電動汽車系統(tǒng)的案例
談?wù)劶?em>電動汽車高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
根據(jù)國際電工標(biāo)準(zhǔn)的要求，人體沒有任何感覺的電流安全閾值是 2 mA，這就要求人體直接接觸電氣系統(tǒng)任何一處的時(shí)候，流經(jīng)人體的電流應(yīng)該小于2 mA 才認(rèn)為整車絕緣合格。
因此，在純電動汽車的開發(fā)過程中，應(yīng)特別考慮電氣系統(tǒng)絕緣問題，嚴(yán)格按照電動汽車相關(guān)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求，保證絕緣電阻值大于 100 Ω/V。
二、電動汽車高壓電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)概述
相對于傳統(tǒng)汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機(jī)和電驅(qū)動控制系統(tǒng)，并采用了大量的高壓附件設(shè)備，如：電動空調(diào)、PTC 電加熱器及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等。由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題完全有別于傳統(tǒng)燃油汽車。
根據(jù)純電動汽車的特殊結(jié)構(gòu)及電路的復(fù)雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統(tǒng)進(jìn)行安全、合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)和必要的監(jiān)控，這是電動汽車安全運(yùn)行的必要保證。
1、高壓系統(tǒng)構(gòu)成
圖1示出純電動汽車高壓系統(tǒng)框圖。作為純電動汽車高壓系統(tǒng)安全管理的單元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的重要保證。
圖1 純電動汽車高壓系統(tǒng)框圖
2、高壓電氣安全系統(tǒng)的總目標(biāo)
高壓電氣系統(tǒng)控制與安全管理和故障診斷的總目標(biāo)是確保純電動汽車在靜止、運(yùn)行及充電等全過程的高壓用電安全。
三、高壓電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)
根據(jù)純電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護(hù)、人員觸電防護(hù)及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮，應(yīng)對電動汽車高壓電系統(tǒng)進(jìn)行以下四方面設(shè)計(jì)。
展開 純電動汽車高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
根據(jù)國際電工標(biāo)準(zhǔn)的要求，人體沒有任何感覺的電流安全閾值是 2 mA，這就要求人體直接接觸電氣系統(tǒng)任何一處的時(shí)候，流經(jīng)人體的電流應(yīng)該小于2 mA 才認(rèn)為整車絕緣合格。
因此，在純電動汽車的開發(fā)過程中，應(yīng)特別考慮電氣系統(tǒng)絕緣問題，嚴(yán)格按照電動汽車相關(guān)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)，確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求，保證絕緣電阻值大于 100 Ω/V。
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電動汽車高壓電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)概述
相對于傳統(tǒng)汽車而言，純電動汽車采用了大容量、高電壓的動力電池及高壓電機(jī)和電驅(qū)動控制系統(tǒng)，并采用了大量的高壓附件設(shè)備，如：電動空調(diào)、PTC 電加熱器及 DC/DC 轉(zhuǎn)換器等。由此而隱藏的高壓安全隱患問題和造成的高壓電傷害問題完全有別于傳統(tǒng)燃油汽車。
根據(jù)純電動汽車的特殊結(jié)構(gòu)及電路的復(fù)雜性，并考慮純電動汽車高壓電安全問題，必須對高壓電系統(tǒng)進(jìn)行安全、合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)和必要的監(jiān)控，這是電動汽車安全運(yùn)行的必要保證。
1、高壓系統(tǒng)構(gòu)成
圖1示出純電動汽車高壓系統(tǒng)框圖。作為純電動汽車高壓系統(tǒng)安全管理的單元，合理的功能布局和安全可靠的控制策略是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的重要保證。
圖1 純電動汽車高壓系統(tǒng)框圖
