满足电动汽车起步加速时转矩要求；二是满足电动汽车在一定车速下以最大爬坡度爬坡行驶时的转矩要求.通常情况下，爬坡行驶时对驱动电机的最大转矩要求更高.驱动电机的最大转矩以设计的最大爬坡度行驶时的要求确定.电动汽车以一定车速爬坡行驶时，需要克服滚动阻力、空气阻力和坡度阻力，即：根据表1和表2相关参数带入式(5)可得，Tmax≥887.5 N·m，取驱动电机的最大转矩为Tmax=900 N·m.驱动电机的额定转矩可根据功率-转速-转矩关系公式求取，即将相关参数带入式(6)中可得，Te=286 N·m，取驱动电机的额定转矩Te=300 N·m.驱动电机是纯电动汽车的核心部件，电机的选型影响着电动汽车的动力性和经济性[7].电机在工作过程中一般应满足电机机械特性.电机运行区域分为恒转矩区间和恒功率区间，其中电机转速运行在额定转速附近的区域称为电机的高效区间.当电机运行在高效区间时电机的能量损耗降低，这不仅有利于提高电动汽车的动力性，而且能够增加电动汽车的续驶里程.然而，长期以来，电动汽车驱动电机的选型匹配，主要是根据整车基本参数和整车性能设计指标要求并依据理论公式来确定电机的基本参数，这种选型方法很可能会使选型的驱动电机运行时脱离高效区间，导致不必要的能量损耗.基于中国典型城市循环工况对驱动电机进行选型优化，能够使电机的工作点与电机的高效区间相匹配[8].国内已有学者进行了相关研究：林鑫焱[9]研究电机内部损耗和基于NEDC工况来匹配电机，王禺寒[10]通过研究国外十种工况确定电机的额定功率.但这些研究主要是针对电动汽车进行研究，本文基于中国典型城市循环工况，针对6.6 m纯电动客车驱动电机进行选型优化.中国典型城市循环工况如图2所示.把基于中国典型城市循环工况得到的需求功率划分为几个区间，每个区间功率差为20 kW，即[0,20],[20,40],[40,60],[60,80]等区间.图3为需求功率图.利用MATLAB软件对工况点进行频率统计，得到各区间所占比例分别为：[0,20]区间13.6%，[20,40]区间34.6%，[40,60]区间30.5%，[60,80]区间15.4%，80 kW以上区间5.9%.需求功率在[0，80]区间所占比例达到94.1%.对电机的需求功率进行加权取平均值[11].功率加权公式为式(7)中：x1，…，xi为功率加权系数，取值不同功率不同；p1，…，pi为需求功率，与各区间功率差有关,pi=ip1，p1=20 kW.因需求功率在[20-40],[40-60]区间所占比例较大，取i=4.根据不同的加权系数可得到功率值，如表3所示.把基于中国典型城市循环工况得到的电机需求转速划分为[0,500]，[500,1 000]，[1 000,1 500]，[1 500,2 000]，[2 000,2 500]等区间，转速差为500 r·min-1.图4为需求转速图.利用MATLAB软件对转速点进行频率统计，得到各区间所占比例分别为[0,500]区间7.2%，[500,1 000]区间12.6%,[1 000,1 500]区间26.7%，[1 500,2 000]区间32.8%，[2 000,2 500]区间11.4%，2 500 r·min-1以上区间为9.3%.转速在[500,2 500]所占比例最大，为83.5%.对驱动电机的额定转速进行加权取平均值，转速加权公式为式(8)中：y1，…，yi为转速加权系数；n1，…，ni为需求转速，与各区间转速差有关,ni=in1，n1=500 r·min-1.由于在[500,2 500]区间所占比例较大，取i=4.根据不同的转速加权系数可得到需求转速值，如表3所示.选型优化后匹配的驱动电机的基本参数为：额定功率50 kW,峰值功率120 kW，额定转速1 750 r·min-1,最高转速4 000 r·min-1,额定扭矩250 N·m，最大扭矩900 N·m.确定动力电池参数需要考虑电池能量和最大输出功率,确保电动汽车的动力性与续驶里程[12].动力电池的匹配与等速续驶里程要求有关.等速续驶里程是指电池在额定容量条件下，在良好路面上等速行驶时能够行驶的距离.续驶里程的计算公式为式(9)中:S为续驶里程；Vd为等速工况下的行驶速度，40 km/h；W为动力电池总能量；P为等速行驶时整车消耗能量；ηe为电机和电机控制器的传动效率.由整车性能设计指标要求，并依据GB/T 18386—2005《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》相关要求,选择单体电压为3.6 V,电池组电压为500 V,单体容量为30 A·h,电池组容量为120 A·h的锂离子动力电池，电池组数目为560个，连接方式为4并联140串联.