1、本科毕业设计(论文)（二零 届）直流无刷电动机在电动汽车驱动系统的应用设计所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要本文主要探讨纯电动汽车驱动电机的选择，以及驱动系统的控制策略。纯电动汽车完全由可充电电池提供能量，驱动电动机运转，致使汽车运动。它在真正意义上实现了汽车的“零排放”使用的能量是清洁无污染的电能，同时无尾气排出。它是人类未来生活理想的交通工具。无论是电动汽车，还是普通燃油汽车，驱动系统永远是它们的运动核心，同时也是设计核心。而驱动系统中的驱动电机则是驱动系统的关键部分。永磁同步电动机以其较好的综合性能，成为电动汽车驱动电机的首选
2、目标，以控制车轮的滑移率为目标，提出基于滑模控制的电子差速控制策略。此次课题是以永磁同步电动机 为轮 电机，分 汽车的 轮 ，运用差速控制 ， 用MATLAB/Simulink 真模 ， 轮 驱动的纯电动汽车 真 ， 真 现是可 。关键词：纯电动汽车，永磁同步电动机，电子差速控制IBDCM Applied and Designed in the Driving System of theElectric VehicleAbstractIn this paper,it was mainly talked about that the selection of the driving motor
3、inthe pure electric vehicle (pure EV) , and the control strategy of the driving system.Rechargeable battery applied its energy to driving motors for their operation to movethe pure EV completely. Using non-polluting electric energy and exhausting no tailgas really made pure EV be zero discharging. I
4、t was a kind of ideal transportationvehicles of human beings future life. Driving system is the vehicles key of movementand design,no matter which is EVs or fuel vehicles. Driving motor is the mostimportant part of the driving system.Permanent manet synchronous motor (PMSM) became the first candidat
5、e duringseleting the driving motor for its comprehensive properties. To control the sliding rateof wheels, an electronic differential (ED) system based on the sliding mode control(SMC) method was proposed. Simulation and analysis were conducted inMATLAB/Simulink enviroment. According to simulation r
6、esults, the strategy wasavailible.Keywords: pure electric vehicle, Permanent manet synchronous motor, electronic differential systemII目录要.IIIAbstract.IV1 论.11.1 电动汽车 .11.2 电动汽车 .21.2.2 currency1合动电动汽车.31.2.3 燃“电池汽车.41.3 课题 的主要.41.3.1 电动汽车车用驱动机的较.41.3.2 电动汽车驱动系统的驱动fifl.62 fi 设计.72.1 纯电动汽车驱动系统的驱动fifl.
7、72.2 纯电动汽车驱动系统的控制 .102.2.1 永磁同步电动机控制系统 控制电.102.2.2 驱动系统控制 .123 真及其.133.1 MATLAB”步.133.2 .143.3 Simulink .143.4 SimPowerSystem.154 驱动及控制系统的 计 真.164.1 电动汽车的机 .164.2 车动fl.174.2.2 车轮动fifl.194.2.3 电机fi.204.3 电子差速.214.4 真模 及 真 .234.4.1 真模 .234.4.2 真 .24论.30文.31致 .34III1 绪论1.1 电动汽车发展简介电动汽车是 燃机车提出来的 ，动 为车 电