2、高壓電氣安全系統(tǒng)的總目標(biāo)
高壓電氣系統(tǒng)控制與安全管理和故障診斷的總目標(biāo)是確保純電動汽車在靜止、運(yùn)行及充電等全過程的高壓用電安全。
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高壓電氣系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)
根據(jù)純電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)要求，并從車載儲能裝置、功能安全、故障保護(hù)、人員觸電防護(hù)及高壓電安全管理控制策略等方面綜合考慮，應(yīng)對電動汽車高壓電系統(tǒng)進(jìn)行以下四方面設(shè)計(jì)。
展開 電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)詳解及常見故障分析
一、電動汽車系統(tǒng)組成
如果把電動汽車看生是一個(gè)大系統(tǒng)，則系統(tǒng)主要由電力驅(qū)動子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和輔助子系統(tǒng)組成。電驅(qū)動系統(tǒng)主要由四大部分組成：驅(qū)動電機(jī)、變速器、功率變換器和控制器。驅(qū)動電機(jī)是電氣驅(qū)動系統(tǒng)的核心，其性能和效率直接影響電動汽車的性能。驅(qū)動電機(jī)和變速器的尺寸、重量也會影響到汽車的整體效率。功率變換器和控制器則對電動汽車的安全可靠運(yùn)行有很大關(guān)系。驅(qū)動系統(tǒng)的功能是將儲存在蓄電池中的電能高效地轉(zhuǎn)化為車輪的動能進(jìn)而推進(jìn)汽車行駛，并能夠在汽車減速制動或者下坡時(shí)，實(shí)現(xiàn)再生制動。
下圖表示一種典型的電動汽車系統(tǒng)組成，圖中雙線表示機(jī)械連接；粗線表示電氣連接；細(xì)線表示控制信號連接；線上的箭頭表示電功率或控制信號的傳輸方向。來自加速踏板的信號輸入電子控制器并通過控制功率變化器來調(diào)節(jié)電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速，電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩通過汽車傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。充電器通過汽車的充電接口向蓄電池充電。在汽車行駛時(shí)，蓄電池經(jīng)功率變換器向電動機(jī)供電。當(dāng)電動汽車采用電制動時(shí)，驅(qū)動電動機(jī)運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，將汽車的部分動能回饋給蓄電池對其充電，并延長電動汽車的續(xù)駛里程。
二、電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)特點(diǎn)
電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)是區(qū)別于內(nèi)燃機(jī)汽車的最大不同點(diǎn)。電動汽車對驅(qū)動系統(tǒng)的要求很高。電動知家總結(jié)，電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)符合下列要求：
1）瞬時(shí)功率大，短時(shí)過載能力強(qiáng)，以滿足爬坡及加速的需要；
2) 調(diào)速范圍寬廣；
3) 在運(yùn)行的全部速度范圍和負(fù)載范圍內(nèi)，具有較高的效率。也就是在電機(jī)所有工作范圍內(nèi)綜合效率高, 以盡量提高電動汽車一次續(xù)駛里程；
4) 可靠性高，使用方便簡單，價(jià)格低廉；
5) 功率密度高，體積小，質(zhì)量輕。
三、電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成
1．電動汽車驅(qū)動電機(jī)
選用小型輕量的高效電機(jī)，對目前電池容量較小、續(xù)駛里程較短的電動汽車現(xiàn)狀顯得尤為重要。
展開 電動汽車電控系統(tǒng)參數(shù)匹配及優(yōu)化深度解析
導(dǎo)讀： 為了提高純電動汽車的動力性設(shè)計(jì)指標(biāo)，研究了純電動汽車電控參數(shù)在設(shè)計(jì)過程中，電機(jī)系統(tǒng)和電池系統(tǒng)參數(shù)匹配選擇的基本原則和整車控制策略，并利用ADVISOR軟件對所匹配出的動力參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化驗(yàn)證，最終使"電池+電機(jī)+電控"三電系統(tǒng)集成達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，從而提高了電動汽車的動力性能。同時(shí)也為純電動汽車設(shè)計(jì)初期的動力參數(shù)選型匹配提供了基本數(shù)據(jù)。