应用CRUISE软件对整车性能进行仿真,对驱动电机选型优化前后整车动力性能和续驶里程进行对比.在CRUISE软件中建立整车仿真模型,如图 5所示.在CRUISE项目文件中设置仿真任务，输入中国典型城市循环工况数据，仿真任务包括在中国典型城市循环工况下的百公里综合耗电量和等速40 km·h-1工况下运行时的百公里耗电量.仿真结果可查找CRUISE中CRUISE.log文件.该车驱动电机选型优化前后在中国典型城市循环工况和等速40 km·h-1工况下百公里耗电量和续驶里程如表4所示.依据理论公式对驱动电机进行选型，并在中国典型城市循环工况下对驱动电机的选型进行优化，匹配另一款能在高效区间运行的驱动电机.采用CRUISE软件搭建了该电动客车的仿真模型，对选型优化前后匹配的两款不同驱动电机整车性能分别进行仿真.仿真结果表明：在中国典型城市循环工况下整车百公里耗电量下降4.1%，续驶里程增加4.6%，匀速40 km·h-1工况下百公里耗电量下降4.2%，续驶里程增加8.5%.【相关文献】[1]郭春林，甄子健，武力，等.电动汽车发展前景与关键因素分析[J].汽车工程，2012(9):852-859.[2]万钢.中国“十五”电动汽车重大科技专项进展综述[J].中国科技产业，2006(2)：110-116.[3]杨峰,傅俊.纯电动汽车经济性比较与分析[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2009,31(2):286-288.[4]姬芬竹,高峰,周荣.电动汽车传动系统参数设计和续驶里程研究[J].辽宁工程技术大学学报,2003,25(3):426-428.[5]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(自然科学版)，2007,30(5)：32-34.[6]刘小飞.纯电动轿车动力系统参数匹配及电机控制策略研究[D].长春：吉林大学,2011：27-34.[7]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，2011，37(35):30-31.[8]徐萍萍,宋建国,沈光地.电动汽车电机驱动系统特性研究[J].2007,40(11):43-50.[9]林鑫焱.基于循环工况的纯电动汽车驱动电机参数匹配及优化仿真研究[D].镇江：江苏大学，2014：42-60.[10]王禺寒.考虑循环工况的纯电动汽车动力传动系统参数匹配[D].重庆：重庆大学，2013：27-31.[11]DKARIMI M,MOKHTARI H,IRAVANI M R.Wavelet based on-line disturbance detection for power quality application[J].Power Delivery,2000,15(14):1 212-1 220.[12]赵兴福.电动汽车蓄电池的建模与仿真研究[D].武汉：武汉理工大学,2004：25-43.。
某纯电动车驱动电机选型及仿真分析
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《2024年电动汽车动力系统设计及仿真研究》范文
《电动汽车动力系统设计及仿真研究》篇一一、引言随着全球对环境保护和能源可持续性的日益关注，电动汽车（EV）已成为未来交通发展的关键方向。
电动汽车动力系统作为其核心部分，其设计及仿真研究显得尤为重要。
本文旨在探讨电动汽车动力系统的设计原理、关键技术及其仿真研究，以期为电动汽车的进一步发展提供理论支持。
二、电动汽车动力系统设计1. 电池系统设计电池是电动汽车的动力来源，其性能直接影响到整车的续航里程、充电速度和使用寿命。
电池系统设计应考虑电池类型（如锂离子电池、铅酸电池等）、电池容量、电池组布局以及热管理等方面。
其中，电池组布局需考虑到空间利用率、散热效果和安全性等因素。
2. 电机系统设计电机系统是电动汽车的动力执行机构，其性能直接影响整车的动力性能和运行效率。
电机系统设计包括电机类型选择（如直流电机、交流感应电机、永磁同步电机等）、电机控制器设计以及传动系统设计等。
3. 电力电子系统设计电力电子系统是连接电池系统和电机系统的桥梁，负责实现电能的控制和转换。
电力电子系统设计包括功率电子器件选择、功率转换器设计以及能量管理系统设计等。
三、仿真研究仿真研究是电动汽车动力系统设计的重要环节，通过建立动力系统的数学模型和仿真模型，对设计方案进行验证和优化。
