純電動汽車動力總成的案例
純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優(yōu)化分析
純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優(yōu)化.pptx
對某純電動汽車動力總成懸置主動端進行拓撲優(yōu)化，找出材料最優(yōu)分布空間，為輕量化提供參考。
通過不同的優(yōu)化控制條件進行不同程度的拓撲計算。
目標函數(shù)：最小應變能指數(shù)
約束條件：最小頻率500Hz、最大體積分數(shù)0.3
優(yōu)化控制條件：最小尺寸（20mm，15mm，25mm）、最大尺寸（40mm，30mm，50mm）、最大應力（150Mpa）
拔模約束：Draw
捕獲.jpg
通過四個優(yōu)化方案對比得出：方案四相對于方案一、方案二和方案三，質量減少，且應力明顯下降，較為推薦。 當前優(yōu)化結果主要針對載荷傳遞路徑，實際結構應參考工程經驗及制造方案進行細節(jié)優(yōu)化與設計。對于實際設計，可參考此種結構的拓撲構型，底部貫穿孔適當擴大，上部做出適當填補調整。
展開 一期一會 | 什么是電動汽車動力總成？
電動汽車動力總成的主要優(yōu)勢如下：
零排放：在減少污染和溫室氣體方面，BEV動力總成最顯著的優(yōu)勢或許是：沒有因化石燃料燃燒而產生的尾氣排放；縮小了純電動汽車整個生命周期的碳足跡。
減少了噪聲污染：除沒有溫室氣體排放之外，純電動汽車動力總成產生的噪聲也更低，有助于營造更安靜的環(huán)境。
能效：純電動汽車動力總成比內燃機動力總成更節(jié)能，可將80%以上的存儲能量轉化為運動。此外，再生制動等特性還可實現(xiàn)能量再循環(huán)。
維護成本更低：電動汽車動力總成的活動部件更少，因此其維護成本更低；只要在理想條件下進行適當?shù)木S護，電池使用壽命就可長達12年。不過與所有其它電池一樣，汽車電池的容量會隨著時間的推移下降。
燃料成本更低：為純電動汽車供電的電力成本通常低于內燃機汽車的汽油或柴油成本。密歇根大學的一項研究顯示，在美國，汽油動力汽車的燃料成本是電動汽車用電成本的兩倍以上。
總體擁有成本（TCO）更低：雖然純電動汽車通常會有更高的前期購買成本，但燃料和維護的成本減少有助于降低總體擁有成本，從而降低在整個車輛使用壽命內的運行成本。
2、電動汽車動力總成的不足
電動汽車動力總成也有不足之處，包括：
成本：由于動力總成組件（主要是電池）的成本較高，因此目前電動汽車所需的前期投入比內燃機汽車高。
充電時間：電池充電所需時間通常在30分鐘到幾個小時之間，具體取決于充電站的充電容量，相比之下，將內燃機汽車油箱加滿油只需幾分鐘時間。
消費者行駛里程焦慮：目前，純電動汽車單次充電的續(xù)航里程有限。由于充電站沒有加油站那么普及，而且電池充電時間較長，因此消費者會對駕駛純電動汽車長途旅行感到焦慮。
展開 純電動汽車動力系統(tǒng)選型匹配與仿真
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構成。其動力總成系統(tǒng)結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅動電機選型計算
1.1.1最高轉速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統(tǒng)結構簡圖
可得到電機的最高轉速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉速與額定轉速的關系可用擴大恒功率區(qū)系數(shù)β來表示，根據關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數(shù)
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統(tǒng)峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
