電動汽車傳動系統原理分析本科生畢業論文-資料下載頁

【導讀】除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含任何其。他個人或集體已經發表或撰寫的作品成果。對本人實驗或設計中做出。重要貢獻的個人或集體，均已在文中以明確的方式注明。識到本承諾書的法律結果由本人承擔。人類進入21世紀以來，工業生產飛速發展。隨著工業技術的不斷進步，汽。車制造業也逐步創新。眾所周知，汽車產業的發展離不開石油，然而全球石油總。另一方面，環境污染也日益加劇，汽車尾氣排放是造成環境污染。的主要原因之一。大力發展新能源汽車，電動汽車的研發應運而生。電池、電動機、控制器和機械裝置部分的結構和工作原理進行闡述。

　　

【正文】 一些 簡單的集中繞組 ，定子的端部不是很長，根本沒有換向器等部件 。 ? 功率變換器：電動機運行時所需能量全部由功率變換器來提供，它的作用就是一個開關，用來連接電動機和電源； ? 控制器：與汽車的 ECU 相似，控制器是整個系統的高級指揮官，它起到決策和指揮作用。位置檢測器傳遞位置信號，電流檢測器傳遞電流信號，控制器 28 根據這些信號判斷電動機轉子位置，至于電動機的速度和電流等信息也被接收、分析，最終通過分析處理，得到 最終指令，開始向功率變換器發出一個執行命令，進而控制電動機，起到最終的控制作用； ? 位置檢測器；位置檢測器根據傳遞來的信號分析判斷轉子的位置，并且能夠得出轉子的轉速信息。然后把上述得到的信息及時向控制器反饋，使控制器作出相應指令，控制電動機進行正常工作。 開關磁阻電動機的原理： 開關磁阻電動機（ SRM） 是一個關鍵部件，它是這種電動機調速系統有別于其他電動機的最重要的一部分。 開關磁阻電動機（ SRM） 是調速系統中能夠實現能量轉換的所在 。開關磁阻電動機 是一種由 雙凸極 制成的 可變磁阻電動機， 定子的凸極就是由最普通的與前 面所述其他幾種電動機一樣的硅鋼片壓制而成，轉子使用相同的材料制成 。 之前所述，轉子不纏繞任何的繞組 ， 轉子上也沒有磁極。定子極上繞有 少量的 集中繞組， 這些繞組在徑向上有相對的，兩端徑向相對連接 ，就叫做 “ 一相 ” ，開關磁阻電動機 可根據需要制造成不同的相數 ， 還可以根據相應的要求使 定、轉子的極 數有不同的組合和搭配 。 通常我們需要 相數多、步距角小 的電動機，因為這樣 有利于減少轉矩脈動， 但是實際中這樣做的結果是使電動機 結構復雜， 結構復雜就會使成本增加 ， 因此目前采用 較多的是四相（ 8/6）結構和三相（ 12/8）結構。 這兩種是比較典型 的應用結構。 下面我介紹其中一種 四相（ 8/6）結構 的 SR 電動機原理 ，結合圖 48分析。為了不使其過于復雜，我們只在 圖中畫出 A 相繞組 ，和對 A相繞組 供電 的 電路。“ 磁阻最小原理 ” 是 SR 電動機運行的一種基本遵循原理，所謂 “ 磁阻最小原理 ” 說的就是：在整個系統中會有 磁阻最小的路徑，磁通 就總會自己尋找這樣最小的路徑實現閉合，當一個具有 一定形狀的鐵心 在系統中移動過程中， 在移動到最小磁阻位置 的 時 候 ， 必須滿足一個條件，就是鐵心的主軸線需要和磁場的軸線在同一位置 。圖中， 有 定子 DD’ ，當這個定子 極勵磁時， 1139。就會 向 對應的 定子 軸線 DD39。