仿真研究主要包括以下几个方面：1. 电池系统仿真通过建立电池系统的电化学模型和热模型，模拟电池在不同工况下的充放电过程和温度变化过程，为电池管理系统提供参考依据。
2. 电机系统仿真建立电机系统的电磁模型和机械模型，模拟电机在不同工况下的运行状态和性能表现，为电机控制器设计和优化提供依据。
3. 电力电子系统仿真通过建立电力电子系统的电路模型和控制模型，模拟整车的能量流和功率流，优化能量管理策略，提高整车运行效率。
四、案例分析以某款电动汽车为例，进行动力系统设计的实际案例分析。
首先，根据整车性能要求，确定电池系统、电机系统和电力电子系统的设计方案。
然后，建立各系统的数学模型和仿真模型，进行仿真分析。
纯电动汽车驱动系统选型及仿真研究
纯电动汽车驱动系统选型及仿真研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，纯电动汽车作为一种环保、节能的交通工具，正逐渐受到人们的青睐。
然而，纯电动汽车驱动系统的选型及其性能优化是一个复杂而关键的问题。
本文旨在深入研究纯电动汽车驱动系统的选型原则、影响因素及优化方法，并通过仿真分析验证所选驱动系统的性能表现。
文章将概述纯电动汽车驱动系统的发展历程和现状，分析不同驱动系统的优缺点及适用范围。
在此基础上，提出驱动系统选型的基本原则，包括动力性、经济性、可靠性和环保性等方面的要求。
文章将详细分析影响驱动系统选型的关键因素，如电池性能、电机类型、控制系统等。
通过对这些因素的综合考虑，建立起一套完整的驱动系统选型评价体系，为实际选型提供科学依据。
文章将利用仿真软件对所选驱动系统进行性能仿真分析。
通过模拟不同工况下的车辆行驶状态，评估驱动系统的动力性、经济性等指标，为驱动系统的优化改进提供数据支持。
本文的研究成果将为纯电动汽车驱动系统的选型及性能优化提供有力支持，为推动纯电动汽车的广泛应用和产业发展提供有益参考。
二、纯电动汽车驱动系统概述纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，BEV）作为新能源汽车的一种，其驱动系统是其核心组成部分，直接影响到车辆的性能、效率和安全性。
纯电动汽车的驱动系统主要由电机、控制器、电池和传动机构等组成，其中电机作为动力源，负责将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
电机的选型是纯电动汽车驱动系统设计的关键。
目前，常用的电机类型主要包括直流电机、交流异步电机、交流同步电机和开关磁阻电机等。
其中，交流同步电机和开关磁阻电机因其高效率和宽调速范围等特点，在纯电动汽车领域得到了广泛应用。
同时，随着电机控制技术的发展，电机的控制策略也日趋成熟，如矢量控制、直接转矩控制等，为电机的优化运行提供了有力支持。
控制器作为驱动系统的“大脑”，负责接收车辆的各种信号，如加速踏板信号、制动踏板信号、车速信号等，并根据这些信号控制电机的运行状态。
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纯电动汽车与传统内燃机汽车相比有明显的优点，如低能耗、零排放、高效率、低噪声、运行平稳等[1]。
本文根据某款7m城市客车性能指标要求，设计以锂电池为储能的纯电驱动方案，并根据系统配置架构对永磁同步电机进行合理参数匹配及其方案设计，以满足城市客车的使用需求。
1驱动电机系统参数匹配1.1整车基本参数某款7m纯电动城市客车的基本参数及性能要求如下：整备质量m为5500kg，满载质量M为8000kg，滚动阻力系数f为0.014，轮胎滚动半径r为369mm，风阻系数C D为0.5，迎风面积A为5.3m2，旋转质量换算系数δ为1.07，后桥主减速比i0为4.46，传动效率ηt为0.9，最高车速u max为80km/h，常规车速u0为40km/h，最大爬坡度α为12%（爬坡车速为30km/h），车辆半载加速时间t≤20s（0~50km/h）。
1.2动力系统参数匹配本文设计的整车动力系统不设置变速器，采用驱动电机与传动轴通过法兰连接驱动车辆运行，电池组通过电机控制器控制驱动电机。
汽车在行驶过程中，驱动电机转矩根据汽车行驶方程式（1）计算[2]，驱动电机功率根据电机特性方程式（2）计算[3]，电机转速与车速的换算根据式（3）计算。
T m i g i0ηTr=Gf cosα+C D Au2a+G sinα+δm du dt（1）T m=9550P m/n（2）u a=0.377rn/i0（3）式中：T m为电机转矩，P m为电机功率，n为电机转速，u a 为车速。