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本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構成。其動力總成系統(tǒng)結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
1.1 驅動電機選型計算
1.1.1最高轉速及基速
最高車速可由以下公式計算得出：
（1）
圖1 純電動汽車動力總成系統(tǒng)結構簡圖
可得到電機的最高轉速為nmax=2274.04r/min；電動機的最高轉速與額定轉速的關系可用擴大恒功率區(qū)系數(shù)β來表示，根據關系式可得電機的基速n0：
（2）
因此，取最高轉速和基速分別為2500 r/min和780r/min。
表1 純電動汽車整車參數(shù)
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統(tǒng)峰值功率需求主要考量最高車速、某一車速下滿足最大爬坡度以及原地起步加速時分別對應的峰值功率需求。
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純電動汽車動力系統(tǒng)選型匹配與仿真
作者：趙暢，朱春紅
本文以某純電動汽車作為研究對象，依據整車設計目標對其動力總成系統(tǒng)進行選型匹配，并利用Cruise軟件進行整車仿真模型的建立及仿真分析，驗證選型匹配方案的合理性。
1 動力總成系統(tǒng)選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統(tǒng)主要由驅動電機、動力電池、傳動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)構成。其動力總成系統(tǒng)結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統(tǒng)進行選型及匹配，應明確整車參數(shù)及所要求的性能指標。整車參數(shù)及性能指標如表1-2所示。
電動汽車動力總成噪聲分析與優(yōu)化
動力總成是純電動汽車的動力來源,其振動與噪聲性能是影響汽車舒適性的關鍵因素。純電動汽車動力總成由電機及減速器組成。永磁同步電機因體積小、功率密度高等優(yōu)點而廣泛應用于電動汽車。永磁同步電機電磁噪聲和減速器嘯叫噪聲是純電動汽車NVH(noise vibration and harshness)開發(fā)中的常見問題,優(yōu)化上述2種噪聲是提高純電動汽車動力總成NVH性能的重要手段。
目前,國內外對減速器齒輪嘯叫噪聲和永磁同步電機電磁噪聲都有較多的研究。減速器嘯叫是由內部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩(wěn)的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲,其優(yōu)化多是通過對齒輪進行微觀修形,改善齒輪嚙合狀況。
永磁同步電機電磁噪聲的根源是電機內部氣隙中各諧波磁場產生的交變電磁力。電磁力有切向分量和徑向分量。徑向電磁力在引起電磁振動及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵芯產生徑向振動,徑向振動產生的噪聲是電機電磁噪聲的主要成分。
永磁同步電機電磁噪聲的優(yōu)化主要有2種途徑:① 改變電機機械結構;② 減少電樞電流的諧波含量。
本文以一臺某型號純電動汽車動力總成為研究對象,首先分析了動力總成減速器的階次噪聲;然后解析分析了動力總成驅動電機的徑向電磁力特性，并利用Maxwell軟件進行仿真,識別出電機可能產生的噪聲階次;最后提出了采用聲學包包裹降低動力總成噪聲的優(yōu)化措施,并進行了試驗驗證。
1 動力總成噪聲來源分析
本文研究的動力總成如圖1所示。
展開 純電動轎車三電匹配研究
本文轉載自公眾號 EDC電驅未來