的位置轉動， 并且與 DD39。的軸線位置重合，這個過程的結果之一還會 使 D相勵磁繞組的電感 達到 最大 值 。 在圖中找到定子和轉子所在的位置，如果把現在的這些位置標記為起始位置，那么按照 D→A→B→C 的次序給這些 相繞組通電，轉子 就會做出相應的動作，會與 勵磁順序 相反， 以逆時針方向 進行 連續旋轉； 相反的是 ，若 按照 B→A→D→C 的次序進行各 相通電，則 轉子 即會沿順時針方向轉動。 這樣，我們就會得出之前的一個結論 ， 就是開關勵磁 電動機的 轉動方向只 取決于 一個因素 ,即 相繞組通電的順序 ，而與 相繞組的 通電 電流方向 沒有關系 。 此 外，從 圖 48中還可以看出 ，當 閉合 主開關器件 S S2的時候 ，直流電源U 與 A相繞組 相同 ， 并且給 A繞組供電，即使 當 S S2關斷時， 通過 二極管 VDVD2，繞組電流還是可以導通 ，并回饋給電源 US。因此， 開關勵磁 電動機傳動的 29 一個 共性特點 體現出來，就 是具有再生作用， 整個 系統效率高 ，能源利用率也會很高 。 圖 48 四相 8/6級 SR 電動機典型結構 (只畫出一相 ) 由此可見，我們只要通過控制加到 SR 電動機繞組中電流的一些參數值，比如脈沖的幅值，以及脈沖的寬度和與轉子的相對位置，這些位置對應叫做導通角、關斷角，通過改變這些參數，就可控制 SR 電動機的輸出，可以控制它的輸出轉矩，轉速等特性，上述就是 SR 電動機的工作基本原理過程。 30 第 5章 控制器 由于電動控制系統為整體，故在此將電動汽車整體的控制 器在此進行敘述。 電動汽車控制器的功能 對于純電動汽車來說，汽車的大腦就是控制器 ，其作用相當于普通汽車的ECU， 它在汽車行駛過程中 ，控制器通過分析判斷，執行多項任務， 包括以下功能 [9]： ? 駕駛員發出駕駛操作指令 ，控制器接收這些指令， 然后把這些指令發送到下一級 部件控制器，使車輛受控于駕駛員； ? 與 控制器相對應部件與之聯系需要一個通道，這個通道則需要由控制器提供來實現導通 ， 這些通道 包括 D/A轉換，還有數字量輸出等 ； ? 電動汽車的 驅動系統由電動機 、 電池 、 DC /DC轉換器這些部件組成 。控制器可以 與電機 、 DC /DC、 電池組等進行連接，實現信息交流互換 ，進而發出相應信號； ? 收處理各個系統信息 ， 外接液晶顯示器，顯示器帶有觸摸功能，顯示器顯示各種分析結果 ， 因此需要用一個串行通信口進行連接 （ UART）； ? 當車輛發生 故障，進行系統故障分析，記錄儲存出現的故障，并且反饋給駕駛員和維修人員； ? 對車輛和駕駛員有保護功能，當發生突發故障和緊急事故 ，做出相應處理，例如 緊急情況下控制器自動關掉發電機，切斷母線高壓系統 。 圖 51所示為日本豐田汽車公司的一款控制器的原理圖 。 使 用該控制器的電動汽車采用后輪驅動 ， 驅動類型為輪轂電機驅動，輪轂電機分別安裝在汽車的左右后輪 。這個 控制器接收來自汽車駕駛員發出的各種操作信號，車輛在運動過程中傳感器發出的信號也被控制器接收。 當 駕駛員踩下加速踏板時，加速踏板信號立即被控制器接收，當車輛需要制動或換擋（此處應為自動擋電動汽車）時，制動踏板信號和換檔位置信號也將被輸送到控制器才能被執行。 