由式（3）计算，车辆在平路、常规车速40km/h状态下的电机转速n约为1290r/min，即为电机额定转速；车辆在平路、最高车速80km/h状态下的电机转速n约为2570r/min，即为电机最高工作转速；车辆在12%爬坡度、爬坡车速30km/h状态下的电机转速n约为960 r/min，即为爬坡时电机工作转速。
由式（1）和式（2）计算，车辆在平路、最高车速80km/h状态下所需电机功率约为47kW，即为电机额定功率；由式（2）计算，车辆在常规车速40km/h状态下所需的电机转矩约为348N·m，即为电机额定转矩。
爬坡车速30km/h、最大爬坡度12%状态下所需电机转矩约为970N·m，即为电机峰值转矩；爬坡车速30km/h、最大爬坡度12%状态下所需电机某款纯电动客车驱动电机设计及仿真分析张德平（厦门市福工动力技术有限公司，福建厦门361100）摘要:针对某款纯电动城市客车的整车性能参数进行永磁同步电机的匹配设计,对永磁同步电机进行静、动态仿真分析,并给出直轴与交轴电枢反应电感和电磁转矩的计算结果。
关键词:纯电动客车;驱动电机;匹配设计;仿真分析中图分类号：U464.142+.1文献标志码：B文章编号：1006-3331（2017）06-0009-04 Design and Simulation Analysis of Driving Motor for a Pure Electric BusZhang Deping（Xiamen Fugong EV Tech Co.,Ltd,Xiamen361100,China）Abstract：Aiming at the vehicle performance parameters of a pure electric bus,the author matches and designs the permanent magnet synchronous motor,carries out the static and dynamic simulation analysis of the permanent magnet synchronous motor,and gives the calculation results of the direct axis and quadrature axis armature reaction inductance and the electromagnetic torque.Key words:pure electric bus;drive motor;matching design;simulation analysis作者简介:张德平（1985-），男；主要从事商用车混合动力系统、纯电动系统的研究工作。
2017年12月客车技术与研究功率约为98kW，即为电机峰值功率。
车辆半载状态下0~50km/h加速时间为20s所需的电机功率约为97 kW，所需电机转矩约为579N·m。
由于城市电动客车要求驱动电机在基速以下具有大转矩以适应快速启动、加速、负荷、爬坡、频繁起停等要求；在基速以上具有小转矩、恒功率、较宽的调速范围；驱动电机在基速状态应有较高的效率，即电机高效区应在额定转速附近。
城市客车上拥有完善的水冷系统，驱动电机可以采用水冷系统，从而降低电机的工作温度，使电机处于良好的运行状态。
本文根据以上计算，设计的永磁同步电机输出参数如下：额定功率为50 kW，峰值功率为100kW，额定转矩为367N·m，峰值转矩为995N·m，额定转速为1300r/min，峰值转速为2 600r/min，额定电流为128A，峰值电流为350A，额定效率不小于94%，电池电压为540VDC，冷却方式为水冷。
2永磁同步电机设计及仿真2.1永磁同步电动机控制原理变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统便构成自同步永磁同步电动机，而反电动势波形和供电电流波形都是正弦波的电动机称为正弦波永磁同步电动机。
目前，永磁同步电动机调速系统仍多采用矢量控制。
矢量控制实际上是对电动机定子电流矢量相位和幅值的控制，当永磁体励磁磁链和直、交轴电感确定后，电动机的转矩便取决于定子电流的空间矢量I s，而I s的大小和相位又取决于直轴电流I d和交轴电流I q，也就是说控制了I d和I q便可以控制电动机的转矩。
一定的转速和转矩对应一定的I d和I q，通过对这两个电流的控制，便实现了电动机转矩和转速的控制[4]。
分析正弦波控制的调速永磁同步电动机最常用的方法就是dq轴数学模型，它不仅可以分析稳态运行性能，也可以分析动态性能。