近年來，隨著大氣污染的日益嚴(yán)重、全球石油資源供應(yīng)緊張及環(huán)保意識的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的燃油汽車面臨著巨大的挑戰(zhàn)，純電動汽車越來越受到人們的青睞。實(shí)現(xiàn)電動汽車替代傳統(tǒng)汽車的關(guān)鍵是純電動汽車的整車動力性是否滿足人們的需要。解決整車動力性能的關(guān)鍵因素在于如何實(shí)現(xiàn)電池質(zhì)量小且儲存能量大、提高電機(jī)的性價(jià)比及優(yōu)化電驅(qū)動控制策略。通過選擇動力系統(tǒng)參數(shù)，使得電機(jī)、電池及電控更好地集成到一起，是現(xiàn)階段提高純電動汽車整車動力性的重要方法之一。文章通過研究匹配電機(jī)、電池參數(shù)及整車控制器參數(shù)的基本原則，為純電動汽車初期設(shè)計(jì)動力匹配提供了理論依據(jù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對新產(chǎn)品的開發(fā)提供了指導(dǎo)作用，大大縮短了開發(fā)周期。
純電動汽車整車動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程和需求
純電動汽車動力系統(tǒng)由整車控制器、電機(jī)控制器、永磁同步電機(jī)、電池管理系統(tǒng)及動力電池等構(gòu)成，整車動力系統(tǒng)的基本架構(gòu)，如圖1所示。純電動汽車動力系統(tǒng)開發(fā)過程可采用“V”模式，如圖2所示。定義好各個(gè)環(huán)節(jié)的功能需求，按照開發(fā)流程進(jìn)行新產(chǎn)品的動力系統(tǒng)開發(fā)，文章針對具有單速比和永磁同步電機(jī)的純電動汽車的參數(shù)匹配展開研究。
展開 
純電動汽車電控系統(tǒng)參數(shù)匹配
導(dǎo)讀：
為了提高純電動汽車的動力性設(shè)計(jì)指標(biāo)，研究了純電動汽車電控參數(shù)在設(shè)計(jì)過程中，電機(jī)系統(tǒng)和電池系統(tǒng)參數(shù)匹配選擇的基本原則和整車控制策略，并利用ADVISOR軟件對所匹配出的動力參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化驗(yàn)證，最終使"電池+電機(jī)+電控"三電系統(tǒng)集成達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，從而提高了電動汽車的動力性能。同時(shí)也為純電動汽車設(shè)計(jì)初期的動力參數(shù)選型匹配提供了基本數(shù)據(jù)。
近年來，隨著大氣污染的日益嚴(yán)重、全球石油資源供應(yīng)緊張及環(huán)保意識的增強(qiáng)，傳統(tǒng)的燃油汽車面臨著巨大的挑戰(zhàn)，純電動汽車越來越受到人們的青睞。實(shí)現(xiàn)電動汽車替代傳統(tǒng)汽車的關(guān)鍵是純電動汽車的整車動力性是否滿足人們的需要。解決整車動力性能的關(guān)鍵因素在于如何實(shí)現(xiàn)電池質(zhì)量小且儲存能量大、提高電機(jī)的性價(jià)比及優(yōu)化電驅(qū)動控制策略。通過選擇動力系統(tǒng)參數(shù)，使得電機(jī)、電池及電控更好地集成到一起，是現(xiàn)階段提高純電動汽車整車動力性的重要方法之一。文章通過研究匹配電機(jī)、電池參數(shù)及整車控制器參數(shù)的基本原則，為純電動汽車初期設(shè)計(jì)動力匹配提供了理論依據(jù)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對新產(chǎn)品的開發(fā)提供了指導(dǎo)作用，大大縮短了開發(fā)周期。
1 純電動汽車整車動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程和需求
純電動汽車動力系統(tǒng)由整車控制器、電機(jī)控制器、永磁同步電機(jī)、電池管理系統(tǒng)及動力電池等構(gòu)成，整車動力系統(tǒng)的基本架構(gòu)，如圖1所示。純電動汽車動力系統(tǒng)開發(fā)過程可采用“V”模式，如圖2所示。定義好各個(gè)環(huán)節(jié)的功能需求，按照開發(fā)流程進(jìn)行新產(chǎn)品的動力系統(tǒng)開發(fā)，文章針對具有單速比和永磁同步電機(jī)的純電動汽車的參數(shù)匹配展開研究。
展開 淺淡電動汽車電池系統(tǒng)熱管理技術(shù)
來源：轉(zhuǎn)載自中國科學(xué)院工程熱物理研究所官網(wǎng)