橫擺角速度信號 、 縱向加速信號 、 橫向加速信號和 4個車輪的轉速信號構成汽車的運動傳感器信號 。 這些信號經過控制器的控制策略計算 ，傳遞給電機控制器，電機控制器則對電動 機發出相應轉動指令，結合逆變器的作用，把動力傳遞到驅動車輪上。完成了控制器對整車的控制作用。 31 圖 51 豐田公司控制器原理圖 圖 52所示為日立公司的一款純電動汽車控制器，它的具體 分析如下闡述。裝有圖中所示控制器的汽車為一款四輪驅動電動汽車， 該車裝有高低速兩種電機，通過配合差速器使用，來驅動車輪運動，其中前輪裝有低速永磁同步電機， 后輪則是高速感應電機。控制器的作用就是分析汽車的使用工況，根據不同的工況，確定不同的電機工作對車輛進行驅動。確切的說，一般情況前后輪的扭矩是不同的，控制器根據工況，自動分配前后輪扭矩，使兩臺電機按照需要進行工作，這樣做的目的是使汽車能夠輸出效率最高，能源使用效率最高。與內燃機汽車一樣，當汽車起步或爬坡時，需要低速高轉矩，那么此時工作的是裝有永磁同步電機的 前輪；當車輛正常行駛或者高速行駛的時候，車輛由后輪驅動。 32 圖 52 日立公司控制器原理圖 如圖 53所示，天津大學控制器包括模塊和接口更多，比上述兩種控制器略為復雜。該控制器主 要對純電動汽車動力鏈進行作用。對動力連的各個環節進行管理 、分析 和控制 ， 這樣既可以 確保安全可靠性，又可以對整車的能量轉化率進行有效的監控，使之提高，達到節能的效果 。與其他控制器一樣，駕駛員發出信號，控制器接收信號， 電機和電池系統的相關信息通過 CAN總線被獲得 ， 控制器 進行分析，通過運算把結果送給電機控制器，同時也對電池管理系統發出指令，整個過程需要有前面所述的一個通道，這個通道就是 CAN總線。完成上述才能實現對整車驅動控制和能量優化控制，進而提供反饋信息 。 該控制器具有顯示整車狀態信息功能，控制器與顯示器之 間通過儀表接口傳遞信息。 這樣使得控制器 具備完善的故障診斷和處理功能。 下面單獨介紹該裝置各部分模塊和接口功能： ? 微控制器。微控制器是整個大控制器的大腦，對輸送來的數據進行運算及處理 ； ? 模擬量調理模塊。該模塊作為一個中間模塊，把各個傳感器與微控制器相接，用來模擬輸入信號的濾波 ； ? 開關量調理模塊。用于電平轉換開關輸入量 ，它連接 開關量傳感器和微控制器 ，與微控制器相連接時，中間還需有 光電隔離器作為中間傳遞模塊 ； ? 儀表驅動模塊。用于組合儀表和輔助儀表的驅動控制 ，它的兩端分別連接 光電隔離器、微控制器和多個儀表 ； ? 繼電 器驅動模塊。繼電器也需要被驅動 ， 其一端通過光電隔離器與微控制器 33 相連 ， 另一端與多個繼電器相接 ； ? 高速 CAN總線接口模塊。 其一端通過光電隔離器與微控制器相連 ， 另一端與系統高速 CAN總線相接 ； ? 存儲器模塊。與微控制器相連，把各種數據進行儲存 ； ? 信息存儲模塊。 與微控制器相連，記錄控制系統信息，記錄各種故障信息； ? 電源模塊。 與微控制器相連，可為各輸入和輸出模塊提供隔離電源 ， 并對蓄電池電壓進行監控 。 圖 53 天津大學控制器原理圖 34 第 6章 電動汽車傳動系統的結構形式 電動汽車因為使用電動機，電動機與發動機的一些特性不同，所以和傳統內燃機汽車相比，電動車結構布置各式各樣，各種部件搭配比較靈活，但總體驅動形式概括分為兩類，即電動機中央布置式和輪轂電機式。 