电动机的dq轴系统中各量间的联系可以根据派克变换方程实现，变换得到dq坐标系下的永磁同步电动机数学模型[5]。
2.2永磁同步电动机基本结构本文驱动电机系统采用内置式永磁同步电动机，其定子与普通感应电动机相似，采用分布及短距的三相对称定子绕组，以得到接近正弦的相电动势，采用定子斜槽等措施以降低齿槽转矩、振动和噪声。
对于内置式永磁同步电动机，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此直轴电感L d应小于交轴电感L q，表现出凸极电机的性质[6]。
电机的主要尺寸是电枢直径D i1和电枢长度L eff，其基本关系式如下[7]：D2ilL eff=6.1P’/（αABδn）（4）式中：P’为计算功率，对应额定功率设计值为54kW；α为计算极弧系数，取0.86；A为电负荷，对应额定电流设计值为260A/cm，Bδ为气隙磁密基波幅值，取1.3T，n为额定转速1300r/min。
从式（4）计算得到D il2L eff约为8 717cm3。
然后根据经验选取一定的主要尺寸比L eff/τ（τ为极距，设计值取7.065cm），即可计算出电机主要尺寸D il为18cm，L eff为27cm。
本文设计的永磁同步电动机定子采用半开口梨型槽，定子绕组采用短距、双层、Y型绕组，定子、转子冲片采用35W310。
转子结构采用内置磁钢“V”型结构，有利于减少电机的整体尺寸，有效提高电机的弱磁扩速能力，永磁体采用N35UH。
通过式（4）初步计算电机的主要尺寸，并且对原始模型电机进行反复调整，确定满足性能要求的电机定子、转子、以及轴等各部分的几何尺寸如下[8]：电枢直径D i1即定子内径为180mm，定子外径D为260mm；电枢长度L eff即定子、转子长度为270mm；转子内径为75mm，转子外径为178mm；电机极对数为4；定子槽数为48，节距为5，每槽导体数为14，绕组导体线规为mm，并绕根数为12。
2.3永磁同步电机仿真分析2.3.1静态仿真分析1）空载有限元分析，包括空载磁场分析和空载反电动势。
空载磁场分析。
永磁同步电机空载磁场是定子三相绕组中不通入电流，仅由永磁体作用产生。
空载磁密云图如图1所示，空载磁力线分布如图2所示。
大部分磁力线都源自永磁体，经过气隙到达定子铁芯，其中部分定子齿和隔磁磁桥部位的磁密明显大于其余各处的磁密。
图1空载磁密云图10第6期张德平：某款纯电动客车驱动电机设计及仿真分析空载反电动势。
永磁同步电机空载反电动势波形的正弦程度对电机非常重要，反电动势正弦度越好，输出的转矩脉动越小，电机运转的就越平稳。
本电机在转速为1300r/min 的反电动势有效值约为214.3V ，其波形接近正弦波，如图3所示。
2）直交轴电感分析。
为了实现对电动汽车驱动用永磁同步电机的精确控制，准确计算内置式永磁同步电机的直交轴电感L d 、L q 是非常重要的[9]。
只加载直轴电流时，交轴电流I q =0。
电枢电流产生的磁场与永磁极磁场方向完全相反，电枢磁场起到去磁的作用。
给绕组施加一组直轴电流I d 分别为86.6A 、173.2A 、259.8A 、346.4A 后，计算得到的直交轴电感L d 、L q 如图4所示。
从图中可以看出，只加载直轴电流，电机的直轴电感、交轴电感变化都不大。
只加载交轴电流时，直轴电流I d =0。
给绕组施加一组交轴电流I q 分别为86.6A 、173.2A 、259.8A 、346.4A 后，计算得到的直、交轴电感L d 、L q 如图5所示。
从图中可以看出，只加载交轴电流，电机的直轴电感变化较小，但交轴电感下降明显。
同时加载直交轴电流。
在电机的实际控制中，根据最大转矩电流比的矢量控制方式，直、交轴电流是同时存在的，分析时应考虑直、交轴电流同时存在时的交叉耦合作用对直交轴电感的影响，同时加载直交轴电流下面将结合动态仿真性能分析[10]。
2.3.2动态仿真分析电动汽车用驱动电机须满足牵引特性的要求，额定工况、峰值工况、最高转速工况的性能分析是十分重要的。
1）额定工况。
当永磁同步电机额定功率为50kW ，额定转速为1300r/min ，根据式（2）应输出额定转矩理论数据为367N ·m 。
当定子绕组通入128A 电流，取I d =93.7A ，I q =200.9A ；电机输出额定功率约为50.378kW ，额定转矩约为370.1N ·m ，如图6所示。
从图7中可知永磁同步电机额定工况铁耗稳定值约为365W ，按通入电流可以计算电机铜耗约为1179W ，通过经验公式得到杂散损耗约为236W 、机械损耗约为200W ，即总损耗大约1980W 。