根據(jù)國際能源署（IEA）的相關(guān)數(shù)據(jù)，2018年全球銷售了210多萬輛電動汽車和插電式混合動力汽車，其市場份額已上升到當(dāng)年銷售車輛總額的2.4％ ，并且這一趨勢還將繼續(xù)上升，預(yù)計(jì)到2030年歐洲每銷售三輛汽車其中都將有一輛電動車。電池組作為電動汽車的主要儲能部件，直接影響到電動車的性能。本期將為您介紹電動汽車電池系統(tǒng)熱管理的有關(guān)知識。電動汽車電池系統(tǒng)熱管理背景 隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，中國汽車工業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、降低排放、能源危機(jī)和低碳發(fā)展的挑戰(zhàn)，發(fā)展新能源汽車已經(jīng)成為降低汽車工業(yè)石油依賴和排氣污染的唯一途徑，中國政府為了推進(jìn)新能源汽車工業(yè)，發(fā)布了一系列發(fā)展規(guī)劃、財(cái)政補(bǔ)貼和稅務(wù)鼓勵(lì)計(jì)劃，促進(jìn)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展。電池組是電動汽車的主要儲能部件，由鋰電池組成，直接影響到電動車的性能。由于車輛上裝載電池的空間有限，正常運(yùn)行所需的電池?cái)?shù)目也較大，電池會以不同倍率放電，并以不同生熱速率產(chǎn)生大量熱量，再加上時(shí)間累積以及空間影響將會聚集大量熱量，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度情況復(fù)雜多變。
電池包內(nèi)溫度上升嚴(yán)重影響電池組的電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行、循環(huán)壽命、充電可接受性、電池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果電動汽車電池組不能及時(shí)散熱，將導(dǎo)致電池組系統(tǒng)
的溫度過高或分布不均勻，其結(jié)果將降低電池充放電循環(huán)效率，影響電池的功率和能量發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)還將導(dǎo)致熱失控，影響系統(tǒng)安全性與可靠性；另外，由于發(fā)熱電池體的密集擺放，中間區(qū)域必然熱量聚集較多，邊緣區(qū)域較少則增加了電池包中各單元之間的溫度不均衡，這將造成各電池模塊、單體性能的不均衡，最終影響電池性能的一致性及電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)的準(zhǔn)確性，影響到電動汽車的系統(tǒng)控制。
展開 一文了解電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)超速試驗(yàn)
為了提高電動汽車的動力性能和行駛里程，通常會將電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)得相對較高。這樣，當(dāng)電動汽車需要加速或爬坡時(shí)，電動機(jī)可以快速輸出更大的功率和轉(zhuǎn)矩，提供更好的加速和動力表現(xiàn)。
電動汽車的能量回收系統(tǒng)也需要考慮到電動機(jī)的高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)。當(dāng)電動汽車行駛時(shí)，制動時(shí)會將動能轉(zhuǎn)化為電能回收，這些電能會被存儲在電池中供電動機(jī)使用。如果電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速較低，那么在制動時(shí)能夠回收的能量就會受到限制，從而降低了電動汽車的行駛里程。
對電動汽車來說，高轉(zhuǎn)速的優(yōu)點(diǎn)如下：
對于新能源電機(jī)來說，轉(zhuǎn)速高，功率密度高，體積遠(yuǎn)小普通電機(jī)適于新能源汽車的應(yīng)用。
轉(zhuǎn)動慣量小、動態(tài)響應(yīng)快、峰值轉(zhuǎn)速性能好。
因此，電動汽車通常將電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)得相對較高，以提高動力性能和行駛里程。
超速試驗(yàn)是用來測試電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法。這種試驗(yàn)旨在評估電機(jī)在超出正常速度范圍時(shí)的行為，以確保其在高速運(yùn)行時(shí)仍然安全可靠。試驗(yàn)過程通常包括測量電機(jī)的功率，扭矩，散熱和振動特性，以確保它們在高速工作時(shí)仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行。如果超速試驗(yàn)結(jié)果不理想，則可能需要對電動汽車的設(shè)計(jì)或制造進(jìn)行改進(jìn)，以確保它的安全性。
電動汽車的驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)是關(guān)鍵部件，需要經(jīng)過嚴(yán)格的測試以確保性能和安全。其中，超速試驗(yàn)是對電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的重要測試之一。目的是測試電機(jī)在超額轉(zhuǎn)速下的性能和穩(wěn)定性。
