关于纯电动汽车驱动电机性能参数设计问题的研究

摘要

随着空气的严重污染、全球气温变暖及其石油资源日益减少等严峻问题的出现，将低碳、节能和环保的需求定格为汽车工业发展的主要方向，除了进一步从技术创新角度来提高传统汽车节能减排效果外，发展绿色环保的新能源汽车是汽车产业的必由之路。由于纯电动汽车节能环保潜力突出并且在技术、成本和产业化等方面更具优势，因而在世界范围内得到了广泛关注。提升纯电动汽车技术水平和整车性能，是目前各国政府及汽车企业需要迫切解决的技术问题，也是纯电动汽车研发及产业化发展目标的市场需求。

纯电动汽车使用的驱动电机作为汽车的动力源，是高效驱动的核心部件，也是整车在研制开发过程中需要关注的重要部件之一。永磁同步电机在功率因数和效率方面具备优势而获得普遍的应用，同时纯电动汽车用的电机永磁化发展趋势与电机高效驱动技术的要求相符。驱动电机的参数匹配不但对纯电动汽车的动力和经济等性能有重要影响，而且为整车驱动控制策略提供技术接口[1]。

本文以国内某大型汽车企业新上市的一款纯电动汽车设计与技术开发为背景，针对驱动电机匹配和参数设计问题，开展关于纯电动汽车驱动电机性能参数设计问题的研究的课题，并提出详细的技术规格要求。范文主要研究内容如下：

1、通过阅读相关文献和查询大量的技术知识，对国内外纯电动车型的驱动电机使用情况、车用电机参数匹配方法及本体性能研究现状进行了解，将本文的电机参数匹配问题定义为整车性能要求的体现，阐述了参数匹配的具体研究意义。

2、根据纯电动汽车的实际行驶工况，提出了驱动电机的稳态性能及动态性能的具体要求，以永磁同步电机外特性、效率特性、部分负荷特性及温升特性的理论分析为主阐述稳态特性，以转速动态响应特性及转矩动态响应描述动态特性，说明了稳态和动态特性对电机性能参数的要求，并结合仿真分析及试验验证得出性能参数对各项性能的影响。以动力性指标确定了峰值参数的范围，结合纯电动行驶工况的分析，确定了电机额定参数的范围。

3、根据匹配驱动电机的性能参数，对该驱动电机设计实现可能性的问题进行了研究。结合电机结构参数的分析为理论指导，完成了电机本体初始设计及优化设计。在电机初始设计过程中，确定电机的外特性及基速点，但由于转矩脉动较大需要进行优化设计，优化设计在保证初始设计性能的基础上，降低转矩的脉动及电机的损耗，得到了满足匹配要求的电机外特性参数、额定参数和较高的机械效率，验证了匹配的驱动电机可设计实现及匹配的参数的可行性。

4、为了进一步验证匹配的电机参数在经济性方面对整车的提升程度，应用Cuisor软件建立了纯电动汽车的正向仿真模型及驱动电机模型。将电机优化设计得到的电机参数及特性等输入电机模型，并根据电机模型的参数及性能对控制策略中的加速踏板特性进行了修改。对整车在多工况下的能耗进行离线仿真验证，与整车模型所用的原电机进行对比，仿真结果表明本文所匹配的电机参数能较好地保证整车经济性能，使经济性有所提升，多工况的平均百公里能耗有所降低，同时电机工作点分布落入高效率区间的比例增多。

关键词　纯电动汽车；整车性能要求；参数匹配；永磁同步电机；结构参数；Cuisor；Motorsolve；仿真分析

目录

摘要 I

目录 III

引言 6

第1章 绪论 7

1.1 课题背景及选题意义 7

1.1.1 课题背景 7

1.1.2 选题意义 7

1.2 国内外纯电动汽车驱动电机的发展状况 7

1.2.1 国内研究现状 7

1.2.2 国外研究现状 8

1.3 主要研究内容 9

第2章 纯电动汽车驱动系统结构及常用驱动电机 10

2.1 纯电动汽车驱动系统结构 10

2.1.1 纯电动汽车基本结构 10

2.1.2 纯电动汽车驱动电机及控制系统 10

2.2 纯电动汽车常用驱动电机[11] 11

2.2.1 电动汽车对于驱动电机的要求 11

2.2.2 几种常用的驱动电机 12

第3章 电机性能参数设计 14

3.1 项目启动及设计任务输入 14

3.2 整车主要参数和车辆性能指标 15

3.3 驱动电机及控制系统匹配 16

3.3.1 目标车型参数及性能指标要求 17

3.3.2 动力系统参数匹配目标和任务 17

3.3.3 匹配原则 17

3.3.4 匹配方案制定 18

3.3.5 电机的选型 23

3.4 永磁同步电机总体设计 23

3.4.1 永磁同步电动机的额定数据和主要性能指标 23

3.4.2 永磁同步电机的设计步骤 24

3.4.3 永磁同步电机的结构类型 24

3.4.4 永磁同步电机的参数计算 25

3.4.5 电机校核 32

第4章 电机性能仿真及优化 36

4.1 整车性能仿真软件的选择 36

4.2 整车模型建立 36

4.3 电动机模块 38

4.4 电机仿真分析 40

第5章 电机试验验证 43

5.1 台架试验验证 43

5.1.1 电机温升特性的测定 44

5.1.2 电机工作特性的测定 44

5.1.3 电机转矩-转速特性的测定 44

5.1.4 电机杂散损耗的测定 44

5.1.5 电机噪声的测定 44

5.1.6 电机振动的测定 45

5.2 整车试验验证 45

5.2.1 加速性试验 45

5.2.2 最高车速试验 45

5.2.3 爬坡性能试验 45

5.2.4 续驶里程试验 45

第6章 总结及展望 46

6.1 总结 46

6.2 展望 46

参考文献 48

致谢 50