電動汽車動力總成的案例
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境。
能效：純電動汽車動力總成比內燃機動力總成更節能，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能量再循環。
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的維護，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 純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優化分析
純電動汽車動力總成懸置支架主動端拓撲優化.pptx
對某純電動汽車動力總成懸置主動端進行拓撲優化，找出材料最優分布空間，為輕量化提供參考。
通過不同的優化控制條件進行不同程度的拓撲計算。
目標函數：最小應變能指數
約束條件：最小頻率500Hz、最大體積分數0.3
優化控制條件：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優化與設計。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 電動汽車動力總成噪聲分析與優化
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)開發中的常見問題,優化上述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 基于整車工況的電動汽車動力總成系統效率優化設計方法
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化設計。
圖9 軟件運行界面
結論
本文基于整車參數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，快速獲得動力系統效率最優的組件參數。
展開 
基于整車工況的電動汽車動力總成系統效率優化設計方法
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化設計。
圖9 軟件運行界面
結論
本文基于整車參數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，快速獲得動力系統效率最優的組件參數。
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展開 純電動轎車三電匹配研究
計算得到電動汽車動力總成懸置系統18工況下的動力總成質心如表9 所示。從結果來看，該電動汽車位移均控制在設計目標范圍之內，滿足設計要求。
4 結語
本文以某型電動汽車動力總成懸置系統為研究對象，建立了動力總成固有頻率、能量分布及質心位移控制的設計要求，給出了各懸置線性段和非線性段剛度及剛度拐點、各懸置安裝位置的設計方法，應用MATLAB/Isight 對系統進行設計計算，設計后的動力總成各參數均滿足設計要求。
表8 各懸置剛度和拐點設計結果
表9 設計后的動力總成質心位移
展開 純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
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 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表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系數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
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統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。
展開 純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
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 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表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系數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
表2 整車性能指標
1.1.2功率匹配
對于驅動系統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。
展開 純電驅動車輛動力總成的優化與比較研究
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層優化架構。使用Willans line建模方法，建立了驅動電機的參數化仿真模型。
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。相比于傳統的混合動力汽車，具有更加優越的節能減排效果和潛力。因此，近年來，純電驅動電動汽車的技術開發與產業化備受矚目。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，國務院發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃（2012-2020年）》中明確提出：以純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略取向，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設計。多輪驅動轉矩協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 純電動汽車動力系統選型匹配與仿真
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 動力總成系統選型匹配計算
純電動汽車的動力總成系統主要由驅動電機、動力電池、傳動系統以及控制系統構成。其動力總成系統結構簡圖如下圖1所示。
為了對純電動汽車動力總成系統進行選型及匹配，應明確整車參數及所要求的性能指標。整車參數及性能指標如表1-2所示。
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
在電動汽車中，傳動系統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）系統可以提高純電動汽車約4%范圍NEDC續駛里程。
單級變速器
雙級變速器
新一代日產聆風
設計參數來源：日產聆風汽車
基于SaberRD動力系統設計的核心：
純電動汽車動力系統
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，這可以實現最大的模擬速度。在模擬中，新歐洲駕駛循環(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。這也就是為適當的分析選擇適當的設備模型抽象級別的優點。
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。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。該工具可根據數據表中的曲線直觀地創建模型，內置的優化器可將模型特征與數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
如圖1所示，奧迪e-tron電動車平臺和傳統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165kW。多數時間下，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。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。前橋電驅動裝置采用的APA 250平行軸式異步電機相關參數見表1，后橋電驅動裝置采用的AKA 320同軸式異步電機相關參數見表2。
表1 APA 250平行軸式異步電機技術數據
表2 AKA 320同軸式異步電機技術數據
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 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
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的)，如果在到達30 000km這個保養周期前，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警告燈一起)。對于冷卻系統，務必注意排氣步驟。
2.牽引車輛注意
如果紅色的冷卻系統警報燈沒亮起，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.電機搭鐵環的檢查
如圖19所示，電機搭鐵環是轉子軸和殼體之間的接觸件，搭鐵環的電阻比軸承電阻小，轉子軸上產生的電壓由流經搭鐵環的電流來消除，如果沒有搭鐵環，這個電流就會流經軸承，長久這樣會損壞軸承。搭鐵環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 電機搭鐵環的結構和位置
(全文完)
展開 基于Adams的電動汽車動力總成懸置系統分析與優化設計
作者：張 珂
單位：陜西汽車控股集團有限公司
研究方向：車輛動力懸置設計
來源：汽車實用技術雜志社
引言
電動載貨汽車屬于新能源汽車，作為重要的物流運輸車輛，其在應對城市環境污染、能源危機方面有著巨大的優勢，由于物流行業的快速發展，城市和城郊對電動輕卡的需求量日益增長。加之國家對新能源汽車的的優惠政策及運營成本低等特點使電動汽車越來越被人們接受，人們對電動汽車的舒適性也提出更高的要求。
電動載貨汽車的NVH性能主要取決于動力總成的振動、路面的激勵、駕駛室的激勵等，本篇文章主要從動力總成振動控制方面入手，利用Adams軟件優化動力總成懸置剛體模態，分析影響車輛行駛品質的相關因素，從振動的產生的根源上優化懸置設計。
1 電動載貨汽車優化的基本目標
由于電動載貨汽車不使用傳統的燃油發動機，所以電動載貨車的動力總成振動情況不同于傳統的燃油車輛，理論上應該把電機所有工作轉速范圍內產生的振動通過懸置系統加以阻隔，從而降低傳遞給汽車底盤和車身的振動，改善整車NVH性能。
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