8、 ，是全部 部分由 率电动机驱动， 合 交通 全 的 交通工具。目 的电动汽车可分 类 纯电动汽车 pure EV ，currency1合动电动汽车Hybrid Electric Vehicle HEV 燃“电池汽车 Fuel Cell Electric Vehicle FCEV 。纯电动汽车是完全由电池 电池 电池 电池 子电池 电动机提供能量， 驱动车轮运转， 而 动汽车。currency1合动电动汽车 燃机，也 电机，它是人们为了 纯电动汽车 的 题而提出的中fi 。燃“电池汽车是以气 为燃“，通 反应产生电流，依靠电机驱动的汽车。百多年来，电动汽在汽车 史中经历了 次重 的机遇1。第次
9、 生在百多年。ThomasDavenport于1834年制造了电动 轮车。虽 这车由组不可充电的干电池驱动，只能 小段距，但这的上是早期的电动汽车。而第以可充电电池为动的电动汽车于1881年在 国巴黎出现，这是以 电池为动的 轮车，它的设计者是 国工师Gustave Trouve。19世纪末，许多美国 英国国的公司都 始生产电动汽车。最早的电动汽车制造厂是由MorrisSalom拥 的电动客车货车公司。图1-2所示的是由马车改装而成的电动汽车。另较早的电动汽车生产商是Pope制造公司，该公司制造的电动出租车 图1-3所示。IV图 1-1 1882年电动汽车图 1-2 由马车改装而成的电动汽车1
10、899 年 5 月， 时人 驾 着 车 名 为 JamaisContent 永不满足 的电动汽车创 了时速为110km的记录。这也是第时速超 100km的汽车，目，该车保存于 国贡涅博物馆中。在早期的汽车市场中，凭着“无气味，无震荡，无噪声，不用换挡的价格低廉” 诸多燃机驱动车所没 的优势，电动汽车在19世纪末期到1920年迎来了 高峰。不 随着美国德州石油的 燃机 提高，电动汽车在1920年之 逐渐失去了优势，由此电动汽车市场逐步被燃机驱动的汽车所取代。第 次机遇 始于若干年。普通的燃机汽车是石油的消耗 户，撇 我国人均石油占 量极低的情，就全世而言，石油毕竟属于次能 ，而且还是不可再生能
11、，终 消耗 。再 上 年汽车 产量都在不 ，石油消耗的速 来2,3。同时，随着汽车 量 ，它 气 人文 及人类的生存 来诸多不 4。2008年的 运 人们 到清 的重要性，2009年在 世的，国currency1“本 ，为fi fl，fi人类而 。能 题 题使人们 始极 零污染的交通工具，而 能 低排放是零排放的电动汽车成为代汽车的主要 。1.2 当前电动汽车发展状况”情，重currency1合动电动汽车燃“电池汽车 的国较多，而选择重 产 纯电动汽车的较。年来，美国 本 国国公司 超 100美 的 ，且以 年不于10美 的 5。1-1为国 电动汽车的 标。Vb) 电动出租车图 1-3 电动出
12、租车 1-1 国 电动汽车的 标1国 国 美国 本生产厂 标致 通用 产电动汽车车 P106SAXO EV1 S-10 RANGAR EPIC RAV-4 PLUS ALTAREVZ4 2 2 2 4 5 4 4 车 车 货汽车 货汽车 车 车 车 车车装 量 kg 1088 1350 1628 2125 2318 1540 1620 1704满 量 kg 1388 1550 2114 2455 2682 1815 1840 2000最高车速 km/h 190 120 120 120 128 215 220 193 km 85 工 144 公 80 80 128 215 220 19375 市
13、 122 市 电池 子电 V 6 12 12 8 12 12 12 28电池 20 26 26 39 30 24 24 12电动机 流 交流 应 交流 应 交流 应 交流 应 永磁同步 永磁同步 永磁同步驱动fifl 轮驱动 轮驱动 轮驱动 轮驱动 轮驱动 轮驱动 轮驱动 轮驱动充电时 h 2 2 68 6.5 8 61.2.1 纯电动汽车纯电动汽车 pure EV 由电 驱动电动机 电动机 速控制装 动装装 转装 制动装 工 装 部分组成6。其 成，只要 电供应的 fi都能 充电。只要 电池 重量能 存 的能量，且电池较 ，以及电动汽车充电 的普及这 题，基本上就能实现量生产这目标7。其中汽
14、车的5008EV就是 好的 子。华市的控股集团 限公司成 出次充电可 200公的电动汽车。除次充电可长距 ，在车上还配 了车充电机，只要 220V民用电 的fi就可为电动汽车补充电 。这款电动汽车最 率27千瓦，最高车速可110公/小时，充满电 为200公，百公耗电仅12 ，同级 的汽油车 约了4/5的成本8。VI图 1-4 5008EV1.2.2 混合动力电动汽车currency1合动电动汽车 HEV 是将燃机电动机/ 电机配合运用的汽车。燃机的存在 了耗能 的 取暖 除霜 纯电动汽车遇到的题，而 了电动机，在 途 时，则可以关停燃机，由电池 驱动，实现“零”排放，不 长距高速 基本不能油。