本文提出了某型純電動汽車動力總成固有頻率和能量分布的設計要求，以各懸置靜剛度及安裝位置為設計參數(shù)，提出了其優(yōu)化方法；提出了該型純電動汽車動力總成質心的位移控制要求，將各懸置力-位移非線性曲線近似為分段線性，對各段拐點及剛度值進行設計。設計后的動力總成固有頻率、能量分布及質心位移均滿足設計要求。
1 動力總成懸置系統(tǒng)設計要求
1.1 純電動汽車動力總成激勵與傳統(tǒng)汽車的區(qū)別
由于電動汽車動力總成不同于傳統(tǒng)的內燃機車動力總成，兩者的內部激勵存在較大區(qū)別。傳統(tǒng)內燃機車內部激勵主要包括以下幾點：
(1) 活塞、連桿等質量往復運動產生的往復慣性力；
(2) 往復慣性力引起的往復慣性力矩；
(3) 缸內點火燃燒壓力產生的氣體扭矩[2]。
由于電動汽車不存在內燃機的燃燒過程，動力來源于電機，且動力傳輸路徑也有別于傳統(tǒng)內燃機汽車，其懸置系統(tǒng)所受內部激勵不同，主要為：
(1) 電磁激勵，主要包括電機定、轉子氣隙中的電磁力作用產生的電磁振動以及電機磁場和外部電路相互作用產生的振動；
(2) 機械激勵，主要包括轉子機械不平衡產生的振動，以及由同時嚙合齒對數(shù)的變化、輪齒受載變形、齒輪制造誤差等因素所引起的齒輪傳動系內部激勵[8]。
1.2 電動汽車動力總成設計要求
考慮該型電機常用工作狀態(tài)3 000 r/min時的激振頻率為50 Hz，根據隔振原理，固有頻率要小于激振頻率的倍，系統(tǒng)才能有效隔振，工程實際中通常要求頻率比在2～5 之間，本文取此值為2。對于承載式車身的轎車，其整車縱向、橫向、垂向以及橫擺方向的固有頻率大致在5 Hz以下，俯仰和側傾的固有頻率通常不到2 Hz。
展開 奧迪e-tron純電動汽車的動力總成(下)
圖18 電機轉子位置傳感器安裝位置
六、檢查與維護
1.端面密封檢查
更換總成時要小心(總成在交貨時是干態(tài)的)，如果在到達30 000km這個保養(yǎng)周期前，泄漏儲液罐滿了或者溢出了，那會對電機內部造成損壞(與絕緣檢測器或者紅色的冷卻系統(tǒng)警告燈一起)。對于冷卻系統(tǒng)，務必注意排氣步驟。
2.牽引車輛注意
如果紅色的冷卻系統(tǒng)警報燈沒亮起，可以不超過50km/h的車速來牽引車輛，最大牽引距離不超過50km；在未加注冷卻液的情況下，只允許以不超過7km/h的車速來移動車輛，最大引動距離不得超過700m。
3.電機搭鐵環(huán)的檢查
如圖19所示，電機搭鐵環(huán)是轉子軸和殼體之間的接觸件，搭鐵環(huán)的電阻比軸承電阻小，轉子軸上產生的電壓由流經搭鐵環(huán)的電流來消除，如果沒有搭鐵環(huán)，這個電流就會流經軸承，長久這樣會損壞軸承。搭鐵環(huán)是壓入到電機殼體內的，薄片可自動進行調整，以便補償磨損。搭鐵環(huán)的左、右側都有織物片，用于防止臟污進入或碎屑排出。
圖19 電機搭鐵環(huán)的結構和位置
(全文完)
展開 基于SaberRD的純電動汽車動力總成的設計與仿真研究
單級變速器和雙級變速器傳動的電動汽車動力系統(tǒng)
在電動汽車中，傳動系統(tǒng)在傳動系和輪軸之間采用單級變速器（即：單齒輪傳動比）是相當常見，而極少采用雙級變速器。這項最新的研究表明，雙級變速器（雙齒輪傳動比）系統(tǒng)可以提高純電動汽車約4%范圍NEDC續(xù)駛里程。
單級變速器
雙級變速器
新一代日產聆風
設計參數(shù)來源：日產聆風汽車
基于SaberRD動力系統(tǒng)設計的核心：
純電動汽車動力系統(tǒng)
電機設計
用JMAC有限元求解器建立的高保真永磁同步電機模型包括空間諧波、磁通飽和和頻率相關的鐵損耗。
JMAC有限元求解器 PMSM模型
電機控制
電機由三相電壓源逆變器(VSI)提供電流，該逆變器采用FOC算法控制，實現(xiàn)每安培最大轉矩(MTPA)和弱磁控制，并采用正弦PWM調制方法。
FOC、MTPA、FW控制算法
電壓源逆變器(VSI)和三相PMSM電機
VSI和電機模型是使用dq模型，沒有涉及
切換，這可以實現(xiàn)最大的模擬速度。在模擬中，新歐洲駕駛循環(huán)(NEDC)不斷重復，直到電池耗盡。相當于7個小時的駕駛在大約25秒內模擬仿真完畢。這也就是為適當?shù)姆治鲞x擇適當?shù)脑O備模型抽象級別的優(yōu)點。