在這項(xiàng)測試中，電動汽車的驅(qū)動電機(jī)被設(shè)置在最高轉(zhuǎn)速，并在這個(gè)狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間，以評估電機(jī)的熱效應(yīng)、震動水平和電流、電壓的變化情況。如果電機(jī)在超速試驗(yàn)中表現(xiàn)良好，說明其在實(shí)際使用中能夠承受高轉(zhuǎn)速的壓力。
超速試驗(yàn)是電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)商和汽車制造商在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行的一項(xiàng)重要測試。
展開 讀者投稿｜關(guān)于純電動汽車電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
第一部 電芯技術(shù)篇
動力電池系統(tǒng)是儲能汽車的儲能裝置，是一種集機(jī)械，電化學(xué)和熱力學(xué)等學(xué)科為一體的復(fù)雜的工程系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來講包含電芯，電池模組，電池包，電池管理控制系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓插件和線束連接，高壓控制盒。如圖1寶馬ix3電池系統(tǒng)。
圖1 寶馬ix3電池系統(tǒng)
從成本上講，如圖2，電池系統(tǒng)的成本分布圖。
圖2 純電動汽車電池系統(tǒng)成本分布圖
（數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)）
動力電池系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)，包含的關(guān)鍵技術(shù)如圖1。此次計(jì)劃圍繞這純電動汽車動力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開展系列文章，目的是梳理目前一些技術(shù)瓶頸以及探討當(dāng)前市場上的應(yīng)對方案，希望能夠?qū)Υ蠹矣幸欢ǖ膸椭?圖3 純電動汽車電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
根據(jù)電芯的成本分布圖可知，電芯的成本占電池系統(tǒng)最大。動力電池結(jié)構(gòu)通常包括正極，負(fù)極，隔膜，電解液和鋁塑膜等。
高能電池的開發(fā)首先從尋找高比能量的電極材料開始。在所有金屬元素中，鋰的相對原子質(zhì)量最小、密度最小、電極電位最負(fù)，因此，以金屬鋰為負(fù)極的電池具有最高的工作電壓、最大的比能量。再加上鋰高分子電池的發(fā)明，使用高分子電解質(zhì)不但沒有漏液的問題，而且由于鋰離子電池具有優(yōu)異的電性能及安全、無公害，形狀有高度的可塑性等特點(diǎn)，符合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的要求，所以鋰離子電池廣泛應(yīng)用于動力電池生產(chǎn)領(lǐng)域。如圖4。
圖4 鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
●電芯選型對比
根據(jù)電池的外觀形狀可以分為圓柱形電池，方殼電池，軟包電池三類。鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同可以分為如下五種磷酸鐵鋰，三元（鎳鈷錳NCM）,錳酸鋰，磷酸錳鐵鋰，鈦酸鋰。
展開 基于AMESim的純電動汽車熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 附AMESim優(yōu)化過程基礎(chǔ)操作及DOE&遺傳算法G
基于AMESim軟件建立了完整的純電動汽車的熱管理系統(tǒng)模型，并通過整車實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性．在此模型的基礎(chǔ)上，本文分別對水冷系統(tǒng)、高溫環(huán)境下的熱管理系統(tǒng)及爬坡工況下的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對熱管理系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了優(yōu)化，使熱管理系統(tǒng)能適應(yīng)不同工況和環(huán)境溫度的整車熱管理要求．本文基于AMESim軟件對純電動汽車的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法為研究和開發(fā)純電動汽車的熱管理系統(tǒng)提供了思路和參考。
0引言
純電動汽車是未來汽車發(fā)展的重要方向，也是目前發(fā)展最快的新能源汽車之一．為了系統(tǒng)地研究純電動汽車的能量流動，需要對它建立完整的熱管理系統(tǒng)．這不僅是汽車零部件散熱的需求，更是提高整車能源效率的重要手段．