下圖為常見的電動汽車的電力驅動方式： 圖 61 D差速器； GB變速箱； M電動機； C離合器 圖 61為電動機中央驅動形式，這種傳動方式直接借用了內燃機汽車的驅動方案，與之類似，主要由電動機，離合器，變速器，和差速器等組成。這種傳動布置方案包括離合器，僅僅用電動機驅動來代替內燃機。通過離合的作用就是就是隨時切斷電動機輸出轉矩與傳動系統的聯系，變速箱根據不同需求提供不同的傳動比，改變輸出轉速和轉矩，差速器滿足汽車轉彎行駛時要求內外車輪不同轉速的需求。但是，這種結構在大多數電動汽車中不被應用。 圖 62 D差速器； FG固定速比減速器； M電動機 35 圖 62為電動機中央驅動形式的一種結構，由電動機輸出轉矩，沒有離合器，直接連接固定速比減速器，這里的固定速比減速器就是前面介紹的一種固定齒比變速器。差速器也是必不可少的一個部件。在這種驅動系統中，利用電動機在大范圍轉速變化中具有恒功率的特性，采用固定速比減速器，加之不使用離合器和變速器，大大減小了傳統機械傳動系統的 體質，使整車質量大大降低。 圖 63 D差速器； FG固定速比減速器； M電動機 圖 63也為電動機中央驅動形式的一種。它與 一般的家用轎車相似，采用前輪驅動，但其傳動部件制成一體式，將電動機、固定速比減速器和差速器是一個整體，各自獨立實現功能，通過兩根半軸將動力傳送到車輪，驅動車輛行駛。這種布置形式比上述傳動方案更為簡潔，只要應用在質量較輕，體積較小的小型電動汽車。 圖 64 FG固定速比減速器； M電動機 圖 64為一種輪驅動形式，前面兩個車輪各自裝有電動機，這兩個電動機取代了機械差速器，兩個電動機獨立驅動各自車輪，在車輛轉彎時，通過控制系統 36 控制兩個電動機，讓電動機以不同轉速旋轉，起到轉彎時差速器的作用，省掉了機械差速 器。 圖 65 FG固定速比減速器； M電動機 圖 65為輪轂電機驅動方式。電動機和固定速比的行星齒輪減速器安裝在車輪里面。沒有傳動軸和差速器，從而簡化了傳動系統，但是這話總方式需要兩個或者四個電動機分別驅動各自車輪，但是這話結構要求其控制系統比上述幾種傳動方案的控制系統更為復雜，一般情況下應用在重型電動汽車。 圖 66 M電動機 圖 66 為另外一種輪轂電動機驅動方式，這種傳動方案最為簡單明了，電動機與驅動輪之間沒有任何機械傳動裝置，車輪直接由低速的外轉子電動機直接驅動，通過控制系統對電 動機轉速的控制，直接實現了對車輪轉速的控制。但是這種方案要求驅動電動機具有高轉矩的特性，夠輕松實現車輛起步和加速行駛。 因為中央電機驅動方式與傳統內燃機汽車類似，輪轂電機是一種較為先進合理的電動汽車驅動方式，下一節主要介紹輪轂電機技術。 37 輪轂電機技術又叫做車輪內裝電機技術。因為這種技術把動力、傳動和制動裝置全部整合到輪轂內，簡化了傳統電動車輛的其他機械部分，這是輪轂電機技術的一大特點。 1900年，保時捷公司成功研制了一種輪轂電機的雛形裝置，在兩個前輪裝備輪 轂電機，這是一個雙座的純電動汽車。這輛輪轂電機驅動的電動汽車并在比賽中取得了第一的成績。值得一提的是，時隔兩年， 1902年保時捷公司就研制出了混合動力汽車，該車采用發動機和輪轂電機兩種形式驅動，并且在山地汽車拉力賽取得了好成績。在 1910年，保時捷公司又研發了軍用陸地列車，與現在的火車相似，該車具有一個車頭和十輛列掛車，車頭裝備發動機