NEDC行駛工況
動力電池包
直流電壓源(365V)通過使用SaberRD中的電池工具表征的鋰離子電池來實現(xiàn)。動力電池包-這個模型的精度決定了車速與行駛里程可以被設計驗證。SaberRD電池工具用來描述電池組。該工具可根據數(shù)據表中的曲線直觀地創(chuàng)建模型，內置的優(yōu)化器可將模型特征與數(shù)據表曲線進行擬合對齊。
展開 奧迪e-tron純電動汽車的動力總成解析(上)
一、驅動電機結構
1.驅動電機的相關參數(shù)
如圖1所示，奧迪e-tron電動車平臺和傳統(tǒng)內燃機車平臺是有所不同的，兩臺異步電機分別位于前后軸，電池位于車身的中間，布局在車底位置。位于前軸的電機(圖2)最大功率是125kW，boost模式下能夠達到135kW。位于后軸的電機(圖3)最大功率140kW，在boost模式可以爆發(fā)165kW。多數(shù)時間下，e-tron都只靠后軸的電機驅動，需要時轉化為四驅模式。這兩臺電動機，最大功率合計為265kW，峰值扭矩561N·m，0-100km/h加速時間為6.6s，要是增壓boost模式下，0-100km/h加速時間可以達到5.7s。奧迪e-tron配備了95kW時的鋰離子電池，電池單次充電可以行駛400km。
圖1 奧迪e-tron異步電機的安裝位置
圖2 位于前軸的電機
圖3 位于后軸的電機
動力電機內部集成減速齒輪組，減小尺寸。同時電機上部集成電機驅動功率逆變器。進一步簡化高壓布線，使得純電總成更緊湊。電驅動橋既保證了高功率密度，又能夠很好地適應后軸空間嚴苛的要求。更高的功率密度需要更好的電機熱管理系統(tǒng)。奧迪e-tron引入了高效的前后軸電驅動橋電機電控水冷系統(tǒng)。前橋電驅動裝置采用的APA 250平行軸式異步電機相關參數(shù)見表1，后橋電驅動裝置采用的AKA 320同軸式異步電機相關參數(shù)見表2。
表1 APA 250平行軸式異步電機技術數(shù)據
表2 AKA 320同軸式異步電機技術數(shù)據
2.驅動電機的結構
奧迪e-tron車上使用的驅動電機是異步電機。每個電機的主要部件有：帶有3個呈120°布置銅繞組(U，V，W)的定子，轉子(鋁制籠型轉子)。轉子把轉動傳入齒輪箱。
展開 純電驅動車輛動力總成的優(yōu)化與比較研究
來源：網絡 作者：周丹 王斌
關鍵字：目標分解 電動汽車 動力總成 優(yōu)化設計
純電驅動電動汽車的動力總成拓撲結構類型眾多。本文采用多學科優(yōu)化設計方法，對于典型的動力總成拓撲結構建立了基于解析目標分解方法的2層優(yōu)化架構。使用Willans line建模方法，建立了驅動電機的參數(shù)化仿真模型。
前言
純電驅動的電動汽車因為集成有大容量電池組，可以存儲取自公共電網的電能，用來驅動車輛的行駛。相比于傳統(tǒng)的混合動力汽車，具有更加優(yōu)越的節(jié)能減排效果和潛力。因此，近年來，純電驅動電動汽車的技術開發(fā)與產業(yè)化備受矚目。純電驅動的電動汽車類型主要包括有：純電動汽車、插電式混合動力汽車和增程型電動汽車。2012年，國務院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》中明確提出：以純電驅動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向，當前重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產業(yè)化。
相比于內燃機，驅動電機具有體積小/功率密度高等特點，同時驅動電機的布置位置與方式也非常靈活。因此，純電驅動電動汽車的電驅動系統(tǒng)擁有多種可能的組合方式，稱之為動力總成拓撲結構。以純電動汽車為例，常見的動力總成拓撲結構包括有：中央驅動式動力總成、輪邊驅動式動力總成和輪轂直驅式動力總成等，如圖1所示。本文即以上述三種典型的動力總成拓撲結構為研究對象。
輪轂電機驅動方式用于微型純電動汽車，主要研究了拓撲結構的構型和參數(shù)設計。多輪驅動轉矩協(xié)同控制解決了車輛防滑工況時的縱向驅動轉矩和加速度降低等問題。但是，不同的動力總成拓撲結構對電動汽車的能量經濟性、制造/使用成本、車輛性能等方面的影響與分析的研究相對較少。