本文利用AMESim軟件搭建了一套比較完整的純電動汽車熱管理系統(tǒng)的仿真模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性，并在此模型基礎(chǔ)上對整車熱管理系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)．
1純電動汽車熱管理的要求
本文研究的純電動汽車的參數(shù)如表1所示．
本文研究的整車熱管理系統(tǒng)主要包括兩部分：電動汽車前艙水冷系統(tǒng)和電池包風(fēng)冷系統(tǒng)．其中水冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
展開 電動汽車電機(jī)總成懸置系統(tǒng)仿真分析及優(yōu)化
摘要
：為了對電動汽車電機(jī)懸置系統(tǒng)的固有特性進(jìn)行分析，利用 ＡＤＡＭＳ 建立電機(jī)懸置系統(tǒng)六自由度仿真模型，計(jì)算電機(jī)總成懸置系統(tǒng)的固有頻率和能量解耦率，得出懸置系統(tǒng)各階固有頻率均大于內(nèi)燃機(jī)汽車，且繞電機(jī)軸線方向振動的固有頻率遠(yuǎn)大于內(nèi)燃機(jī)汽車，整車豎直方向和俯仰方向存在嚴(yán)重的振動耦合。通過改變電機(jī)的懸置位置和剛度對電機(jī)懸置系統(tǒng)進(jìn)行仿真優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：通過改變電機(jī)的懸置位置和剛度，可以使懸置系統(tǒng)的固有頻率分布更加合理，能量解耦率得到提高。
關(guān)鍵詞
：電動汽車；電機(jī)懸置系統(tǒng)；ＡＤＡＭＳ；仿真
全球能源危機(jī)、環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，純電動汽車作為新能源汽車的一個(gè)重要方向，符合國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢，國內(nèi)諸多汽車制造廠和研究機(jī)構(gòu)對電動汽車進(jìn)行了深入研究［１］
。電動汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的振動噪聲源差別較大。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的噪聲主要來源于發(fā)動機(jī)噪聲、進(jìn)排氣噪聲、散熱風(fēng)扇噪聲、傳動系統(tǒng)噪聲、路面輪胎噪聲、車身振動噪聲和風(fēng)噪聲［２］。電動汽車由于沒有發(fā)動機(jī)噪聲和進(jìn)排氣噪聲這兩大主要噪聲，其噪聲比內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲在一般工況下減小很多［３］，但由于電動汽車驅(qū)動電機(jī)的特殊性，在加速時(shí)電機(jī)會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動，并且瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩沖擊較大［４-６］，這些振動和沖擊會傳給車架，引起
車內(nèi)振動噪聲和部件的疲勞破壞，此時(shí)噪聲比內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲要大。
牽引電機(jī)通過懸置系統(tǒng)安裝在汽車車架上，懸置系統(tǒng)支撐電機(jī)的重量，對動力總成與車架間的振動起雙向隔離作用［７-９］。驅(qū)動電機(jī)在工作過程中，在懸置系統(tǒng)某一個(gè)自由度方向作用變化的激振力，并引起該方向的振動時(shí)，導(dǎo)致其他自由度方向的振動，出現(xiàn)耦合振動。由于耦合振動擴(kuò)大了振動頻率的范圍，為了達(dá)到相同程度的隔離效果，懸置必須要更軟，從而使得穩(wěn)定性降低。因此，需要對懸置系統(tǒng)進(jìn)行解耦優(yōu)化。
展開 增程式電動汽車動力系統(tǒng)及懸置解耦設(shè)計(jì)
增程式電動汽車動力系統(tǒng)及懸置解耦設(shè)計(jì)
無論是對于傳統(tǒng)燃油車輛還是純電動汽車、增程式電動車，動力總成都是其最重要的振動噪聲激勵(lì)源。為對其振動噪聲進(jìn)行隔離設(shè)計(jì)，獲得整車更好的NVH性能，懸置系統(tǒng)及動力總成的設(shè)計(jì)匹配和解耦都非常重要，為其設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)。
1. 增程器-電驅(qū)動分開布置下的解耦設(shè)計(jì)
考慮到增程式電動汽車動力系統(tǒng)激勵(lì)源的復(fù)雜度較高，僅從動力總成激勵(lì)源及響應(yīng)特性的角度出發(fā)，推薦增程器（發(fā)動機(jī)+發(fā)電機(jī)）系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)（電機(jī)+減速器+傳動軸）分開布置。其缺點(diǎn)為需要占用更多布置空間，需要設(shè)計(jì)兩套懸置減振系統(tǒng)，有可能需要付出更多的零部件重量、成本等；其優(yōu)點(diǎn)為大大降低了動力系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)匹配難度，易于獲得更好的NVH性能，實(shí)現(xiàn)整車質(zhì)量分布的均勻性等。