15、它最 的缺 是， 套动，就必须配 套控制系统，因此 复杂，价格较高。currency1合动电动汽车在 上可以分为串联fl 联flcurrency1联fl。目， TOYOTA 公司的 PRIUS 系列车 本 HONDA 公司的EV PLUS车都属于currency1合动电动汽车9。本 汽车公司商品 的currency1合动车PRIUS是以汽油 能电能为驱动的currency1合动汽车。2008年4月底 普锐 currency1合动车在全fl的 销量超 百万，102.8万。PRIUS因此被称为 在美国市场的“挣钱机”10。1.2.3 燃料电池汽车燃“电池汽车 FCEV 是以气 为燃“，通 反应产生
16、电流，依靠电机驱动的汽车。燃“电池的能量转换效率燃机高出 倍， 能 用 保护fi，燃“电池汽车是理想的车。但现阶段，燃“电池的理想燃“气，在制 供应 运输 fi还存在 量 题 经济 题以及 全 题 待 ，这 其推广造成定阻碍10。FCEV具 的潜，可望在1015年以 实现实用 11-14。目，在我国，上海通用上海泛亚汽车 中心 东风电动车公司 制出 关车 15。1.3 课题研究的主要内容1.3.1 电动汽车车用驱动机的比较电机驱动系统是实现车驱动性能的关键，而驱动电机则是关键的关键3。VII图 1-5 本 EV PLUS图 1-6 本 PRIUS系列车驱动电机应具 较宽的 速范围及较高的转速，
17、足 的启动转矩，”小 重量轻 效率高 寿命长 价格低 稳定性强，而且具 动态制动强能量回馈的性能。目，电动汽车驱动系统中采用的驱动电机 多，其中主要 流电动机DC 关磁阻电动机 SRM 交流异步电动机 M 流无刷电动机BCDM 16。(1) 流电动机目电动汽车上广泛采用 流电动机，因为这电机具 “”的机械 性， 汽车的 性非常 。但由于 流电动机存在换火花，效率较低，维护保养工 量 ，这些都限制了汽车”性能的提高17。(2) 关磁阻电机关磁阻电动机于70年代 始 制，在80年代中期 成 交流 速系统。它兼 异步电动机变频 速系统 流电动机 速系统的 ，它 ，没 换，控制fi 灵活，启动转矩 ，
18、 速范围 ，维护易，成本低且能在恶劣的 稳定工 18。(3)交流异步电动机交流异步电动机 又称 应电机 以鼠笼fl 应电机应用最为广泛。 ，运 可靠，维修fi便，价格便宜，且 的适应性好。但是 应电机的噪声较 ，效率其 关磁阻电机 流无刷电动机低，且存在损耗 ，需要不停 冷却 题 待 19。(4) 流无刷电动机按驱动电流不同， 流无刷电动机可以分由fi波驱动的无刷 流电动机BLDCM ，由正弦波驱动的永磁同步电动机 PMSM 。流无刷电动机fi保留了 流 刷电动机良好的 速控制运 性，消除了其由于机械换而产生的火花，具 率密 高 散热性能好转速高优 。另fi，高性能的稀 永磁材“ 率半导” 能
19、强 的计机芯片都为 率的 流无刷电动机在电动汽车驱动系统中的应用奠定了坚实而强 的基础16,20。另 ，我国是稀 国，稀 藏量约占世 矿藏量的3/4，这为 驱动，以及 我国高科 的 提供了 便 的条3。永磁同步电动机因为应用永磁”， 而去了磁 率，其主要归纳为 fi1) 电动机拥 号的形尺 2) ，便于维护。主要由定子 转子及 装 组成，无电刷， 小了机械 损，寿命长，维护fi便 3) 速 高。电动机的转速完全 频率同步，不 其因 的 4) 高 能， 率因 高。 效率能到95%以上。VIII以 ，通 格的形fl， 反 类电机的 性。 1-2 驱动电动机性能较16目 DC M PM SRM率密
20、2.5 3.5 5 3.5率 2.5 3.5 5 3.5控制性能 5 4 4 3可靠性 3 5 4 5成 5 5 4 4成本 4 5 3 4分 22 26 25 23 1-3 电动汽车车用电机基本性能较21流电机 交流异步电机 永磁电机 关磁阻电机率密 低 中 高 较高能 200 300500 300 300500峰 效率 8589 9495 9597 90效率 8087 9092 8597 7886率因 8285 9093 6065率 1:5 1:2.25 1:3转速范围 (r/min) 40006000 1200020000 400010000 15000可靠性 好 优 好坚 性 差 好 优电机 形尺 中 小 小电机重量 重 中 轻 轻控制 性能 最好 好 好 好控制成本 低 高 高 以上 可以出，永磁同步电机的综合性能较好。因此，电动汽车中采用永磁同步电动机驱动成为 势22-25。1.3.2 电动汽车驱动系统的驱动方式电动汽车的驱动系统， 驱动电机的 量，可分为 电机驱动系统多电机驱动系统。电机驱动系统使用 统的机械差速，将电机动分配到驱动轮，该驱动系统 为 轮驱动。在此 轮驱动形fl中， 驱动电机在车中的 IX