展開 
新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
新能源汽車講解丨電動車動力總成架構
基于NEDC的純電動汽車兩擋變速器傳動比設計
參考圖↑
本文中研究了一種純電動汽車兩擋變速器傳動比的設計方法，以NEDC 作為汽車的典型工況，并以傳動比作為設計變量，建立了車輛百公里電耗優(yōu)化函數(shù)，借助新和聲搜索算法，最終為車輛設計出可行的傳動比。
1 目標車輛主要參數(shù)與設計要求
目標車輛為匹配永磁同步電機的某款單擋純電動汽車，表1所示為其主要參數(shù)與設計要求。
2 優(yōu)化數(shù)學模型的建立
在純電動汽車兩擋變速器傳動比優(yōu)化設計過程中應同時兼顧動力性與經濟性，考慮到政策和市場對電動汽車的續(xù)駛里程要求越來越高，如何提升經濟性是目前需要研究的重要問題。本文中以汽車經濟性為優(yōu)化目標，同時根據動力設計指標設置邊界條件，以求設計出既滿足動力性要求又能夠達到經濟性最優(yōu)的傳動比。
表1 目標車型主要參數(shù)與設計要求
Tab.1 Main parameters and design requirements of target vehicle
2.1 確定優(yōu)化設計變量
在汽車參數(shù)與驅動電機參數(shù)都確定的條件下，傳動系傳動比將最終影響汽車的動力性和經濟性。
展開 純電動汽車電驅動總成NVH分析與優(yōu)化研究
作者：劉祥環(huán)丨中南大學
隨著純電動汽車產業(yè)的發(fā)展，電驅動總成的集成程度越來越高，國內零部件廠商的“二合一”“三合一”“六合一”的驅動系統(tǒng)總成都陸續(xù)面世。在給整車客戶帶來快速方便的動力匹配的同時，電驅動系統(tǒng)一直存在的問題及產生的原因也越來越復雜，這其中就包括動力總成的NVH、效率及綜合耐久性問題等。
電驅動總成嘯叫原因分析
純電動汽車電驅動總成通常由電機和減速器組成，多采用永磁同步電機加兩級減速器的組合形式。電驅動總成存在嘯叫的原因復雜，主要包括：電機電磁激勵、減速器系統(tǒng)共振和電驅動總成系統(tǒng)耦合模態(tài)共振等。結合某型號電驅動總成在整車試驗過程中，客戶發(fā)現(xiàn)存在結構共振問題，本文主要通過MASTA軟件分析，對動力總成進行仿真分析，找出動力總成出現(xiàn)結構共振的原因，并加以修正。
在整車搭載NVH測試過程中，可通過LMS數(shù)據采集前端采集車內近場噪聲數(shù)據，將采集到的數(shù)據通過LMS Test.Lab數(shù)據分析軟件對近場噪聲進行噪聲階次分析，找出發(fā)生嘯叫的對應階次，再通過嘯叫噪聲階次分析，判斷嘯叫噪聲的激勵源。
展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統(tǒng)效率優(yōu)化設計方法
在基于NEDC 工況平均效率基本不變的情況下，電機成本下降約20%左右，為以后實際工作中的動力總成成本的優(yōu)化設計提供了設計方法。
圖8 方案三電機效率MAP 圖分布
針對整車工況和參數(shù)要求，根據汽車理論知識，利用MATLAB程序，編制了一個流程化的小軟件（圖9），能夠快速計算整車工況的能耗分布和平均效率，指導我們進行動力總成的優(yōu)化設計。
圖9 軟件運行界面
結論
本文基于整車參數(shù)要求和整車工況要求，結合汽車理論知識，提出了一種電動汽車動力總成匹配整車NEDC 工況效率最優(yōu)的正向設計方法。通過匹配設計使得NEDC 工況下動力總成的平均效率提高了3%，通過對減速器速比的合理優(yōu)化增大，使得動力總成的成本下降20%，且無需提高減速器、電機及電控等零部件的最高效率。
最后，基于這種方法編制設計軟件，該軟件可以針對不同整車及工況，快速獲得動力系統(tǒng)效率最優(yōu)的組件參數(shù)。
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