增程器-電驅(qū)動分開布置后，電驅(qū)動系統(tǒng)懸置解耦設(shè)計(jì)可根據(jù)純電動車動力總成激勵(lì)源特點(diǎn)進(jìn)行匹配開發(fā)。而對于增程器的懸置匹配和解耦設(shè)計(jì)，主要考慮增程器本身主要工作工況點(diǎn)與動力總成剛體模態(tài)的避頻，可根據(jù)傳統(tǒng)燃油車懸置設(shè)計(jì)理論進(jìn)行匹配開發(fā)。
圖1 增程器-電驅(qū)動分開布置
2. 一體化增程器-電驅(qū)動系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)
考慮到布置空間、重量、成本等因素，增程式電動車動力系統(tǒng)采用了較多一體化設(shè)計(jì)，即發(fā)動機(jī)+發(fā)電機(jī)+驅(qū)動電機(jī)+減速器+控制器一體化設(shè)計(jì)為一個(gè)動力系統(tǒng)，進(jìn)行整體布置設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并共用一套懸置系統(tǒng)。其缺點(diǎn)為集成度高帶來激勵(lì)頻率復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度高，不易獲得較好的NVH性能。
圖2 一體化增程器-電驅(qū)動系統(tǒng)集成舉例
由于動力總成激勵(lì)的復(fù)雜性，懸置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及解耦非常重要，對增程式電動車整車NVH性能影響很大。
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汽車試驗(yàn)：電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性試驗(yàn)方法
電動汽車上的電力電子變換裝置無論數(shù)量還是功率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)汽車，電磁兼容問題的嚴(yán)重性和復(fù)雜性也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的三大關(guān)鍵系統(tǒng)之一，也是最重要的功率變換裝置，其電磁兼容性能（electromagneTIccompaTIbility，簡稱為EMC）不僅關(guān)系到自身的工作可靠性，而且會影響整車的安全運(yùn)行能力和工作可靠性。從目前已有的電動汽車整車產(chǎn)品的檢測過程來看，大部分車型都是經(jīng)過多次整改才能夠達(dá)到國標(biāo)的相關(guān)規(guī)定。鑒于電磁兼容問題的重要性，基于電磁騷擾耦合和傳播的一般機(jī)制。
本文給出了電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性試驗(yàn)方法。適用于純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)。
注：電動汽車電源系統(tǒng)通常分為2種類型：第一種普通LV(低壓)系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為非屏蔽，第二種HV系統(tǒng)，其典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為屏蔽。
試驗(yàn)方法如下：
一、電磁輻射發(fā)射試驗(yàn)
1、寬帶電磁輻射發(fā)射試驗(yàn)
試驗(yàn)方法：本方法用于測試EUT產(chǎn)生的寬帶電磁輻射發(fā)射， 若無其他規(guī)定， 在30MHz-1000MHz頻率范圍內(nèi)，則按GB/T18655-2010中規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)狀態(tài)：EUT應(yīng)處于正常工作狀態(tài)， 且轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的50%， 扭矩為額定扭矩的50%， 機(jī)械輸出負(fù)載達(dá)到持續(xù)功率的25%。
當(dāng)轉(zhuǎn)速或扭矩達(dá)不到EUT試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)， 可調(diào)整扭矩或轉(zhuǎn)速以達(dá)到持續(xù)功率的25%， 并在試驗(yàn)報(bào)告中注明。
如EUT包含多個(gè)單元， 單元之間的連接線宜使用原車上使用的連接線束；如果無法實(shí)現(xiàn)， 電子控制單元和人工電源網(wǎng)絡(luò)(AN)間的連接線長度應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.線束應(yīng)按實(shí)際情況端接，并帶實(shí)際負(fù)載和激勵(lì)。
試驗(yàn)布置：試驗(yàn)布置圖見圖3.
屏蔽配置應(yīng)按照車輛的實(shí)際情況布置，通常所有屏蔽的HV部件應(yīng)低阻抗正常接地(例如AN、電纜、連接器等狀態(tài)) EUT和負(fù)載均應(yīng)接地。
展開 某純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)24階振動噪聲的分析與優(yōu)化
作者：馬敬丨湖南獵豹汽車股份有限公司
本文分析了純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)振動噪聲來源、傳遞路徑及優(yōu)化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅(qū)動系統(tǒng)24階噪聲為研究對象，提出了優(yōu)化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)噪聲來源與優(yōu)化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內(nèi)外的噪聲趨于減小。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)有大量的研究表明電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的電磁噪聲是車內(nèi)外主要的噪聲來源。文獻(xiàn)［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻(xiàn)［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計(jì)算分析了更改電機(jī)參數(shù)對電機(jī)電磁噪聲的影響規(guī)律。文獻(xiàn)［3］從優(yōu)化驅(qū)動電機(jī)定子沖片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提升槽滿率角度并整車驗(yàn)證改善了電機(jī)本體的振動噪聲。文獻(xiàn)［4］從驅(qū)動電機(jī)的生產(chǎn)工藝方面入手探討了降低電機(jī)振動噪聲的措施。文獻(xiàn)［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進(jìn)行了研究，將驅(qū)動電機(jī)放置在系統(tǒng)中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個(gè)整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅(qū)動電機(jī)、減速器已不再合理。文獻(xiàn)［6］基于振動噪聲傳遞路徑分析，使用對電機(jī)及減速器進(jìn)行聲學(xué)包裹的方法實(shí)際驗(yàn)證對改善車內(nèi)高頻嘯叫有明顯效果。文獻(xiàn)［7］利用解析法和有限元法對變頻器供電時(shí)永磁電機(jī)的氣隙磁場、電磁激振力和噪聲的主要頻率進(jìn)行分析得出：永磁電機(jī)在變頻器供電時(shí)定子的高次時(shí)間諧波電流在氣隙磁場中產(chǎn)生頻率與變頻器開關(guān)頻率相關(guān)的空間氣隙磁場諧波，其振動噪聲頻率主要分布在開關(guān)頻率及其倍數(shù)附近。
展開 某純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)24階振動噪聲的分析與優(yōu)化
作者：馬敬丨湖南獵豹汽車股份有限公司
本文分析了純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)振動噪聲來源、傳遞路徑及優(yōu)化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅(qū)動系統(tǒng)24階噪聲為研究對象，提出了優(yōu)化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)噪聲來源與優(yōu)化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內(nèi)外的噪聲趨于減小。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)有大量的研究表明電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的電磁噪聲是車內(nèi)外主要的噪聲來源。文獻(xiàn)［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻(xiàn)［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計(jì)算分析了更改電機(jī)參數(shù)對電機(jī)電磁噪聲的影響規(guī)律。文獻(xiàn)［3］從優(yōu)化驅(qū)動電機(jī)定子沖片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提升槽滿率角度并整車驗(yàn)證改善了電機(jī)本體的振動噪聲。文獻(xiàn)［4］從驅(qū)動電機(jī)的生產(chǎn)工藝方面入手探討了降低電機(jī)振動噪聲的措施。文獻(xiàn)［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進(jìn)行了研究，將驅(qū)動電機(jī)放置在系統(tǒng)中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個(gè)整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅(qū)動電機(jī)、減速器已不再合理。
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作者：馬敬丨湖南獵豹汽車股份有限公司
本文分析了純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)振動噪聲來源、傳遞路徑及優(yōu)化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅(qū)動系統(tǒng)24階噪聲為研究對象，提出了優(yōu)化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)噪聲來源與優(yōu)化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內(nèi)外的噪聲趨于減小。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)有大量的研究表明電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的電磁噪聲是車內(nèi)外主要的噪聲來源。文獻(xiàn)［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻(xiàn)［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計(jì)算分析了更改電機(jī)參數(shù)對電機(jī)電磁噪聲的影響規(guī)律。文獻(xiàn)［3］從優(yōu)化驅(qū)動電機(jī)定子沖片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提升槽滿率角度并整車驗(yàn)證改善了電機(jī)本體的振動噪聲。文獻(xiàn)［4］從驅(qū)動電機(jī)的生產(chǎn)工藝方面入手探討了降低電機(jī)振動噪聲的措施。文獻(xiàn)［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進(jìn)行了研究，將驅(qū)動電機(jī)放置在系統(tǒng)中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個(gè)整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅(qū)動電機(jī)、減速器已不再合理。
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